一種基于信道噪聲動態(tài)估計的信道補償和信號檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于信道噪聲動態(tài)估計的信道補償和信號檢測方法，思路為：確定待檢測頻率區(qū)間F，并對F進行頻域信道的劃分取樣，得到m×n個子檢測區(qū)間，依次計算第i個搜索頻率窗、第j個毗鄰頻率窗的頻譜Sij和第i個搜索頻率窗、n個毗鄰頻率窗的頻譜Si，然后對Si做p次非相干積累，得到經(jīng)過p次非相干積累的第i個搜索頻率窗、n個毗鄰頻率窗的頻譜并計算第i個搜索頻率窗、n個毗鄰頻率窗的信道補償系數(shù)coei，依次計算經(jīng)過q次非相干積累的第i個搜索頻率窗、n個毗鄰頻率窗的頻譜和第i個搜索頻率窗、n個毗鄰頻率窗的補償信號并得到第i個搜索頻率窗、n個毗鄰頻率窗的檢測門限Thri；如果判定檢測到第i個搜索頻率窗內(nèi)存在含有目標的信道信號，分別估計跟蹤到的含有目標的信道信號中心頻率和帶寬。
【專利說明】
-種基于信道噪聲動態(tài)估計的信道補償和信號檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于信號檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種基于信道噪聲動態(tài)估計的信道補償 和信號檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在空間信息對抗領(lǐng)域，對于非合作目標衛(wèi)星，其通信信號的載頻中屯、頻率與帶寬、 調(diào)制方式和碼速率等詳細參數(shù)均未知；與此同時，軍事衛(wèi)星采用的頻率捷變技術(shù)也使得非 合作目標衛(wèi)星通信信號的捕獲檢測難度大大增加。
[0003] 在此背景下，對非合作目標衛(wèi)星進行天線方向的調(diào)整，實現(xiàn)自動捕獲跟蹤目標衛(wèi) 星可能工作頻段的全面監(jiān)控。由于檢測頻段帶寬大，通常使用捜索頻率窗和郵鄰頻率窗的 方法進行頻域信道的劃分取樣，進而進行非合作目標衛(wèi)星通信信號檢測。但是由于空間電 磁背景在不同頻率上表現(xiàn)不同，使得不同頻率的非合作目標衛(wèi)星通信信號響應(yīng)也不同，導(dǎo) 致不同信道不能使用相同的準則來判斷非合作目標衛(wèi)星通信信號的有無，因此需要對不同 信道進行噪聲估計和增益補償，才能設(shè)置合理的檢測準則及口限，進而準確檢測到微弱非 合作目標衛(wèi)星通信信號；另外，由于空間電磁背景存在慢時變特性，使得處理微弱非合作目 標衛(wèi)星通信信號的模擬端器件受工作溫度影響也存在慢時變特性，因而信道的噪聲估計和 增益補償需設(shè)置為動態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對W上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于信道噪聲動態(tài)估 計的信道補償和信號檢測方法，該種基于信道噪聲動態(tài)估計的信道補償和信號檢測方法能 夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境噪聲和信號通路緩慢時變的條件下弱信號的檢測。
[0005] 為達到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予W實現(xiàn)。
[0006] -種基于信道噪聲動態(tài)估計的信道補償和信號檢測方法，包括W下步驟：
[0007] 步驟1，確定待檢測頻率區(qū)間F，并對待檢測頻率區(qū)間F進行頻域信道的劃分取樣， 得到m X n個子檢測區(qū)間，m表示待檢測頻率區(qū)間F包含的捜索頻率窗個數(shù)，n表示每一個捜索 頻率窗包含的郵鄰頻率窗個數(shù);將第i個捜索頻率窗的第j個郵鄰頻率窗的檢測區(qū)間記為 Fij，i G {1，2，…，m}，j G {1，2，…，n}; i表示第i個捜索頻率窗，j表示第j個郵鄰頻率窗，且i 和j的初始值均為1;
[000引步驟2,計算得到第i個捜索頻率窗的第j個郵鄰頻率窗的信道信號SU，并對信道信 號SU進行快速傅里葉變換，得到第i個捜索頻率窗的第j個郵鄰頻率窗的頻譜SiJ;
[0009] 步驟3,令j加1，重復(fù)步驟2,直到得到第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的頻譜 Si,然后對頻譜Si做P次非相干積累，得到經(jīng)過P次非相干積累的第i個捜索頻率窗的n個郵鄰 頻率窗的頻譜Sf，再對頻譜巧求倒數(shù)，得到第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的信道補償 系數(shù)COGi ;其中，P為自然數(shù)；
