CN105978832A - 一种基于信道噪声动态估计的信道补偿和信号检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信道噪声动态估计的信道补偿和信号检测方法，思路为：确定待检测频率区间F，并对F进行频域信道的划分取样，得到m×n个子检测区间，依次计算第i个搜索频率窗、第j个毗邻频率窗的频谱S_ij和第i个搜索频率窗、n个毗邻频率窗的频谱S_i，然后对S_i做p次非相干积累，得到经过p次非相干积累的第i个搜索频率窗、n个毗邻频率窗的频谱并计算第i个搜索频率窗、n个毗邻频率窗的信道补偿系数coe_i，依次计算经过q次非相干积累的第i个搜索频率窗、n个毗邻频率窗的频谱和第i个搜索频率窗、n个毗邻频率窗的补偿信号并得到第i个搜索频率窗、n个毗邻频率窗的检测门限Thr_i；如果判定检测到第i个搜索频率窗内存在含有目标的信道信号，分别估计跟踪到的含有目标的信道信号中心频率和带宽。

Description

一种基于信道噪声动态估计的信道补偿和信号检测方法

技术领域

本发明属于信号检测技术领域，特别涉及一种基于信道噪声动态估计的信道补偿和信号检测方法。

背景技术

在空间信息对抗领域，对于非合作目标卫星，其通信信号的载频中心频率与带宽、调制方式和码速率等详细参数均未知；与此同时，军事卫星采用的频率捷变技术也使得非合作目标卫星通信信号的捕获检测难度大大增加。

在此背景下，对非合作目标卫星进行天线方向的调整，实现自动捕获跟踪目标卫星可能工作频段的全面监控。由于检测频段带宽大，通常使用搜索频率窗和毗邻频率窗的方法进行频域信道的划分取样，进而进行非合作目标卫星通信信号检测。但是由于空间电磁背景在不同频率上表现不同，使得不同频率的非合作目标卫星通信信号响应也不同，导致不同信道不能使用相同的准则来判断非合作目标卫星通信信号的有无，因此需要对不同信道进行噪声估计和增益补偿，才能设置合理的检测准则及门限，进而准确检测到微弱非合作目标卫星通信信号；另外，由于空间电磁背景存在慢时变特性，使得处理微弱非合作目标卫星通信信号的模拟端器件受工作温度影响也存在慢时变特性，因而信道的噪声估计和增益补偿需设置为动态。

发明内容

针对以上现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出一种基于信道噪声动态估计的信道补偿和信号检测方法，该种基于信道噪声动态估计的信道补偿和信号检测方法能够实现环境噪声和信号通路缓慢时变的条件下弱信号的检测。

为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种基于信道噪声动态估计的信道补偿和信号检测方法，包括以下步骤：

步骤1，确定待检测频率区间F，并对待检测频率区间F进行频域信道的划分取样，得到m×n个子检测区间，m表示待检测频率区间F包含的搜索频率窗个数，n表示每一个搜索频率窗包含的毗邻频率窗个数；将第i个搜索频率窗的第j个毗邻频率窗的检测区间记为F_ij，i∈{1,2,…,m}，j∈{1,2,…,n}；i表示第i个搜索频率窗，j表示第j个毗邻频率窗，且i和j的初始值均为1；

步骤2，计算得到第i个搜索频率窗的第j个毗邻频率窗的信道信号s_ij，并对信道信号s_ij进行快速傅里叶变换，得到第i个搜索频率窗的第j个毗邻频率窗的频谱S_ij；

步骤3，令j加1，重复步骤2，直到得到第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的频谱S_i，然后对频谱S_i做p次非相干积累，得到经过p次非相干积累的第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的频谱再对频谱求倒数，得到第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿系数coe_i；其中，p为自然数；

步骤4，令i加1，依次重复步骤2和步骤3，直到i＝m，得到m个搜索频率窗对应的信道补偿系数向量coe，coe＝[coe₁,…,coe_i,…,coe_m]，并将信道补偿系数向量coe作为待检测频率区间F的补偿系数向量，并将i恢复到初始值1；其中，coe_i表示第i个搜索频率窗、n个毗邻频率窗的信道补偿系数；

步骤5，对第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的频谱S_i做q次非相干积累，得到经过q次非相干积累的第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的频谱其中，q为自然数；

步骤6，将第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿系数coe_i，与第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的频谱进行逐点相乘，得到第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号

步骤7，计算第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号的平均电平将所述第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号的平均电平作为底噪估计值，并计算得到第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的检测门限Thr_i；

