基于Myriad濾波的跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于Myriad濾波的跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法。本發(fā)明首先利用Myriad濾波器對(duì)脈沖噪聲進(jìn)行抑制，然后結(jié)合線性時(shí)頻分析方法STFT，完成a穩(wěn)定分布噪聲下跳頻信號(hào)的跳頻周期、跳變時(shí)刻和跳頻頻率參數(shù)的估計(jì)。具體步驟包括：1、采集信號(hào)，2、加權(quán)麥瑞德Myriad濾波，3、時(shí)頻分析，4、搜索最大值，5、提取參數(shù)信息。本發(fā)明克服了已有技術(shù)無(wú)法抑制強(qiáng)脈沖噪聲的缺陷，提高了低廣義信噪比下跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)的精度?！緦＠f(shuō)明】基于Myriad濾波的跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明屬于通信【
技術(shù)領(lǐng)域：
】，更進(jìn)一步涉及無(wú)線通信技術(shù)、信號(hào)處理【
技術(shù)領(lǐng)域：
】中基于麥瑞德Myriad濾波的跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法。本發(fā)明利用麥瑞德Myriad濾波器對(duì)脈沖噪聲進(jìn)行抑制，用短時(shí)傅里葉變換STFT估計(jì)跳頻信號(hào)的跳頻周期、跳變時(shí)刻和跳頻頻率參數(shù)，實(shí)現(xiàn)非高斯脈沖噪聲環(huán)境中跳頻信號(hào)的參數(shù)提取?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]跳頻是一種重要的擴(kuò)頻通信方式，具有抗干擾能力強(qiáng)、頻譜利用率高，優(yōu)秀的組網(wǎng)能力等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于非協(xié)作通信領(lǐng)域中。因此，在非協(xié)作通信系統(tǒng)的接收端，對(duì)跳頻信號(hào)的跳頻周期、跳變時(shí)刻和跳頻頻率參數(shù)進(jìn)行精確估計(jì)，具有非常重要的意義。目前，跳頻信號(hào)的參數(shù)估計(jì)方法主要有短時(shí)傅里葉變換（STFT)、維格納-威爾分布（WVD)及其改進(jìn)方法等線性時(shí)頻分析方法。[0003]以短時(shí)傅里葉變換（STFT)為代表的線性時(shí)頻分析方法，將背景噪聲建立為高斯模型，直觀地給出了跳頻信號(hào)的參數(shù)信息，可以在不知道任何先驗(yàn)知識(shí)的情況下估計(jì)跳頻信號(hào)的參數(shù)。但是大量的研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)際環(huán)境中的干擾和噪聲，例如通信多通道干擾、低頻空氣噪聲、水聲和雷達(dá)雜波等均服從非高斯分布，并且具有一定的脈沖特性，更適合用α穩(wěn)定分布來(lái)描述。在這類具有脈沖特性的背景噪聲下，基于高斯噪聲模型的線性時(shí)頻分析方法對(duì)跳頻信號(hào)的參數(shù)估計(jì)性能嚴(yán)重下降。因此，研究脈沖噪聲下跳頻信號(hào)的參數(shù)估計(jì)成為非協(xié)作通信中亟待解決的問(wèn)題。[0004]中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所擁有的專利技術(shù)"跳頻通信系統(tǒng)跳頻間隔的一種盲識(shí)別方法"（申請(qǐng)?zhí)?01110158600.7,申請(qǐng)日2011.06.14,授權(quán)號(hào)CN102223155B，授權(quán)日2013.10.09)中提出了一種基于誤差函數(shù)的跳頻間隔估計(jì)方法。該方法構(gòu)造了一個(gè)誤差函數(shù)，通過(guò)搜索頻率集合中的頻率值，將使得誤差函數(shù)最小的頻率值作為跳頻間隔的估計(jì)值，無(wú)需利用傳統(tǒng)的線性時(shí)頻分析方法提取參數(shù)信息。該專利技術(shù)存在的不足是，脈沖噪聲對(duì)誤差函數(shù)的影響很大，尤其在當(dāng)噪聲的脈沖性較強(qiáng)時(shí)，已經(jīng)無(wú)法通過(guò)該誤差函數(shù)得到跳頻間隔的準(zhǔn)確估計(jì)值。[0005]劉杰等人發(fā)表的文章"ParameterEstimationofFrequencyHoppingSignalsinAlphaStableNoiseEnvironment(IEEE11thInternationalConferenceonSignalProcessing,2012,1:250-253)中提出了一種基于分?jǐn)?shù)低階時(shí)頻分析的方法FL0STFT。該方法首先對(duì)接收信號(hào)做分?jǐn)?shù)低階運(yùn)算，然后采用短時(shí)傅里葉變換STFT方法提取跳頻信號(hào)的參數(shù)信息。該方法在一定程度上能夠抑制脈沖噪聲對(duì)跳頻參數(shù)估計(jì)的影響，提高脈沖噪聲下跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)的精度。但是，該方法存在的不足是，由于分?jǐn)?shù)低階運(yùn)算對(duì)跳頻信號(hào)本身也有一定的抑制作用，因而在低廣義信噪比下，該方法的參數(shù)估計(jì)性能會(huì)明顯下降?