[0010] 步驟4,令i加1，依次重復(fù)步驟2和步驟3,直到i=m，得到m個捜索頻率窗對應(yīng)的信 道補償系數(shù)向量(306，(306=^061，，，，，(3061，，，，，(306111]，并將信道補償系數(shù)向量(306作為待檢 測頻率區(qū)間F的補償系數(shù)向量，并將i恢復(fù)到初始值I;其中，coei表示第i個捜索頻率窗、n個 郵鄰頻率窗的信道補償系數(shù)；
[0011]步驟5,對第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的頻譜Si做q次非相干積累，得到經(jīng) 過q次非相干積累的第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的頻譜譯;其中，q為自然數(shù)；
[0012]步驟6,將第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的信道補償系數(shù)coei,與第i個捜索 頻率窗的n個郵鄰頻率窗的頻譜《進行逐點相乘，得到第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗 的補償信號辟；
[0013] 步驟7,計算第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的補償信號幫的平均電平;if，將所 述第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的補償信號《的平均電平巧作為底噪估計值，并計 算得到第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的檢測口限化ri;
[0014] 如果補償信號皆中至少有一個元素大于檢測口限化n，則判定檢測到第i個捜索 頻率窗內(nèi)存在含有目標的信道信號，并進入步驟9進行含有目標的信道信號跟蹤;否則判定 第i個捜索頻率窗內(nèi)沒有檢測到含有目標的信道信號，執(zhí)行步驟8;
[0015] 步驟8,設(shè)定與第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的信道補償系數(shù)coei有關(guān)的優(yōu) 化系數(shù)K，并采用遞歸濾波的方式計算得到第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的信道補償 優(yōu)化系數(shù)然后計算得到m個捜索頻率窗對應(yīng)的信道補償優(yōu)化系數(shù)向量Coe^令i加1，返 回步驟5;其中，如果當前;[<1]1，則令;[加1;如果當前1=1]1，則令1 = 1;其中，1(￡[0，1];
[0016] 步驟9，重復(fù)執(zhí)行步驟5到步驟7N次，若判定檢測到第i個捜索頻率窗內(nèi)存在含有目 標的信道信號的次數(shù)不足P次時，則認為失去對含有目標的信道信號的跟蹤，返回步驟5;若 至少有P次判定檢測到第i個捜索頻率窗內(nèi)存在含有目標的信道信號時，則確定跟蹤到了含 有目標的信道信號，并分別估計跟蹤到的含有目標的信道信號中屯、頻率和帶寬;其中，N〉P， P和N分別為自然數(shù)。
[0017] 本發(fā)明的有益效果：
[0018] 第一，本發(fā)明方法結(jié)構(gòu)簡單，運算量小，易于實現(xiàn)，且對信號頻域特征提取時不要 求最終的信號形式，同時對含有目標的信道信號的崎變也不敏感，因此省去了復(fù)雜的濾波 處理設(shè)計，專注于環(huán)境噪聲和信道通路狀況的估計與補償。
[0019] 第二，本發(fā)明方法設(shè)置的參數(shù)可變，能夠根據(jù)實際使用過程中的信道特點進行調(diào) 節(jié)，并能夠權(quán)衡穩(wěn)定性和收斂速度。
[0020] 第=，本發(fā)明方法動態(tài)優(yōu)化補償系數(shù)向量的過程相對獨立，有效提高了方法使用 的靈活性、復(fù)用性和可移植性。
【附圖說明】
[0021] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0022] 圖1為本發(fā)明的一種基于信道噪聲動態(tài)估計的信道補償和信號檢測方法流程圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明的補償系數(shù)向量優(yōu)化算法結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖3為仿真試驗中沒有添加噪聲也沒有經(jīng)過濾波處理的待檢測含有目標的信道信 號頻譜圖；
[0025] 圖4a為濾波器A的幅頻響應(yīng)曲線和相頻響應(yīng)曲線圖；
[0026] 圖4b為濾波器B的幅頻響應(yīng)曲線和相頻響應(yīng)曲線圖；
[0027] 圖5a為信道狀況A的初始化補償系數(shù)向量coeff_A的曲線圖；