如果补偿信号中至少有一个元素大于检测门限Thr_i，则判定检测到第i个搜索频率窗内存在含有目标的信道信号，并进入步骤9进行含有目标的信道信号跟踪；否则判定第i个搜索频率窗内没有检测到含有目标的信道信号，执行步骤8；

步骤8，设定与第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿系数coe_i有关的优化系数K，并采用递归滤波的方式计算得到第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿优化系数然后计算得到m个搜索频率窗对应的信道补偿优化系数向量coe^*，令i加1，返回步骤5；其中，如果当前i<m，则令i加1；如果当前i＝m，则令i＝1；其中，K∈[0,1]；

步骤9，重复执行步骤5到步骤7N次，若判定检测到第i个搜索频率窗内存在含有目标的信道信号的次数不足P次时，则认为失去对含有目标的信道信号的跟踪，返回步骤5；若至少有P次判定检测到第i个搜索频率窗内存在含有目标的信道信号时，则确定跟踪到了含有目标的信道信号，并分别估计跟踪到的含有目标的信道信号中心频率和带宽；其中，N>P，P和N分别为自然数。

本发明的有益效果：

第一，本发明方法结构简单，运算量小，易于实现，且对信号频域特征提取时不要求最终的信号形式，同时对含有目标的信道信号的畸变也不敏感，因此省去了复杂的滤波处理设计，专注于环境噪声和信道通路状况的估计与补偿。

第二，本发明方法设置的参数可变，能够根据实际使用过程中的信道特点进行调节，并能够权衡稳定性和收敛速度。

第三，本发明方法动态优化补偿系数向量的过程相对独立，有效提高了方法使用的灵活性、复用性和可移植性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的一种基于信道噪声动态估计的信道补偿和信号检测方法流程图；

图2为本发明的补偿系数向量优化算法结构图；

图3为仿真试验中没有添加噪声也没有经过滤波处理的待检测含有目标的信道信号频谱图；

图4a为滤波器A的幅频响应曲线和相频响应曲线图；

图4b为滤波器B的幅频响应曲线和相频响应曲线图；

图5a为信道状况A的初始化补偿系数向量coeff_A的曲线图；

图5b为信道状况B的初始化补偿系数向量coeff_B的曲线图；

图6为待检测信号经过FFT、没有经过非相干积累和补偿的结果示意图；

图7为待检测信号经过FFT和非相干积累、没有经过补偿处理的结果示意图；

图8为待检测信号经过FFT、非相干积累和补偿运算的结果示意图；

图9为补偿系数向量失配状况下的频谱状况示意图；

图10为K取不同数值且补偿系数向量优化过程中信道内噪声方差的变化曲线图；

图11a为K取不同数值且补偿系数向量优化过程中补偿后信号的信噪比变化曲线图；

图11b为将11a中K取较大值的曲线屏蔽后的效果示意图。

具体实施方式

参照图1，为本发明的一种基于信道噪声动态估计的信道补偿和信号检测方法流程图；所述基于信道噪声动态估计的信道补偿和信号检测方法，包括以下步骤：

步骤1，确定待检测频率区间F，并对待检测频率区间F进行频域信道的划分取样，得到m×n个子检测区间，m表示待检测频率区间F包含的搜索频率窗个数，n表示每一个搜索频率窗包含的毗邻频率窗个数；将第i个搜索频率窗的第j个毗邻频率窗的检测区间记为F_ij，i∈{1,2,…,m}，j∈{1,2,…,n}；i表示第i个搜索频率窗，j表示第j个毗邻频率窗，且i和j的初始值均为1。

具体地，确定待检测频率区间F，并对待检测频率区间F进行频域信道的划分取样，其过程为：首先使用搜索频率窗对F进行频率区间划分，得到m个搜索频率窗，然后使用毗邻频率窗对每个搜索频率窗再次进行频率区间划分，得到n个毗邻频率窗，进而得到m×n个子检测区间，并将第i个搜索频率窗、第j个毗邻频率窗的检测区间记为F_ij，i∈{1,2,…,m}，j∈{1,2,…,n}；i表示第i个搜索频率窗，j表示第j个毗邻频率窗，且i和j的初始值均为1。

搜索频率窗适合在模拟电路采取扫频的方法实现，毗邻频率窗适合在数字电路采取数字信道化的方法实现；搜索频率窗和毗邻频率窗的划分范围由各自的窗宽度决定，并且搜索频率窗和毗邻频率窗的窗宽度受多重因素制约，即：为了提高含有目标的信道信号的动态检测范围，需要在搜索频率窗处设置模拟自动增益控制(AGC)，当含有目标的信道信号的频谱充满搜索频率窗时，含有目标的信道信号检测失效；增大搜索频率窗宽度，每一次检测的运算量会增大，对含有目标的信道信号的处理器要求相应提高，因此根据含有目标的信道信号带宽和使用的处理器件设置搜索频率窗宽度。

