一種采用編碼調(diào)相信號(hào)實(shí)現(xiàn)直達(dá)波干擾抑制的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種采用編碼調(diào)相信號(hào)實(shí)現(xiàn)直達(dá)波干擾抑制的方法，包括：確定編碼調(diào)相信號(hào)的中心頻率、帶寬與脈寬；調(diào)整編碼調(diào)相信號(hào)的編碼形式與相位信息，生成所有的候選發(fā)射信號(hào)，然后計(jì)算自相關(guān)系數(shù)，對(duì)所述候選發(fā)射信號(hào)加以篩選，獲得初步的發(fā)射信號(hào)集合；對(duì)于初步的發(fā)射信號(hào)集合，計(jì)算該集合內(nèi)所有信號(hào)之間的互相關(guān)特性，對(duì)所述發(fā)射信號(hào)做進(jìn)一步篩選，得到新的發(fā)射信號(hào)集合；計(jì)算發(fā)射信號(hào)集合內(nèi)信號(hào)的模糊度函數(shù)，由所述模糊度函數(shù)獲得多普勒容限，然后將所述多普勒容限轉(zhuǎn)換成理論測(cè)速精度，最后將所述發(fā)射信號(hào)集合中各個(gè)信號(hào)的理論測(cè)速精度與主動(dòng)聲納任務(wù)目標(biāo)的允許航速變動(dòng)范圍進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果選擇發(fā)射信號(hào)集合中適合的發(fā)射信號(hào)。
【專利說(shuō)明】一種采用編碼調(diào)相信號(hào)實(shí)現(xiàn)直達(dá)波干擾抑制的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及主動(dòng)聲納數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及一種采用編碼調(diào)相信號(hào)實(shí)現(xiàn)直達(dá)波干擾抑制的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]船只在海上編隊(duì)航行時(shí)，船上的主動(dòng)聲納不僅會(huì)收到來(lái)自于目標(biāo)的回波信號(hào)，也會(huì)不定時(shí)收到來(lái)自于友船的同頻直達(dá)波干擾信號(hào)。由于硬件設(shè)施以及環(huán)境條件的限制，各個(gè)船只發(fā)射信號(hào)的可用頻率帶寬相當(dāng)有限，導(dǎo)致艦船的探測(cè)性能大大降低。如何有效降低友船同頻干擾信號(hào)對(duì)探測(cè)結(jié)果的影響是主動(dòng)聲納設(shè)計(jì)中一個(gè)需要迫切解決的問(wèn)題。由于艦船編隊(duì)的間距較小，且同頻干擾直達(dá)波經(jīng)歷的是單程衰減，因此在接收端，其能量會(huì)比目標(biāo)回波高出幾十分貝。經(jīng)過(guò)能量檢測(cè)器處理之后，直達(dá)波信號(hào)的輸出仍然遠(yuǎn)大于回波的輸出，出現(xiàn)明顯的虛警。因此需要對(duì)直達(dá)波干擾信號(hào)進(jìn)行抑制。
[0003]傳統(tǒng)的直達(dá)波干擾抑制方法一般從波束域入手，例如基于空間濾波的MVDR、施密特正交化方法，或者波數(shù)域相減的DICANNE方法，以及LMS濾波方法等等。MVDR與施密特正交化方法的基本思想是形成一組系數(shù)，使在期望波束方向?yàn)槿?，而在設(shè)定的干擾方向響應(yīng)最小。這是理論上最優(yōu)的算法，但是對(duì)于失配很敏感，比如期望波束方向與實(shí)際信號(hào)方向的失配、陣列響應(yīng)誤差等。但如果對(duì)干擾方向的估計(jì)準(zhǔn)確，那么即使目標(biāo)回波與直達(dá)波在時(shí)域上交疊，也能獲得期望的檢測(cè)結(jié)果。DICANNE方法在干擾方向形成波束，得到干擾信號(hào)，進(jìn)行延時(shí)修正后從其他波束中減掉該信號(hào)。該方法對(duì)陣列延時(shí)精度要求較高，另外要求很高的采樣率(96kHz)，在干信比很高時(shí)，錯(cuò)位一個(gè)點(diǎn)，效果就很差。LMS濾波方法則是先形成干擾波束，并將其作為期望信號(hào)，然后對(duì)其他波束濾波，剩余的誤差信號(hào)即是目標(biāo)信號(hào)。在實(shí)現(xiàn)時(shí)，該方法一般是將MVDR之前的干擾通道作為期望信號(hào)，然后對(duì)MVDR后的數(shù)據(jù)做LMS濾波。與DICANNE方法類似，LMS濾波方法對(duì)時(shí)延誤差也很敏感。另外，還有一種低位截?cái)喾椒?，通過(guò)控制數(shù)據(jù)的有效位數(shù)，保留高位的數(shù)據(jù)。低位截?cái)喾椒ㄒ笮盘?hào)包絡(luò)起伏不能過(guò)于劇烈，即強(qiáng)多徑干擾會(huì)很大程度降低方法的性能，而且要求干擾信號(hào)不處于限幅狀態(tài)。