[0028] 圖化為信道狀況B的初始化補償系數(shù)向量coeff_B的曲線圖；
[0029] 圖6為待檢測信號經(jīng)過FFT、沒有經(jīng)過非相干積累和補償?shù)慕Y(jié)果示意圖；
[0030] 圖7為待檢測信號經(jīng)過FFT和非相干積累、沒有經(jīng)過補償處理的結(jié)果示意圖；
[0031 ]圖8為待檢測信號經(jīng)過FFT、非相干積累和補償運算的結(jié)果示意圖；
[0032] 圖9為補償系數(shù)向量失配狀況下的頻譜狀況示意圖；
[0033] 圖10為K取不同數(shù)值且補償系數(shù)向量優(yōu)化過程中信道內(nèi)噪聲方差的變化曲線圖；
[0034] 圖Ila為K取不同數(shù)值且補償系數(shù)向量優(yōu)化過程中補償后信號的信噪比變化曲線 圖；
[0035] 圖Ub為將Ila中K取較大值的曲線屏蔽后的效果示意圖。
【具體實施方式】
[0036] 參照圖1，為本發(fā)明的一種基于信道噪聲動態(tài)估計的信道補償和信號檢測方法流 程圖；所述基于信道噪聲動態(tài)估計的信道補償和信號檢測方法，包括W下步驟：
[0037] 步驟1，確定待檢測頻率區(qū)間F，并對待檢測頻率區(qū)間F進行頻域信道的劃分取樣， 得到m X n個子檢測區(qū)間，m表示待檢測頻率區(qū)間F包含的捜索頻率窗個數(shù)，n表示每一個捜索 頻率窗包含的郵鄰頻率窗個數(shù);將第i個捜索頻率窗的第j個郵鄰頻率窗的檢測區(qū)間記為 Fij，i G {1，2，…，m}，j G {1，2，…，n}; i表示第i個捜索頻率窗，j表示第j個郵鄰頻率窗，且i 和j的初始值均為1。
[0038] 具體地，確定待檢測頻率區(qū)間F，并對待檢測頻率區(qū)間F進行頻域信道的劃分取樣， 其過程為:首先使用捜索頻率窗對F進行頻率區(qū)間劃分，得到m個捜索頻率窗，然后使用郵鄰 頻率窗對每個捜索頻率窗再次進行頻率區(qū)間劃分，得到n個郵鄰頻率窗，進而得到m X n個子 檢測區(qū)間，并將第i個捜索頻率窗、第j個郵鄰頻率窗的檢測區(qū)間記為Fu，iG{l，2,…，m}，j G {1，2，…，n}; i表示第i個捜索頻率窗，j表示第j個郵鄰頻率窗，且i和j的初始值均為1。
[0039] 捜索頻率窗適合在模擬電路采取掃頻的方法實現(xiàn)，郵鄰頻率窗適合在數(shù)字電路采 取數(shù)字信道化的方法實現(xiàn);捜索頻率窗和郵鄰頻率窗的劃分范圍由各自的窗寬度決定，并 且捜索頻率窗和郵鄰頻率窗的窗寬度受多重因素制約，即：為了提高含有目標的信道信號 的動態(tài)檢測范圍，需要在捜索頻率窗處設(shè)置模擬自動增益控制(AGC)，當含有目標的信道信 號的頻譜充滿捜索頻率窗時，含有目標的信道信號檢測失效;增大捜索頻率窗寬度，每一次 檢測的運算量會增大，對含有目標的信道信號的處理器要求相應(yīng)提高，因此根據(jù)含有目標 的信道信號帶寬和使用的處理器件設(shè)置捜索頻率窗寬度。
[0040] 假設(shè)待檢測頻率區(qū)間F內(nèi)存在多個待檢測的含有目標的信道信號，且待檢測的多 個含有目標的信道信號中帶寬最大為Bs max,則捜索頻率窗的窗寬度至少為3Bs max;當信號 采樣率(頻率分辨率)確定，且增大郵鄰頻率窗寬度時，進行快速傅里葉變換(FFT)的點數(shù)會 增大；當減小郵鄰頻率窗寬度時，信道數(shù)會相應(yīng)增大，兩種情況都會導(dǎo)致運算量增大，因此 郵鄰頻率窗的寬度也需要根據(jù)實際情況評估運算量后合理設(shè)置。
[0041 ] 祈冰倍捻細Il麻莖反巧F的表達式為；
[0042]
[0043] 其中，f表示待檢測頻率區(qū)間F內(nèi)信號的載頻，f質(zhì)示待檢測頻率區(qū)間F內(nèi)信號的中 屯、頻率，B表示待檢測頻率區(qū)間F內(nèi)信號的帶寬。
[0044] 步驟2,計算得到第i個捜索頻率窗的第j個郵鄰頻率窗的信道信號SU，并對信道信 號SU進行快速傅里葉變換(FFT)，得到第i個捜索頻率窗的第j個郵鄰頻率窗的頻譜Sij。
[0045] 步驟3,令j加1，重復(fù)步驟2,直到得到第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的頻譜 Si,然后對頻譜Si做P次非相干積累，得到經(jīng)過P次非相干積累的第i個捜索頻率窗的n個郵鄰 頻率窗的頻譜57用于提高信噪比；再對頻譜S/求倒數(shù)，得到第i個捜索頻率窗的n個郵鄰 頻率窗的信道補償系數(shù)coei;其中，P為自然數(shù)。
[0046] 具體地，為了保證所述第i個捜索頻率窗、n個郵鄰頻率窗的信道補償系數(shù)coei在 無含有目標的信道信號的情況下得到，且考慮到星間鏈路信號頻率變化快的特點，P表征非 相干積累的次數(shù)，其取值滿足條件為:使得P所對應(yīng)的時間內(nèi)可能出現(xiàn)的含有目標的信道信 號經(jīng)過與無含有目標的信道信號大量的非相干積累而被噪聲淹沒，并將積累后的輸出作為 較為純凈的環(huán)境噪聲和信道通路狀況的估計，因此P的取值根據(jù)含有目標的信道信號的持 續(xù)時間計算決定，假設(shè)含有目標的信道信號的持續(xù)時間為At,則P所對應(yīng)的時間至少為20 At。