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述已有跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法的不足，提供了一種基于麥瑞德Myriad濾波的跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，以抑制脈沖噪聲對(duì)跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)的影響，提高低廣義信噪比下跳頻參數(shù)的估計(jì)性能。[0007]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體思路是：首先對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行加權(quán)麥瑞德Myriad濾波處理，然后采用基于短時(shí)傅里葉變換STFT的時(shí)頻分析方法，完成跳頻信號(hào)的參數(shù)估計(jì)，提高非高斯脈沖噪聲下跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)的性能。[0008]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體步驟如下：[0009](1)采集信號(hào)：[0010]信號(hào)采集系統(tǒng)通過(guò)接收天線，選取任意一段含有原始跳頻信號(hào)和脈沖噪聲的接收信號(hào)，將所選取的接收信號(hào)作為采集信號(hào)；[0011]⑵加權(quán)麥瑞德Myriad濾波：[0012](2a)采用加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器，對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的初始輸出值；[0013](2b)采用基于平均誤差最小準(zhǔn)則的自適應(yīng)方法，通過(guò)迭代，獲得加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的最優(yōu)權(quán)值；[0014](2c)采用最優(yōu)權(quán)值的麥瑞德Myriad濾波器，對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的最終輸出值；[0015](3)時(shí)頻分析：[0016]采用基于短時(shí)傅里葉變換STFT的時(shí)頻分析方法，對(duì)加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的最終輸出值做短時(shí)傅里葉變換，得到濾波處理后采集信號(hào)的時(shí)頻分布二維矩陣；[0017]⑷搜索最大值：[0018]從濾波處理后采集信號(hào)的時(shí)頻分布二維矩陣中，搜索每一時(shí)刻沿頻率軸的最大值，將搜索得到的所有最大值構(gòu)成一個(gè)最值向量【權(quán)利要求】1.一種基于Myriad濾波的跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，包括如下步驟：(1)采集信號(hào)：信號(hào)采集系統(tǒng)通過(guò)接收天線，選取任意一段含有原始跳頻信號(hào)和脈沖噪聲的接收信號(hào)，將所選取的接收信號(hào)作為采集信號(hào)；(2)加權(quán)麥瑞德Myriad濾波：(2a)采用加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器，對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的初始輸出值；(2b)采用基于平均誤差最小準(zhǔn)則的自適應(yīng)方法，通過(guò)迭代，獲得加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的最優(yōu)權(quán)值；(2c)采用最優(yōu)權(quán)值的麥瑞德Myriad濾波器，對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的最終輸出值；(3)時(shí)頻分析：采用基于短時(shí)傅里葉變換STFT的時(shí)頻分析方法，對(duì)加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的最終輸出值做短時(shí)傅里葉變換，得到濾波處理后采集信號(hào)的時(shí)頻分布二維矩陣；(4)搜索最大值：從濾波處理后采集信號(hào)的時(shí)頻分布二維矩陣中，搜索每一時(shí)刻沿頻率軸的最大值，將搜索得到的所有最大值構(gòu)成一個(gè)最值向量(5)提取參數(shù)信息：(5a)對(duì)最值向量做快速傅里葉變換FFT，得到跳頻間隔的估計(jì)值和跳頻周期的估計(jì)值；(5b)按照下式，搜索最值向量的最大值，得到與該最大值所對(duì)應(yīng)的最值坐標(biāo)值：其中，Pi表示最值向量的最大值所對(duì)應(yīng)的最值坐標(biāo)值表示取最大值所對(duì)應(yīng)的下標(biāo)值操作表示最值向量；η表示最值向量的下標(biāo)值，ne[H+1,N-H];H表示跳頻間隔的估計(jì)值；N表示加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的窗口長(zhǎng)度；(5c)按照下式，計(jì)算跳頻信號(hào)跳變時(shí)刻的估計(jì)值：其中，叫表示跳頻信號(hào)跳變時(shí)刻的估計(jì)值；Pi表示最值向量的最大值所對(duì)應(yīng)的最值坐標(biāo)值；i表示最值向量的頻率，i=1,2…P;P表示最值向量的長(zhǎng)度；Η表示跳頻間隔的估計(jì)值；(5d)按照下式，計(jì)算跳頻信號(hào)跳頻頻率的估計(jì)值：其中，表示跳頻信號(hào)跳頻頻率的估計(jì)值表示取最大值所對(duì)應(yīng)的下標(biāo)值操作叫表示跳頻信號(hào)跳變時(shí)刻的估計(jì)值；i表示最值向量$的頻率，i=1，2…P;P表示最值向量#的長(zhǎng)度；MYRSTFTx(k，1)表示濾波處理后采集信號(hào)的時(shí)頻分布二維矩陣；k表示采集信號(hào)的時(shí)刻；1表示采集信號(hào)的頻率；fs表示采集信號(hào)的采樣頻率；N表示采集信號(hào)的長(zhǎng)度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于麥瑞德Myriad濾波的跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于：步驟（2a)、步驟（2c)所述采集信號(hào)濾波的具體步驟如下：第一步，選取加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的窗口長(zhǎng)度N，N的取值范圍為5?10;選取加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的權(quán)向量w，w=[Wpw2,...，wN]，其中N表示在5?10范圍內(nèi)所選定的加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的窗口長(zhǎng)度；選取加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的尺度參數(shù)K，其中α表示穩(wěn)定分布噪聲的特征指數(shù)，α的取值范圍為（0,2];第二步，用柯西分布公式對(duì)采集信號(hào)構(gòu)造似然函數(shù)，在跳頻信號(hào)幅度的取值范圍內(nèi)等間隔選取1〇〇個(gè)樣值，分別代入似然函數(shù)，將似然函數(shù)取得最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的樣值作為加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的輸出值。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于麥瑞德Myriad濾波的跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于：步驟（2b)所述基于平均誤差最小準(zhǔn)則的自適應(yīng)方法的具體步驟如下：第一步，用加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的初始輸出值減去原始跳頻信號(hào)的幅度值，作為加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的濾波誤差；第二步，按照下式，選取加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的初始權(quán)向量：w(0)=[0,...,2N,...,0]其中，w(0)表示加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的初始權(quán)向量；N表示加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的窗口長(zhǎng)度；第三步，采用基于平均絕對(duì)誤差最小準(zhǔn)則，對(duì)加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的初始權(quán)向量進(jìn)行L次迭代，L的取值范圍為50?100,權(quán)值的迭代公式如下：其中，Wi(η)和wjn+l)分別表示加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器第i個(gè)加權(quán)值的第η次與第η+1次迭代值；μ表示加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的步長(zhǎng)因子，μ的取值范圍為[0.001,0.1];e表示加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的濾波誤差；y表示加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的輸出值；X表不米集信號(hào)的幅度；K表不加權(quán)麥瑞德Myriad濾波器的尺度參數(shù)；sgn(·)表示符號(hào)函數(shù)；P[·]表示矩陣函數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于麥瑞德Myriad濾波的跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于：步驟（4)所述搜索最大值按照下式進(jìn)行：其中，表示由濾波處理后采集信號(hào)的時(shí)頻分布二維矩陣得到的最值向量；MYRSTFTx(k，1)表示濾波處理后采集信號(hào)的時(shí)頻分布二維矩陣；max{·}表示取最大值^表示采集信號(hào)；k表示時(shí)刻；1表示頻率。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于麥瑞德Myriad濾波的跳頻信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于：步驟（5a)所述快速傅里葉變換FFT的具體步驟如下：第一步，用快速傅里葉變換FFT對(duì)最值向量Η故譜分析，得到一組跳頻間隔的估計(jì)值；第二步，對(duì)相鄰的跳頻間隔估計(jì)值作差，將所有相鄰跳頻間隔估計(jì)值差值的平均值，作為跳頻周期的估計(jì)值?！疚臋n編號(hào)】H04B1/715GK104218973SQ201410468826【公開日】2014年12月17日申請(qǐng)日期:2014年9月15日優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日【發(fā)明者】金艷,任航,趙新明,姬紅兵申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)