專利名稱：抗串漏高精度時(shí)延估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種水聲信號(hào)處理方法，具體地說(shuō)是用于抗不同通道之間信號(hào)串 漏的高精度時(shí)延估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
對(duì)基于時(shí)延測(cè)量的定位系統(tǒng)而言，時(shí)延估計(jì)精度是決定系統(tǒng)定位精度的關(guān)鍵因素 之一。當(dāng)被動(dòng)聲納接收的信號(hào)是目標(biāo)輻射的連續(xù)噪聲時(shí)，可以用廣義互相關(guān)或互譜法估計(jì) 時(shí)延，而當(dāng)接收的信號(hào)是目標(biāo)主動(dòng)發(fā)射的窄帶脈沖信號(hào)(CW、LFM或跳頻信號(hào))時(shí)，由于窄帶 脈沖信號(hào)的相關(guān)峰不夠尖銳，用相關(guān)檢測(cè)不能滿足高精度時(shí)延測(cè)量的要求，而且在實(shí)際應(yīng) 用中很難確定其長(zhǎng)度，或者只能按最大可能積分時(shí)間運(yùn)算而增加不必要的運(yùn)算量，所以該 方法不再適用。當(dāng)處理多目標(biāo)不同頻率的窄帶脈沖信號(hào)時(shí)，由于邊帶頻譜泄漏，其它通道的 信號(hào)會(huì)串漏到本通道中來(lái)，形成串漏干擾，當(dāng)信號(hào)能量較強(qiáng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的虛警現(xiàn)象，定 位精度將嚴(yán)重下降。目前，對(duì)于水聲窄帶脈沖信號(hào)的檢測(cè)與時(shí)延估計(jì)主要采用以下幾種方法線性帶 通濾波、匹配濾波、頻譜分析、自適應(yīng)線譜增強(qiáng)、能量檢測(cè)與鑒寬器相結(jié)合等。上述方法能夠 正確檢測(cè)水聲脈沖信號(hào)，得到時(shí)延估計(jì)結(jié)果，但是不能抑制其它通道的串漏干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在提高時(shí)延估計(jì)精度的同時(shí)，能解決信號(hào)抗串漏的問(wèn) 題的抗串漏高精度時(shí)延估計(jì)方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的1.對(duì)基本參數(shù)初始化，所述基本參數(shù)主要包括寬度門限、幅度門限、瞬時(shí)頻率方差 門限、濾波器中心頻率、帶寬、正交參考信號(hào)幅度、學(xué)習(xí)步長(zhǎng)；2.計(jì)算輸入信號(hào)包絡(luò)、相位、瞬時(shí)頻率及瞬時(shí)頻率方差；3.包絡(luò)檢波器；4.鑒寬器與瞬時(shí)頻率方差聯(lián)合判決；5.自適應(yīng)相位估計(jì)器對(duì)時(shí)延估計(jì)結(jié)果進(jìn)行修正。本發(fā)明還可以包括1、所述的包絡(luò)檢波器是采用LMS算法，利用自適應(yīng)Notch濾波器的穩(wěn)態(tài)權(quán)計(jì)算 接收信號(hào)的包絡(luò)，即為信號(hào)的能量，設(shè)定信號(hào)檢測(cè)門限，若超過(guò)門限值則增加寬度計(jì)數(shù)器的 值，若未超過(guò)門限值則進(jìn)行鑒寬器與瞬時(shí)頻率方差的聯(lián)合判決。2、所述的鑒寬器與瞬時(shí)頻率方差聯(lián)合判決是根據(jù)窄帶脈沖信號(hào)的脈寬及尖脈沖 干擾的寬度選擇鑒寬器的寬度門限，若幅度超過(guò)門限值并且脈沖寬度也超過(guò)寬度門限時(shí)， 則利用瞬時(shí)頻率方差檢測(cè)進(jìn)行下一步判斷；根據(jù)信號(hào)幅度設(shè)置瞬時(shí)頻率方差門限，當(dāng)信號(hào) 瞬時(shí)頻率方差小于該門限值時(shí)，則將之判斷為有效信號(hào)，利用當(dāng)前采樣點(diǎn)數(shù)減去信號(hào)脈沖 寬度即得到當(dāng)前信號(hào)的時(shí)延估計(jì)粗測(cè)值，若不滿足上述條件，則將該信號(hào)判為干擾。