[0047] 步驟4,令i加1，依次重復(fù)步驟2和步驟3,直到i=m，得到m個捜索頻率窗對應(yīng)的信 道補償系數(shù)向量(306，(306=^061，，，，，(3061，，，，，(306111]，并將信道補償系數(shù)向量(306作為待檢 測頻率區(qū)間F的補償系數(shù)向量，并將i恢復(fù)到初始值1;其中，coei表示第i個捜索頻率窗的n 個郵鄰頻率窗的信道補償系數(shù)。
[0048] 步驟5,對第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的頻譜Si做q次非相干積累，得到經(jīng) 過q次非相干積累的第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的頻譜巧，用于提高信噪比;其中，q 為自然數(shù)。
[0049] 具體地，考慮到星間鏈路信號頻率變化快的特點，表征非相干積累的次數(shù)q取值滿 足的條件為:使得q所對應(yīng)的時間內(nèi)出現(xiàn)的含有目標的信道信號能被及時捕捉到，且不會由 于和大量的無含有目標的信道信號進行非相干積累而被噪聲淹沒，因此q的取值根據(jù)含有 目標的信道信號的持續(xù)時間計算決定，假設(shè)含有目標的信道信號持續(xù)時間為At,則q所對 應(yīng)的時間不超過3 A t。
[0050] 步驟6,將第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的信道補償系數(shù)coei，與第i個捜索 頻率窗的n個郵鄰頻率窗的頻譜巧進行逐點相乘，得到第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗 的補償信號巧其中，每次切換捜索頻率窗只進行一次補償，有助于提高運行效率，并降低 運算量。
[0化1]步驟7,計算第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的補償信號聲的平均電平:^，將所 述第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的補償信號的平均電平作為底噪估計值，并計算 得到第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的檢測口限化ri。
[0化2]如果補償信號巧中至少有一個元素大于檢測口限化n，則判定檢測到第i個捜索 頻率窗內(nèi)存在含有目標的信道信號，并進入步驟9進行含有目標的信道信號跟蹤;否則判定 第i個捜索頻率窗內(nèi)沒有檢測到含有目標的信道信號，執(zhí)行步驟8。
[0化3]具體地，計算第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的補償信號騎的平均電平其 表達式為：
[0化4]
[0055] 其中，kG U，…，U，L表示一個捜索頻率窗內(nèi)譜頻的總點數(shù)，&"倘表示第i個捜索 頻率窗的n個郵鄰頻率窗的補償信號避中第k個元素，i G {1，2，…，m}，m表示待檢測頻率區(qū) 間F包含的捜索頻率窗個數(shù)。
[0056] 所述第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的檢測口限化ri，其得到過程為：
[0化7]計算補償信號齊的平均電平：S^后，計算第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的補償 信號辟的標準差卻，其表達式為；
[0化8;
[0化9]其中，kG{l，…，U，L表示一個捜索頻率窗內(nèi)譜頻的總點數(shù)，種批)表示第i個捜索 頻率窗的n個郵鄰頻率窗的補償信號《中第k個元素，i G {1，2,…，m}，m表示待檢測頻率區(qū) 間F包含的捜索頻率窗個數(shù)，表示第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的補償信號Sf的平 均電平。
[0060] 考慮到補償信號巧的噪聲已經(jīng)平穩(wěn)，且不會有大范圍的整體抖動，因此將爭+ 3巧。 作為第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的檢測口限化ri。
[0061] 其中，第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的補償信號《是對環(huán)境噪聲和信號通路 進行補償后的信號，相當于在較為平坦的底噪下的信號頻譜。
