專利名稱：一種適用于近海多聲學(xué)系統(tǒng)協(xié)同工作的強(qiáng)干擾抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種水聲工程、水聲信號與信息處理技術(shù)，特別是涉及一種適用于近海多聲學(xué)系統(tǒng)協(xié)同工作的強(qiáng)干擾抑制方法。
背景技術(shù)：
近海水聲信道是最為復(fù)雜的信道之一，其固有的時頻空變特性和海上交通噪聲等隨機(jī)干擾都為水聲信號處理帶來了極大困難。此時，若又面臨多聲學(xué)系統(tǒng)協(xié)同工作，接收到其他平臺的信號甚至可以達(dá)到限幅，那么近海水聲信號檢測就變得難上加難。針對水聲復(fù)雜的工作環(huán)境國內(nèi)外諸多學(xué)者提出了許多方法:Dhanoa J.S.([I]Dhanoa J S, Ormondroyd R F，Hughes E J.Blind cancellation of wideband frequencymodulated interference in a wideband acoustic communication channel[C].0ceans2005Conference, Washington, 2005, 9:1065-1069.)用多目標(biāo)進(jìn)化算法估計(jì)干擾波形，并將其應(yīng)用于抵消來自其他平臺的寬帶干擾；Zo1-Heleni Michalopoulou ( [2]Zo1-Heleni Michalopoulou.Multiple source localization using a maximum aposteriori Gibbs sampling approach[J].Journal of the Acoustical Society ofAmerica, 2006，120 (5): 2627-2634.)將最大后驗(yàn)Gibbs抽樣算法應(yīng)用于多源定位，提高了強(qiáng)干擾環(huán)境下的弱目標(biāo)檢測能力；Maria Palmese ([3]Palmese Maria, BertolottoGiacomo,et al.Spread spectrum modulation for acoustic communication inshallow water channel[C].0CEANS2007, Europe, Junel8, 2007-June21,2007.)將線性調(diào)頻脈沖與擴(kuò)頻結(jié)合，降低了多普勒和來自其他用戶窄帶干擾的影響；Ma Wenhan ([4]Maffenhan, Hu, Xiaoyi, et al.1mplementation of an impulse noise suppression method inOFDM underwater acoustic communication system[J].Advanced Materials Research,2011, v268-270,p: 1537-1542.)針對淺海沖擊噪聲，提出時頻聯(lián)合抑制方法，并成功應(yīng)用到OFDM系統(tǒng)中。隨著需求的擴(kuò)大，水聲系統(tǒng)越發(fā)復(fù)雜，圍繞著淺海、多聲學(xué)平臺協(xié)同工作中的尖刺干擾和窄帶干擾雖已開展了一些研究，但尚未提出公認(rèn)的、有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改善低信干比條件下水聲信號檢測的性能，對尖刺干擾和窄帶脈沖干擾有較強(qiáng)的抑制作用的適用于近海多聲學(xué)系統(tǒng)協(xié)同工作的強(qiáng)干擾抑制方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，主要包括如下步驟:(I)初始化基本參數(shù)，主要包括:滑動窗寬度、包絡(luò)容限系數(shù)、鑒窄系數(shù)、鑒寬系數(shù)、寬度門限、FFT點(diǎn)數(shù)、窄帶干擾陷波帶寬；(2)頻域拷貝相關(guān)序列重直；(3)基于信號-噪聲能量聯(lián)合估計(jì)的相關(guān)域自適應(yīng)門限計(jì)算；(4)對輸入信號和重置的頻域拷貝相關(guān)序列做相關(guān)運(yùn)算并提取包絡(luò)，進(jìn)行鑒寬-鑒窄-峰值聯(lián)合檢測。