3、所述的自適應(yīng)相位估計(jì)器對(duì)時(shí)延估計(jì)結(jié)果進(jìn)行修正是根據(jù)自適應(yīng)Notch濾波 器的穩(wěn)態(tài)權(quán)值，計(jì)算信號(hào)的相位估計(jì)值，由該估計(jì)值計(jì)算時(shí)延測(cè)量偏差，利用該偏差修正上 述時(shí)延估計(jì)粗測(cè)值。本發(fā)明的核心技術(shù)內(nèi)容在于基于自適應(yīng)包絡(luò)檢波器與鑒寬器相結(jié)合對(duì)窄帶脈沖 信號(hào)時(shí)延進(jìn)行估計(jì)的方法，并且利用瞬時(shí)頻率方差檢測(cè)器抗串漏，利用自適應(yīng)相位估計(jì)對(duì) 所測(cè)時(shí)延進(jìn)行修正，使時(shí)延精度進(jìn)一步提高。本發(fā)明所述的利用自適應(yīng)包絡(luò)檢波器，其核心思想是利用自適應(yīng)陷波濾波器根 據(jù)LMS算法，當(dāng)自適應(yīng)陷波濾波器權(quán)值達(dá)到平衡后，其輸出是輸入信號(hào)的最大似然估計(jì)，利 用它的穩(wěn)態(tài)權(quán)計(jì)算信號(hào)幅度，即相當(dāng)于包絡(luò)檢波器。本發(fā)明所述的鑒寬器，其核心思想是如果輸入信號(hào)連續(xù)過(guò)門限時(shí)間短于該寬度， 則視為無(wú)效脈沖，重新檢測(cè)前沿。鑒寬器寬度門限的選取主要根據(jù)以下三個(gè)方面一是所采 用窄帶脈沖信號(hào)的脈寬；二是水聲傳播時(shí)尖脈沖干擾的脈寬；三是水聲多途信道對(duì)接收信 號(hào)的影響。寬度門限應(yīng)大于尖脈沖干擾的脈寬，以減少虛警概率；小于脈沖信號(hào)的脈寬，以 減少漏報(bào)概率。本發(fā)明所述的瞬時(shí)頻率方差檢測(cè)器抗串漏，其核心思想是利用自適應(yīng)陷波濾波 器的穩(wěn)態(tài)權(quán)計(jì)算計(jì)算接收信號(hào)的瞬時(shí)頻率方差。由于信號(hào)串漏的是邊帶頻譜，它的瞬時(shí)頻 率方差比主帶頻譜大得多，所以可以采用VIFD檢測(cè)器和上述方法(包絡(luò)檢測(cè)器+鑒寬器) 聯(lián)合判決，則可以實(shí)現(xiàn)抗尖脈沖干擾和通道串漏，降低虛警概率。本發(fā)明所述的自適應(yīng)相位估計(jì)對(duì)粗測(cè)時(shí)延進(jìn)行修正，其核心思想是自適應(yīng)陷波 濾波器的接收信號(hào)與參考信號(hào)相位差在一個(gè)脈寬內(nèi)近似為恒定值，但是由于噪聲的存在， 該相位差存在波動(dòng)，為了提高相位測(cè)量的精度，利用自適應(yīng)陷波濾波器的穩(wěn)態(tài)權(quán)計(jì)算得到 相位估計(jì)的平均值，并利用該平均值對(duì)粗測(cè)時(shí)延進(jìn)行修正。


圖1為信號(hào)處理流程圖；圖2為輸入信號(hào)；圖3為通道1 Notch輸出結(jié)果圖；圖4為通道2 Notch輸出結(jié)果圖；圖5為兩路并行結(jié)構(gòu)自適應(yīng)窄帶濾波器原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體說(shuō)明信號(hào)處理流程圖如圖1所示，設(shè)水下設(shè)備發(fā)射信號(hào)基本參數(shù)CW脈沖，頻率為f、 2f，脈沖寬度均為T，采樣頻率為5f，輸入信噪比15dB。輸入信號(hào)如圖2所示。針對(duì)上述條 件，給出該具體實(shí)施例的抗串漏時(shí)延估計(jì)步驟(1. 1)基本參數(shù)初始化，主要包括寬度門限、幅度門限、瞬時(shí)頻率方差門限、濾波器 中心頻率、帶寬、正交參考信號(hào)幅度、學(xué)習(xí)步長(zhǎng)等。1、寬度門限:ffidth = kT，k = 0. 6 0. 8 ；3、最小能量門限Amp_S = 0. 2 ；
4、瞬時(shí)頻率方差門限／HRESH—vifd一4096；
5、濾波器中心頻率CO。一f；CO、一2f；
6、濾波器帶寬B_wide。一B。；B_widel—B。；
7、濾波器正交參考輸入幅度f(wàn)—l；
(1．2)計(jì)算輸入信號(hào)包絡(luò)、瞬時(shí)頻率及方差。采用自適應(yīng)Notch濾波器做窄帶濾波和包絡(luò)估計(jì)，當(dāng)前信號(hào)能量為包絡(luò)平方。自適應(yīng)Notch濾波器輸出、信號(hào)絡(luò)、權(quán)值、及瞬時(shí)頻率及方差倒數(shù)如圖3、4所示。
兩路并行濾波器原理框圖如圖5所示，圖中，d(k)一S(k)+n(k)為期望信號(hào)時(shí)間序列，k—l，2，00．，L為時(shí)間序號(hào)，S(k)為接收聲信號(hào)，n(k)為背景噪聲；X，(k)和X．(k)為兩路正交參考輸入。W．(k)，W，(k)為迭代權(quán)；s(k)為殘差輸出；y(k)為信號(hào)輸出。下面給出用于求信號(hào)包絡(luò)、相位、瞬時(shí)頻率、瞬時(shí)頻率方差的公式
設(shè)該濾波器的學(xué)習(xí)步長(zhǎng)為常量u，中心頻率CO。，正交參考輸入的幅度為A，則兩路參考輸入表示為
權(quán)利要求