[0062] 步驟8,設(shè)定與第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的信道補償系數(shù)coei有關(guān)的優(yōu) 化系數(shù)K，并采用遞歸濾波的方式計算得到第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的信道補償 優(yōu)化系數(shù)"w,'，然后計算得到m個捜索頻率窗對應(yīng)的信道補償優(yōu)化系數(shù)向量Coe^令i加1，返 回步驟5;其中，如果當前;[<1]1，則令;[加1;如果當前1=1]1，則令1 = 1;其中，1(￡[0，1]。
[0063] 具體地，設(shè)定與第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的信道補償系數(shù)coei有關(guān)的優(yōu) 化系數(shù)K，并用于表征每次補償系數(shù)的優(yōu)化過程中，環(huán)境噪聲和信道通路狀況的最新估計值 所占有的權(quán)重，且K越大，則權(quán)重越高，補償系數(shù)的優(yōu)化速度也就越快，但同時也越不穩(wěn)定，K ￡[0,!]〇
[0064] 當判定第i個捜索頻率窗內(nèi)沒有檢測到含有目標的信道信號，認為第i個捜索頻率 窗的n個郵鄰頻率窗的頻譜巧未經(jīng)過補償操作，且無含有目標的信道信號，并將頻譜幫作為 優(yōu)化補償系數(shù)向量的成分，然后根據(jù)K值，采用遞歸濾波的方式計算得到第i個捜索頻率窗 的n個郵鄰頻率窗的信道補償優(yōu)化系數(shù)mel，其表達式為：
[00 化]
[0066] 其中，coei表示第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的信道補償系數(shù)，巧表示經(jīng)過q 次非相干積累的第i個捜索頻率窗的n個郵鄰頻率窗的頻譜，K表示設(shè)定的與信道補償系數(shù) coei有關(guān)的優(yōu)化系數(shù)，KG [0，1]，K越大表示優(yōu)化越快，也越不穩(wěn)定。參照圖2,為本發(fā)明的補 償系數(shù)向量優(yōu)化算法結(jié)構(gòu)圖。
[0067] 之所W在切換捜索頻率窗的過程中進行前窗補償系數(shù)向量的更新和后窗補償系 數(shù)向量的提取，是因為切換捜索頻率窗的操作在模擬端進行，需要時間較長，適合同時進行 大批量數(shù)據(jù)操作。
[0068] 然后計算得到m個捜索頻率窗對應(yīng)的信道補償優(yōu)化系數(shù)向量Coe^令i加1，返回步 驟5;其中，如果當前i<m，則令i加1;如果當前i=m，則令i = l。
[0069] 其中，在始終檢測不到含有目標的信道信號時，將對m個捜索頻率窗依次循環(huán)進行 檢測和對應(yīng)補償系數(shù)的優(yōu)化，因此本發(fā)明方法能夠動態(tài)地進行環(huán)境噪聲和信道通路狀況的 估計與補償。
[0070] 步驟9,重復(fù)執(zhí)行步驟5到步驟7N次，若判定檢測到第i個捜索頻率窗內(nèi)存在含有目 標的信道信號的次數(shù)不足P次時，則認為失去對含有目標的信道信號的跟蹤，返回步驟5;若 至少有P次判定檢測到第i個捜索頻率窗內(nèi)存在含有目標的信道信號時，則確定跟蹤到了含 有目標的信道信號，并分別估計跟蹤到的含有目標的信道信號中屯、頻率和帶寬;其中，N〉P， P和N分別為自然數(shù)。
[0071] 具體地，在跟蹤模式下，固定i的值，即固定第i個捜索頻率窗并使用"P/N判定準 貝r進行含有目標的信道信號跟蹤，其中N取值越大時，對應(yīng)的代價延遲也越大，因此實際中 N的取值不會太大;重復(fù)執(zhí)行步驟5到步驟7N次，若判定檢測到第i個捜索頻率窗內(nèi)存在含有 目標的信道信號的次數(shù)不足P次時，則認為失去對含有目標的信道信號的跟蹤，返回步驟5; 若至少有P次判定檢測到第i個捜索頻率窗內(nèi)存在含有目標的信道信號時，則確定跟蹤到了 含有目標的信道信號，并分別估計跟蹤到的含有目標的信道信號中屯、頻率和帶寬;其中，N〉 P，P和N分別為自然數(shù);本發(fā)明實施例中P和N的取值為P = 2、N = 3或者P = 3、N=5;叩/N判定 準則"是在含有目標的信道信號檢測之后的附加判斷準則，并且保持對第i個捜索頻率窗的 持續(xù)跟蹤能有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)健性，減少虛警發(fā)生。
[0072] 本發(fā)明效果通過W下matlab仿真試驗進一步驗證說明。
[007；3]( - )仿真條件：