本發(fā)明還可以包括:所述的頻域拷貝相關(guān)序列重置是根據(jù)已知窄帶干擾的中心頻率、脈寬等參數(shù)，估計(jì)接收端窄帶干擾信號頻譜范圍，計(jì)算對應(yīng)的譜線號，對頻域拷貝相關(guān)序列相應(yīng)譜線陷波。所述的基于信號-噪聲能量聯(lián)合估計(jì)的相關(guān)域自適應(yīng)門限計(jì)算包括下列步驟:(I)對接收信號取模，滑動平均后作為信號強(qiáng)度估計(jì)，一階遞歸后作為噪聲強(qiáng)度估計(jì)，以確定強(qiáng)度門限；(2)信號強(qiáng)度與強(qiáng)度門限比較判決，累計(jì)拷貝信號寬度窗中過強(qiáng)度門限的信號總能量和總點(diǎn)數(shù)，計(jì)算有效值，并滑動窗，得到信號有效值序列；(3)根據(jù)相關(guān)峰出現(xiàn)位置為信號結(jié)束時刻的特點(diǎn)，每一時刻的相關(guān)域門限由前面拷貝信號寬度窗內(nèi)的點(diǎn)確定，即根據(jù)信號有效值和拷貝信號的幅度、脈寬信息估計(jì)出對應(yīng)的相關(guān)域包絡(luò)峰值；(4)綜合考慮信道多途、目標(biāo)運(yùn)動等因素引起的信號失配，預(yù)設(shè)包絡(luò)容限系數(shù)，用相關(guān)域包絡(luò)峰值乘以包絡(luò)容限系數(shù)，作為相關(guān)域自適應(yīng)門限。所述的相關(guān)域包絡(luò)鑒寬-鑒窄-峰值聯(lián)合檢測是根據(jù)干擾和有效信號形成相關(guān)峰的差異，具體是在大于相關(guān)域自適應(yīng)門限的包絡(luò)中找最大值，并通過限制峰值兩側(cè)一定區(qū)間內(nèi)的最大值強(qiáng)度范圍來實(shí)現(xiàn)鑒寬、鑒窄。本發(fā)明的方法的主要特點(diǎn)是:(1)與傳統(tǒng)頻域相關(guān)相比較，本發(fā)明中頻域拷貝相關(guān)序列重置方法能夠有效抑制窄帶脈沖干擾；(2)與常規(guī)的自適應(yīng)能量門限相比較，本發(fā)明中的基于信號-噪聲能量聯(lián)合估計(jì)的相關(guān)域自適應(yīng)門限，綜合考慮信道多途、目標(biāo)運(yùn)動等因素引起的信號失配，物理意義更明確；(3)在信號有無的雙重判決中，將干擾信號的相關(guān)域特征考慮在內(nèi)，實(shí)現(xiàn)鑒寬-鑒窄-峰值聯(lián)合檢測，可有效抑制淺海環(huán)境中的尖刺干擾。


圖1為抗強(qiáng)干擾檢測方法基本流程圖；圖2(a)為拷貝信號波形圖；圖2(b)重置后頻域相關(guān)序列模的波形圖；圖3為相關(guān)域自適應(yīng)門限估計(jì)方法流程圖；圖4為鑒寬-鑒窄-峰值聯(lián)合檢測流程圖；圖5為檢測效果對比示意圖:圖5(a)接收到尖刺干擾、窄帶干擾及有效信號的時域波形圖；圖5(b)未限波相關(guān)包絡(luò)及常用自適應(yīng)門限波形圖；圖5(c)未限波相關(guān)包絡(luò)及本發(fā)明相關(guān)域自適應(yīng)門限波形圖；圖5(d)限波后相關(guān)包絡(luò)及本發(fā)明相關(guān)域自適應(yīng)門限波形圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:在一定的海洋環(huán)境下，本發(fā)明提出的信號檢測基本流程圖如圖1所示。有效信號以LFM信號為例，設(shè)中心頻率f= 15kHz，帶寬B=IOkHz，脈寬T=IOms，拷貝信號幅度為A=1024，采樣率fs=100kHz，窄帶干擾為CW信號，中心頻率fQ=15kHz，脈寬Ttl=IOms,則主要步驟為:1.初始化基本參數(shù):(a)滑動窗寬度:W=160ms;(b)包絡(luò)容限系數(shù)，即估計(jì)的相關(guān)包絡(luò)峰值與門限的比，要平衡虛警、檢測概率，一般取8-32倍，此處選22倍；(c)鑒窄系數(shù):α 2=0.7 ；(d)鑒寬系數(shù):a J=0.5 ；(e)寬度門限:w=0.167ms ；(f)FFT 點(diǎn)數(shù):N=2048 ;(g)窄帶干擾陷波帶寬:C/ο -γ、)H/r' (/a +—) Hz°2.頻域拷貝相關(guān)序列重置，以備抑制窄帶干擾。對拷貝信號做N點(diǎn)FFT得頻域拷貝相關(guān)序列，設(shè)其譜線η所對應(yīng)的頻率為f (η)，則需序列重置的陷波譜線為所有滿足式(I)的η。