1.一種抗串漏高精度時(shí)延估計(jì)方法，其特征是(1)對(duì)基本參數(shù)初始化，所述基本參數(shù)主要包括寬度門限、幅度門限、瞬時(shí)頻率方差門 限、濾波器中心頻率、帶寬、正交參考信號(hào)幅度、學(xué)習(xí)步長(zhǎng)；(2)計(jì)算輸入信號(hào)包絡(luò)、相位、瞬時(shí)頻率及瞬時(shí)頻率方差；(3)包絡(luò)檢波器；(4)鑒寬器與瞬時(shí)頻率方差聯(lián)合判決；(5)自適應(yīng)相位估計(jì)器對(duì)時(shí)延估計(jì)結(jié)果進(jìn)行修正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗串漏高精度時(shí)延估計(jì)方法，其特征是所述的包絡(luò)檢波器 是采用LMS算法，利用自適應(yīng)Notch濾波器的穩(wěn)態(tài)權(quán)計(jì)算接收信號(hào)的包絡(luò)，即為信號(hào)的能 量，設(shè)定信號(hào)檢測(cè)門限，若超過(guò)門限值則增加寬度計(jì)數(shù)器的值，若未超過(guò)門限值則進(jìn)行鑒寬 器與瞬時(shí)頻率方差的聯(lián)合判決。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗串漏高精度時(shí)延估計(jì)方法，其特征是所述的鑒寬器與 瞬時(shí)頻率方差聯(lián)合判決是根據(jù)窄帶脈沖信號(hào)的脈寬及尖脈沖干擾的寬度選擇鑒寬器的寬 度門限，若幅度超過(guò)門限值并且脈沖寬度也超過(guò)寬度門限時(shí)，則利用瞬時(shí)頻率方差檢測(cè)進(jìn) 行下一步判斷；根據(jù)信號(hào)幅度設(shè)置瞬時(shí)頻率方差門限，當(dāng)信號(hào)瞬時(shí)頻率方差小于該門限值 時(shí)，則將之判斷為有效信號(hào)，利用當(dāng)前采樣點(diǎn)數(shù)減去信號(hào)脈沖寬度即得到當(dāng)前信號(hào)的時(shí)延 估計(jì)粗測(cè)值，若不滿足上述條件，則將該信號(hào)判為干擾。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗串漏高精度時(shí)延估計(jì)方法，其特征是所述的自適應(yīng)相 位估計(jì)器對(duì)時(shí)延估計(jì)結(jié)果進(jìn)行修正是根據(jù)自適應(yīng)Notch濾波器的穩(wěn)態(tài)權(quán)值，計(jì)算信號(hào)的 相位估計(jì)值，由該估計(jì)值計(jì)算時(shí)延測(cè)量偏差，利用該偏差修正上述時(shí)延估計(jì)粗測(cè)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗串漏高精度時(shí)延估計(jì)方法，其特征是所述的自適應(yīng)相位估 計(jì)器對(duì)時(shí)延估計(jì)結(jié)果進(jìn)行修正是根據(jù)自適應(yīng)Notch濾波器的穩(wěn)態(tài)權(quán)值，計(jì)算信號(hào)的相位 估計(jì)值，由該估計(jì)值計(jì)算時(shí)延測(cè)量偏差，利用該偏差修正上述時(shí)延估計(jì)粗測(cè)值。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種抗串漏高精度時(shí)延估計(jì)方法。對(duì)基本參數(shù)初始化，所述基本參數(shù)主要包括寬度門限、幅度門限、瞬時(shí)頻率方差門限、濾波器中心頻率、帶寬、正交參考信號(hào)幅度、學(xué)習(xí)步長(zhǎng)；計(jì)算輸入信號(hào)包絡(luò)、相位、瞬時(shí)頻率及瞬時(shí)頻率方差；包絡(luò)檢波器；鑒寬器與瞬時(shí)頻率方差聯(lián)合判決；自適應(yīng)相位估計(jì)器對(duì)時(shí)延估計(jì)結(jié)果進(jìn)行修正。本發(fā)明利用自適應(yīng)包絡(luò)檢波器與鑒寬器聯(lián)合檢測(cè)水聲窄帶脈沖類信號(hào)，并對(duì)信號(hào)時(shí)延進(jìn)行粗測(cè)，同時(shí)利用瞬時(shí)頻率方差檢測(cè)器抗不同通道之間信號(hào)的串漏，再利用自適應(yīng)相位估計(jì)測(cè)得信號(hào)的相位后，對(duì)粗測(cè)時(shí)延進(jìn)行修正，用以進(jìn)一步提高時(shí)延測(cè)量精度。本方法將時(shí)延估計(jì)精度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)的同時(shí)，解決了信號(hào)抗串漏的難題。
文檔編號(hào)H04B13/02GK102064891SQ201010549450
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者付進(jìn), 李利, 林旺生, 梁國(guó)龍, 王燕, 王逸林, 范展 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)