[0074]為著重研究補償系數(shù)向量的動態(tài)更新，本仿真只針對一個信道。根據(jù)本發(fā)明設(shè)置 目標為中屯、頻率f〇=15MHz、時寬1胖=100帖、帶寬8胖=21化的線性調(diào)頻信號，采樣率'3二 40MHz;設(shè)置含有目標的信道信號模值為1，通過評估信號功率，W-20地的信噪比加入噪聲， 實現(xiàn)信號淹沒在噪聲背景之下；另外還需要單獨產(chǎn)生相同功率的噪聲信號，用W模擬不含 含有目標的信道信號的背景噪聲，然后設(shè)計兩個階數(shù)和通帶截止頻率不同、其他參數(shù)相同 的低通濾波器A和B分別模擬單個信道在兩種狀況下的信號通路情況。
[007引（二)仿真內(nèi)容：
[0076]①對含有目標的信道信號按照一定信噪比添加高斯白噪聲并通過設(shè)計的低通濾 波器A，獲得待檢測的含有目標的信道信號。將待檢測的含有目標的信道信號減去設(shè)置的含 有目標的信道信號，得到信道為A狀況下的背景信號;其中，每次添加的噪聲隨機產(chǎn)生。
[0077] ②按照直接檢測的方法，對待檢測的含有目標的信道信號進行FFT變換和非相干 積累。
[0078] ③按照本發(fā)明提出的方法，先對信道為A狀況下的背景信號進行非相干積累，計算 獲得補償系數(shù)向量coeff_A，并對②過程的結(jié)果進行補償，觀察頻譜狀況。
[0079] ④將①過程中使用的低通濾波器替換為B，進行③過程，得到的補償系數(shù)向量為 coeff_B，然后觀察補償系數(shù)向量失配狀況下的頻譜狀況。
[0080] ⑤設(shè)定與coei有關(guān)的優(yōu)化系數(shù)K，并按照本發(fā)明提出的方法，假設(shè)初始補償系數(shù)向 量為coeff_B，實際信道狀況為A，在無含有目標的信道信號的狀況下通過若干次優(yōu)化，觀察 信號頻譜的改善狀況;coei表示第i個捜索頻率窗、n個郵鄰頻率窗的信道補償系數(shù)。
[0081] (S)仿真結(jié)果分析：
[0082] 參照圖3,為仿真試驗中沒有添加噪聲也沒有經(jīng)過濾波處理的待檢測含有目標的 信道信號頻譜圖；其中含有目標的信道信號為線性調(diào)頻信號，在信號帶寬內(nèi)頻譜高度較大， 其他位置信號頻譜高度很小。
[0083] 參照圖4a，為濾波器A的幅頻響應(yīng)曲線和相頻響應(yīng)曲線圖；參照圖4b，為濾波器B的 幅頻響應(yīng)曲線和相頻響應(yīng)曲線圖；從圖4a和圖4b看出濾波器A和濾波器B的截止頻率和帶內(nèi) 起伏相似，但是濾波器階數(shù)不同、通帶起伏的次數(shù)不同和相頻特性分別不相同。
[0084] 參照圖5曰，為信道狀況A的初始化補償系數(shù)向量coeff_A的曲線圖；參照圖化，為信 道狀況B的初始化補償系數(shù)向量coeff_B的曲線圖；其中，coeff_A是由信道為A狀況下的背 景信號經(jīng)過FFT和非相關(guān)積累后取倒數(shù)得到的。由于非相干積累提高了信噪比，對比圖4a和 圖4b可知初始化補償系數(shù)向量反映了環(huán)境噪聲和信號通路的整體起伏狀況。
[0085] 參照圖6,為待檢測信號經(jīng)過FFT、沒有經(jīng)過非相干積累和補償?shù)慕Y(jié)果示意圖，即沒 有經(jīng)過非相干積累和補償?shù)慕Y(jié)果;觀察圖6可知，在不積累不補償?shù)那闆r下，頻域上的含有 目標的信道信號被噪聲淹沒，無法檢出；對比圖3可知含有目標的信道信號幅度為50地，而 噪聲有60地W上。
[0086] 參照圖7,為待檢測信號經(jīng)過FFT和非相干積累的結(jié)果，即沒有經(jīng)過補償處理。觀察 可知，經(jīng)過非相干積累，信號的信噪比獲得了很大的提高;但是對比圖3,由于信道起伏的原 因，含有目標的信道信號被淹沒在了信道的起伏中，不能被檢出。
[0087] 參照圖8,為待檢測信號經(jīng)過FFT和非相干積累、沒有經(jīng)過補償處理的結(jié)果示意圖； 對比圖7,信道起伏狀況已經(jīng)被補償，噪聲在信道內(nèi)處于平穩(wěn)水平，含有目標的信道信號幅 度明顯高于噪聲，能夠按照規(guī)定準則(如化yman-Pearson準則)檢測出來。
[0088] 參照圖9,為補償系數(shù)向量失配狀況下的頻譜狀況示意圖；其中信道A狀況下的背 景信號，檢測過程中使用的補償系數(shù)向量為coeff_B，在運種狀況下含有目標的信道信號無 法檢測出來。
[0089] 參照圖10,為K取不同數(shù)值且補償系數(shù)向量優(yōu)化過程中信道內(nèi)噪聲方差的變化曲 線圖；其中，為保證統(tǒng)一性，待檢測的含有目標的信道信號采用了同一批數(shù);觀察可知，K = O 時，相當于補償系數(shù)向量沒有優(yōu)化，失配最嚴重，方差最大;K越大，補償系數(shù)向量優(yōu)化越快， 噪聲方差越快降低到穩(wěn)定水平，但K越大表示更新過程中單次積累所占的權(quán)重越大，造成穩(wěn) 定狀態(tài)下噪聲方差越大，也越不穩(wěn)定。