權(quán)利要求
1.一種適用于近海多聲學(xué)系統(tǒng)協(xié)同工作的強(qiáng)干擾抑制方法，其特征在于包括以下步驟: (1)初始化基本參數(shù)，主要包括:滑動窗寬度、包絡(luò)容限系數(shù)、鑒窄系數(shù)、鑒寬系數(shù)、寬度門限、FFT點(diǎn)數(shù)、窄帶干擾陷波帶寬； (2)頻域拷貝相關(guān)序列重置； (3)基于信號-噪聲能量聯(lián)合估計(jì)的相關(guān)域自適應(yīng)門限計(jì)算； (4)對輸入信號和重置的頻域拷貝相關(guān)序列做相關(guān)運(yùn)算并提取包絡(luò)，進(jìn)行鑒寬-鑒窄-峰值聯(lián)合檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的適用于近海多聲學(xué)系統(tǒng)協(xié)同工作的強(qiáng)干擾抑制方法，其特征是:所述的頻域拷貝相關(guān)序列重置是根據(jù)已知窄帶干擾的中心頻率、脈寬等參數(shù)，估計(jì)接收端窄帶干擾信號頻譜范圍，計(jì)算對應(yīng)的譜線號，對頻域拷貝相關(guān)序列相應(yīng)譜線陷波。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的適用于近海多聲學(xué)系統(tǒng)協(xié)同工作的強(qiáng)干擾抑制方法，其特征是:所述的基于信號-噪聲能量聯(lián)合估計(jì)的相關(guān)域自適應(yīng)門限計(jì)算包括下列步驟: (1)對接收信號取模，滑動平均后作為信號強(qiáng)度估計(jì)，一階遞歸后作為噪聲強(qiáng)度估計(jì)，以確定強(qiáng)度門限； (2)信號強(qiáng)度與強(qiáng)度門限比較判決，累計(jì)拷貝信號寬度窗中過強(qiáng)度門限的信號總能量和總點(diǎn)數(shù)，計(jì)算有效值，并滑動窗，得到信號有效值序列； (3)根據(jù)相關(guān)峰出現(xiàn)位置為信號結(jié)束時刻的特點(diǎn)，每一時刻的相關(guān)域門限由前面拷貝信號寬度窗內(nèi)的點(diǎn)確定，即根據(jù)信號有效值和拷貝信號的幅度、脈寬信息估計(jì)出對應(yīng)的相關(guān)域包絡(luò)峰值； (4)綜合考慮信道多途、目標(biāo)運(yùn)動等因素引起的信號失配，預(yù)設(shè)包絡(luò)容限系數(shù)，用相關(guān)域包絡(luò)峰值乘以包絡(luò)容限系數(shù)，作為相關(guān)域自適應(yīng)門限。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的適用于近海多聲學(xué)系統(tǒng)協(xié)同工作的強(qiáng)干擾抑制方法，其特征是:所述的相關(guān)域包絡(luò)鑒寬-鑒窄-峰值聯(lián)合檢測是根據(jù)干擾和有效信號形成相關(guān)峰的差異，具體是在大于相關(guān)域自適應(yīng)門限的包絡(luò)中找最大值，并通過限制峰值兩側(cè)一定區(qū)間內(nèi)的最大值強(qiáng)度范圍來實(shí)現(xiàn)鑒寬、鑒窄。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種適用于近海多聲學(xué)系統(tǒng)協(xié)同工作的強(qiáng)干擾抑制方法。包括以下步驟(1)初始化基本參數(shù)，主要包括滑動窗寬度、包絡(luò)容限系數(shù)、鑒窄系數(shù)、鑒寬系數(shù)、寬度門限、FFT點(diǎn)數(shù)、窄帶干擾陷波帶寬；(2)頻域拷貝相關(guān)序列重置；(3)基于信號-噪聲能量聯(lián)合估計(jì)的相關(guān)域自適應(yīng)門限計(jì)算；(4)對輸入信號和重置的頻域拷貝相關(guān)序列做相關(guān)運(yùn)算并提取包絡(luò)，進(jìn)行鑒寬-鑒窄-峰值聯(lián)合檢測。本發(fā)明改善了低信干比條件下水聲信號檢測的性能，對尖刺干擾和窄帶脈沖干擾有較強(qiáng)的抑制作用。
文檔編號H04L25/03GK103152299SQ20131006789
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者付進(jìn), 王燕, 鄒男, 梁國龍, 范展, 王逸林, 張光普 申請人:哈爾濱工程大學(xué)