[0004]本 申請(qǐng)人:經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，要在編隊(duì)條件下達(dá)到抗同頻干擾這一要求，需要一種能產(chǎn)生多個(gè)不同副本的信號(hào)，而且這些副本信號(hào)具有自相關(guān)性好而互相關(guān)性為零或幾乎為零的特性，這樣在編隊(duì)條件下，只要各個(gè)船只使用不同的副本信號(hào)，就能互不干擾的進(jìn)行主動(dòng)探測(cè)。主動(dòng)聲納探測(cè)在編隊(duì)條件下還有另外一個(gè)問(wèn)題，就是進(jìn)行主動(dòng)聲納探測(cè)時(shí)，某一船只會(huì)收到其他船發(fā)出的另一個(gè)副本的編碼信號(hào)的直達(dá)波信號(hào)，這個(gè)直達(dá)波信號(hào)的能量要比目標(biāo)回波能量高幾十個(gè)分貝，這會(huì)對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)的檢測(cè)造成影響。
[0005]例如:A、B兩個(gè)編隊(duì)艦船相聚I公里，都發(fā)射主動(dòng)信號(hào)且聲源級(jí)SL相同，信號(hào)頻率為7.5kHz，目標(biāo)在距離A艦3公里處，則A艦接收到的目標(biāo)回波信號(hào)能量Etarget=SL-2TL(3km)-NL (背景噪聲)+TS (目標(biāo)反射強(qiáng)度)，而A艦接收到的B艦發(fā)射的主動(dòng)信號(hào)能量為E_B=SL-TL(Ikm)-NL,所以它們之間的能量差Λ E=E_B_Etarget=2TL(3km)-TL(lkm)-TS=130-62-15(查傳播衰減曲線，并取TS為15分貝)=53dB。而如果目標(biāo)距離A艦10公里，則這個(gè)能量差ΛΕ為73dB。即這個(gè)能量差在53-73dB之間。所以在這種情況下，如果AD采樣器的動(dòng)態(tài)范圍過(guò)小，直達(dá)波使接收端信號(hào)完全限幅，就會(huì)無(wú)法檢測(cè)出目標(biāo)的弱回波信號(hào)。在這種高能量差條件下，常規(guī)的信號(hào)處理方法是難以檢測(cè)出目標(biāo)回波信號(hào)的。
[0006]綜上所述，現(xiàn)有的直達(dá)波干擾抑制方法都存在各自的缺陷，無(wú)法完全滿足用戶的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的直達(dá)波干擾抑制方法所存在的缺陷，從而提供一種效果明顯，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的直達(dá)波干擾抑制方法。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種采用編碼調(diào)相信號(hào)實(shí)現(xiàn)直達(dá)波干擾抑制的方法，包括
[0009]步驟I)、確定編碼調(diào)相信號(hào)的中心頻率、帶寬與脈寬；
[0010]步驟2)、調(diào)整編碼調(diào)相信號(hào)的編碼形式與相位信息，生成所有的候選發(fā)射信號(hào)，然后計(jì)算自相關(guān)系數(shù)，根據(jù)所述的自相關(guān)系數(shù)對(duì)所述候選發(fā)射信號(hào)加以篩選，獲得初步的發(fā)射信號(hào)集合；
[0011]步驟3)、對(duì)于步驟2)得到的初步的發(fā)射信號(hào)集合，計(jì)算該集合內(nèi)所有信號(hào)之間的互相關(guān)特性，根據(jù)所述互相關(guān)特性對(duì)所述發(fā)射信號(hào)做進(jìn)一步篩選，得到新的發(fā)射信號(hào)集合；
[0012]步驟4)、計(jì)算步驟3)得到的發(fā)射信號(hào)集合內(nèi)信號(hào)的模糊度函數(shù)，由所述模糊度函數(shù)獲得多普勒容限，然后將所述多普勒容限轉(zhuǎn)換成理論測(cè)速精度，最后將所述發(fā)射信號(hào)集合中各個(gè)信號(hào)的理論測(cè)速精度與主動(dòng)聲納任務(wù)目標(biāo)的允許航速變動(dòng)范圍進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果選擇所述發(fā)射信號(hào)集合中適合的發(fā)射信號(hào)。