[0090] 參照圖11a，為K取不同數(shù)值且補償系數(shù)向量優(yōu)化過程中補償后信號的信噪比變化 曲線圖，圖Ub為將Ila中K取較大值的曲線屏蔽后的效果示意圖；其中，為保證統(tǒng)一性，待檢 測的含有目標的信道信號采用了同一批數(shù);觀察圖Ila和圖Ub可知，K = O時，相當于補償系 數(shù)向量沒有更新，失配最嚴重，信噪比最小;K越大，補償系數(shù)向量優(yōu)化越快，信噪比越快提 升到穩(wěn)定水平，但K越大表示優(yōu)化過程中單次非相干積累所占的權(quán)重越大，造成穩(wěn)定狀態(tài)下 信噪比越不穩(wěn)定。
[0091] 考慮到在實際使用過程中，本發(fā)明針對的是慢時變的背景噪聲起伏和信道通路起 伏，補償系數(shù)向量的更新速度要求并不高。因此在滿足一定的更新速度要求下，選取的K值 可W相對較小W保證穩(wěn)定。
[0092] 綜上所述，仿真實驗驗證了本發(fā)明的正確性，有效性和可靠性。
[0093] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可W對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍；運樣，倘若本發(fā)明的運些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含運些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于信道噪聲動態(tài)估計的信道補償和信號檢測方法，其特征在于，包括W下步 驟： 步驟1，確定待檢測頻率區(qū)間F，并對待檢測頻率區(qū)間F進行頻域信道的劃分取樣，得到m Xn個子檢測區(qū)間，m表示待檢測頻率區(qū)間F包含的捜索頻率窗個數(shù)，η表示每一個捜索頻率 窗包含的郵鄰頻率窗個數(shù);將第i個捜索頻率窗的第j個郵鄰頻率窗的檢測區(qū)間記為Fij，ie {l，2，…，m}，je{l，2，…，n};i表示第i個捜索頻率窗，j表示第j個郵鄰頻率窗，且i和j的初 始值均為1; 步驟2,計算得到第i個捜索頻率窗的第j個郵鄰頻率窗的信道信號SU，并對信道信號sij 進行快速傅里葉變換，得到第i個捜索頻率窗的第j個郵鄰頻率窗的頻譜Sij; 步驟3,令巧日1，重復(fù)步驟2,直到得到第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗的頻譜Si，然后 對頻譜Si做P次非相干積累，得到經(jīng)過P次非相干積累的第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗 的頻譜&"，再對頻譜巧'求倒數(shù)，得到第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗的信道補償系數(shù) coei;其中，Ρ為自然數(shù)； 步驟4,令i加1，依次重復(fù)步驟2和步驟3,直到i=m，得到m個捜索頻率窗對應(yīng)的信道補 償系數(shù)向量coe，coe = koei,…，coei,…，coem]，并將信道補償系數(shù)向量coe作為待檢測頻 率區(qū)間F的補償系數(shù)向量，并將i恢復(fù)到初始值1;其中，coei表示第i個捜索頻率窗的η個郵 鄰頻率窗的信道補償系數(shù)； 步驟5,對第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗的頻譜Si做q次非相干積累，得到經(jīng)過q次 非相干積累的第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗的頻譜巧;其中，q為自然數(shù)； 步驟6，將第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗的信道補償系數(shù)coei，與第i個捜索頻率窗 的、η個郵鄰頻率窗的頻譜巧進行逐點相乘，得到第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗的補償 信號畔； 步驟7,計算第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗的補償信號巧的平均電平將所述第 i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗的補償信號《的平均電平作為底噪估計值，并計算得到 第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗的檢測口限化ri; 如果補償信號中至少有一個元素大于檢測口限化ri，則判定檢測到第i個捜索頻率窗 內(nèi)存在含有目標的信道信號，并進入步驟9進行含有目標的信道信號跟蹤；否則判定第i個 捜索頻率窗內(nèi)沒有檢測到含有目標的信道信號，執(zhí)行步驟8; 步驟8,設(shè)定與第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗的信道補償系數(shù)coei有關(guān)的優(yōu)化系數(shù) K，并采用遞歸濾波的方式計算得到第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗的信道補償優(yōu)化系 數(shù)coe;，然后計算得到m個捜索頻率窗對應(yīng)的信道補償優(yōu)化系數(shù)向量coe^令i加1，返回步驟 5;其中，如果當前i<m，則令i加1;如果當前i=m，則令i = l;其中，Ke[〇，l]; 步驟9,重復(fù)執(zhí)行步驟5到步驟7N次，若判定檢測到第i個捜索頻率窗內(nèi)存在含有目標的 信道信號的次數(shù)不足P次時，則認為失去對含有目標的信道信號的跟蹤，返回步驟5;若至少 有P次判定檢測到第i個捜索頻率窗內(nèi)存在含有目標的信道信號時，則確定跟蹤到了含有目 標的信道信號，并分別估計跟蹤到的含有目標的信道信號中屯、頻率和帶寬；其中，N〉P，P和N 分別為自然數(shù)。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于信道噪聲動態(tài)估計的信道補償和信號檢測方法，其特 征在于，在步驟1中，所述待檢測頻率區(qū)間F，其表達式為：其中，f表示待檢測頻率區(qū)間F內(nèi)信號的載頻，f質(zhì)示待檢測頻率區(qū)間F內(nèi)信號的中屯、頻 率，B表示待檢測頻率區(qū)間F內(nèi)信號的帶寬。3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于信道噪聲動態(tài)估計的信道補償和信號檢測方法，其特 征在于，在步驟2中，所述對Si做P次非相干積累，其中P的取值根據(jù)目標信號的持續(xù)時間計 算決定，假設(shè)目標信號的持續(xù)時間為At,則P所對應(yīng)的時間至少為20At。4. 如權(quán)利要求1所述的一種基于信道噪聲動態(tài)估計的信道補償和信號檢測方法，其特 征在于，在步驟5中，所述對Si做q次非相干積累，其中q的取值根據(jù)目標信號的持續(xù)時間計 算決定，假設(shè)目標信號持續(xù)時間為At,則q所對應(yīng)的時間不超過3At。5. 如權(quán)利要求1所述的一種基于信道噪聲動態(tài)估計的信道補償和信號檢測方法，其特 征在于，在步驟7中，所述第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗的補償信號《的平均電平巧， 其表達式為：其中，4￡{1，，，，，1^}，1^表示一個捜索頻率窗內(nèi)譜頻的總點數(shù)，&"從)表示第1個捜索頻率 窗的η個郵鄰頻率窗的補償信號中第k個元素，ie{l，2，…，m}，m表示待檢測頻率區(qū)間F包 含的捜索頻率窗個數(shù)。6. 如權(quán)利要求1所述的一種基于信道噪聲動態(tài)估計的信道補償和信號檢測方法，其特 征在于，在步驟7中，所述第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗的檢測口限化ri，其得到過程 為： 計算補償信號卸的平均電平isf后，計算第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗的補償信號 蹲的標準差并將if+ 3<作為第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻 率窗的檢測口限化ri; 其中，ke {1，···，U，L表示一個捜索頻率窗內(nèi)譜頻的總點數(shù)，式1(/〇表示第i個捜索頻率 窗的η個郵鄰頻率窗的補償信號《中第k個元素 ，i e {1，2，…，m}，m表示待檢測頻率區(qū)間F包 含的捜索頻率窗個數(shù)表示第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗的補償信號《的平均電 平。7. 如權(quán)利要求1所述的一種基于信道噪聲動態(tài)估計的信道補償和信號檢測方法，其特 征在于，在步驟8中，所述第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗的信道補償優(yōu)化系數(shù)coe;，其 表達式為：其中，coei表示第i個捜索頻率窗的η個郵鄰頻率窗的信道補償系數(shù)，巧表示第i個捜索 頻率窗的η個郵鄰頻率窗的頻譜，K表示設(shè)定的與信道補償系數(shù)coei有關(guān)的優(yōu)化系數(shù)。
【文檔編號】H04L25/03GK105978832SQ201610274152
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】蘇濤, 李強, 陳艷利, 劉少華, 吳凱, 章建成
【申請人】西安電子科技大學(xué)