[0013]上述技術(shù)方案中，在所述的步驟2)中，調(diào)整所述編碼調(diào)相信號(hào)的編碼形式包括調(diào)整碼元數(shù)與編碼順序。
[0014]上述技術(shù)方案中，在所述的步驟2)中，計(jì)算自相關(guān)系數(shù)包括:
[0015]步驟2-1)、對(duì)每一個(gè)獲得的信號(hào)，計(jì)算其自相關(guān)系數(shù)組，計(jì)算公式如下:

n—k
[0016]ck=J^e(t^}

J=I
[0017]其中，ck表示第k種可能的自相關(guān)系數(shù)，k取值范圍是廣(η-l)之內(nèi)的整數(shù)；tj表示\_對(duì)應(yīng)的相位信息，而h+k表示a"對(duì)應(yīng)的相位信息；e和Σ是標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)算符號(hào)；
A=[a1； a2，...，an]為數(shù)字信號(hào)的采樣值，七_(dá) t
[0018]步驟2-2)、從所得到的自相關(guān)系數(shù)組中根據(jù)下列公式選取最大可能的自相關(guān)系數(shù):
[0019]l=max {| ck |:1 ^ k ^ n_2}。
[0020]上述技術(shù)方案中，在所述的步驟3)中，計(jì)算互相關(guān)系數(shù)包括:
[0021]兩個(gè)信號(hào)為A=La1, a2，...，an]與B=[b” b2，...，bn]，它們的互相關(guān)系數(shù)組表達(dá)式如
下…)[0022]其中aj=eitjBj = eisj，aj, bj分別表示兩個(gè)信號(hào)采樣值，tj, Sj分別表示a」，bj對(duì)應(yīng)的相位信息；
[0023]從所得到的互相關(guān)系數(shù)組中根據(jù)下列公式計(jì)算出最大可能的互相關(guān)系數(shù):
[0024]p=max {| ck |:1 ≤ k ≤ n_2}
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0026]本發(fā)明具有效果明顯，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是本發(fā)明的直達(dá)波干擾抑制方法的流程圖；
[0028]圖2是小信噪比條件下，編碼調(diào)相信號(hào)對(duì)4個(gè)目標(biāo)的接收信號(hào)的時(shí)域波形的示意圖；
[0029]圖3是圖2中所示接收信號(hào)的匹配濾波結(jié)果的示意圖；
[0030]圖4是圖2中接收信號(hào)經(jīng)過(guò)多普勒估計(jì)與補(bǔ)償后的匹配濾波結(jié)果的示意圖；
[0031]圖5是大信噪比條件下，采用編碼調(diào)相信號(hào)的直達(dá)波干擾抑制結(jié)果的示意圖；
[0032]圖6是小信噪比條件下，采用編碼調(diào)相信號(hào)的直達(dá)波干擾抑制結(jié)果的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0034]在【背景技術(shù)】中提到，要在編隊(duì)條件下達(dá)到抗同頻干擾這一要求，需要一種能產(chǎn)生多個(gè)不同副本的信號(hào)，而且這些副本信號(hào)具有自相關(guān)性好而互相關(guān)性為零或幾乎為零的特性。因此，本發(fā)明的直達(dá)波干擾抑制方法所要完成的工作是根據(jù)主動(dòng)聲納探測(cè)任務(wù)的特點(diǎn)確定編碼調(diào)相信號(hào)的中心頻率與帶寬，然后找尋相關(guān)特性符合要求的編碼形式，并獲取其多普勒補(bǔ)償特性(即運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)性能)，由此所得到的編碼調(diào)相信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)直達(dá)波干擾抑制。
[0035]參考圖1，本發(fā)明的直達(dá)波干擾抑制方法包括以下步驟:
[0036]步驟I)、確定編碼調(diào)相信號(hào)的中心頻率、帶寬與脈寬。
[0037]編碼調(diào)相信號(hào)的中心頻率的取值與接收陣的尺寸密切相關(guān)，最佳值應(yīng)該符合接收陣的半波長(zhǎng)布陣條件。此外，中心頻率值也需要參考探測(cè)距離的變動(dòng)范圍，一般情況下，遠(yuǎn)距離探測(cè)需要較低的中心頻率，而近距離探測(cè)則需要較高的中心頻率。帶寬的取值與期望目標(biāo)的尺寸相關(guān)，而脈寬則受限于發(fā)射換能器的功率放大器能力。
[0038]步驟2)、調(diào)整編碼調(diào)相信號(hào)的編碼形式(主要是碼元數(shù)與編碼順序的變動(dòng))與相位信息，計(jì)算對(duì)應(yīng)的自相關(guān)系數(shù)，獲得初步的發(fā)射信號(hào)集合。
[0039]在步驟I)中確定編碼調(diào)相信號(hào)的中心頻率、帶寬與脈寬后，在本步驟中首先對(duì)所要生成的編碼調(diào)相信號(hào)的編碼形式與相位信息進(jìn)行調(diào)整。所述的編碼形式的調(diào)整包括碼元數(shù)與編碼順序的變動(dòng)。在本實(shí)施例中，碼元數(shù)的變動(dòng)方式為按照二進(jìn)制方式遞增，在其他實(shí)施例中，也可采用現(xiàn)有技術(shù)中其他可行的方式。編碼順序的變動(dòng)方式為遍歷所有可能序列，例如有L個(gè)碼元，可據(jù)此產(chǎn)生L!(階乘)種編碼序列。編碼調(diào)相信號(hào)的相位變化范圍為-180°~180°，在對(duì)相位信息進(jìn)行調(diào)整時(shí)，需要以一定的分辨率(如采用0.5°間隔)遍歷，生成720種可能的相位。[0040]通過(guò)之前的編碼形式與相位信息的調(diào)整得到多個(gè)候選發(fā)射信號(hào)后，為這些候選發(fā)射信號(hào)計(jì)算自相關(guān)系數(shù)。所述自相關(guān)系數(shù)的計(jì)算方式如下:
[0041]步驟a)、對(duì)每一個(gè)獲得的信號(hào)，計(jì)算其自相關(guān)系數(shù)組，計(jì)算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種采用編碼調(diào)相信號(hào)實(shí)現(xiàn)直達(dá)波干擾抑制的方法，包括 步驟I)、確定編碼調(diào)相信號(hào)的中心頻率、帶寬與脈寬； 步驟2)、調(diào)整編碼調(diào)相信號(hào)的編碼形式與相位信息，生成所有的候選發(fā)射信號(hào)，然后計(jì)算自相關(guān)系數(shù)，根據(jù)所述的自相關(guān)系數(shù)對(duì)所述候選發(fā)射信號(hào)加以篩選，獲得初步的發(fā)射信號(hào)集合； 步驟3)、對(duì)于步驟2)得到的初步的發(fā)射信號(hào)集合，計(jì)算該集合內(nèi)所有信號(hào)之間的互相關(guān)特性，根據(jù)所述互相關(guān)特性對(duì)所述發(fā)射信號(hào)做進(jìn)一步篩選，得到新的發(fā)射信號(hào)集合； 步驟4)、計(jì)算步驟3)得到的發(fā)射信號(hào)集合內(nèi)信號(hào)的模糊度函數(shù)，由所述模糊度函數(shù)獲得多普勒容限，然后將所述多普勒容限轉(zhuǎn)換成理論測(cè)速精度，最后將所述發(fā)射信號(hào)集合中各個(gè)信號(hào)的理論測(cè)速精度與主動(dòng)聲納任務(wù)目標(biāo)的允許航速變動(dòng)范圍進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果選擇所述發(fā)射信號(hào)集合中適合的發(fā)射信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用編碼調(diào)相信號(hào)實(shí)現(xiàn)直達(dá)波干擾抑制的方法，其特征在于，在所述的步驟2)中，調(diào)整所述編碼調(diào)相信號(hào)的編碼形式包括調(diào)整碼元數(shù)與編碼順序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用編碼調(diào)相信號(hào)實(shí)現(xiàn)直達(dá)波干擾抑制的方法，其特征在于，在所述的步驟2 )中，計(jì)算自相關(guān)系數(shù)包括: 步驟2-1)、對(duì)每一個(gè)獲得的信號(hào)，計(jì)算其自相關(guān)系數(shù)組，計(jì)算公式如下:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用編碼調(diào)相信號(hào)實(shí)現(xiàn)直達(dá)波干擾抑制的方法，其特征在于，在所述的步驟3)中，計(jì)算互相關(guān)系數(shù)包括: 兩個(gè)信號(hào)為A=Iia1, a2,..., an]與B=Dd1, b2,..., bn],它們的互相關(guān)系數(shù)組表達(dá)式如下:
【文檔編號(hào)】G01S7/537GK103513239SQ201210210651
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】陳拓 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所