假设待检测频率区间F内存在多个待检测的含有目标的信道信号，且待检测的多个含有目标的信道信号中带宽最大为B_{s max}，则搜索频率窗的窗宽度至少为3B_{s max}；当信号采样率(频率分辨率)确定，且增大毗邻频率窗宽度时，进行快速傅里叶变换(FFT)的点数会增大；当减小毗邻频率窗宽度时，信道数会相应增大，两种情况都会导致运算量增大，因此毗邻频率窗的宽度也需要根据实际情况评估运算量后合理设置。

所述待检测频率区间F的表达式为：

$F=\left\{f\right|\left|f-f_0\right|<\frac{B}{2}\}$

其中，f表示待检测频率区间F内信号的载频，f₀表示待检测频率区间F内信号的中心频率，B表示待检测频率区间F内信号的带宽。

步骤2，计算得到第i个搜索频率窗的第j个毗邻频率窗的信道信号s_ij，并对信道信号s_ij进行快速傅里叶变换(FFT)，得到第i个搜索频率窗的第j个毗邻频率窗的频谱S_ij。

步骤3，令j加1，重复步骤2，直到得到第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的频谱S_i，然后对频谱S_i做p次非相干积累，得到经过p次非相干积累的第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的频谱用于提高信噪比；再对频谱求倒数，得到第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿系数coe_i；其中，p为自然数。

具体地，为了保证所述第i个搜索频率窗、n个毗邻频率窗的信道补偿系数coe_i在无含有目标的信道信号的情况下得到，且考虑到星间链路信号频率变化快的特点，p表征非相干积累的次数，其取值满足条件为：使得p所对应的时间内可能出现的含有目标的信道信号经过与无含有目标的信道信号大量的非相干积累而被噪声淹没，并将积累后的输出作为较为纯净的环境噪声和信道通路状况的估计，因此p的取值根据含有目标的信道信号的持续时间计算决定，假设含有目标的信道信号的持续时间为Δt，则p所对应的时间至少为20Δt。

步骤4，令i加1，依次重复步骤2和步骤3，直到i＝m，得到m个搜索频率窗对应的信道补偿系数向量coe，coe＝[coe₁,…,coe_i,…,coe_m]，并将信道补偿系数向量coe作为待检测频率区间F的补偿系数向量，并将i恢复到初始值1；其中，coe_i表示第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿系数。

步骤5，对第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的频谱S_i做q次非相干积累，得到经过q次非相干积累的第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的频谱用于提高信噪比；其中，q为自然数。

具体地，考虑到星间链路信号频率变化快的特点，表征非相干积累的次数q取值满足的条件为：使得q所对应的时间内出现的含有目标的信道信号能被及时捕捉到，且不会由于和大量的无含有目标的信道信号进行非相干积累而被噪声淹没，因此q的取值根据含有目标的信道信号的持续时间计算决定，假设含有目标的信道信号持续时间为Δt，则q所对应的时间不超过3Δt。

步骤6，将第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿系数coe_i，与第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的频谱进行逐点相乘，得到第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号其中，每次切换搜索频率窗只进行一次补偿，有助于提高运行效率，并降低运算量。

步骤7，计算第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号的平均电平将所述第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号的平均电平作为底噪估计值，并计算得到第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的检测门限Thr_i。

如果补偿信号中至少有一个元素大于检测门限Thr_i，则判定检测到第i个搜索频率窗内存在含有目标的信道信号，并进入步骤9进行含有目标的信道信号跟踪；否则判定第i个搜索频率窗内没有检测到含有目标的信道信号，执行步骤8。

具体地，计算第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号的平均电平其表达式为：

$\stackrel{\&OverBar;}{S_i^0}=\frac{1}{L}\underset{k=1}{\overset{L}{\&Sigma;}}{S}_i^0\left(k\right)$

其中，k∈{1,…,L}，L表示一个搜索频率窗内谱频的总点数，表示第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号中第k个元素,i∈{1,2,…,m},m表示待检测频率区间F包含的搜索频率窗个数。

所述第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的检测门限Thr_i，其得到过程为：

计算补偿信号的平均电平后，计算第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号的标准差其表达式为；

${\mathrm{\&sigma;}}_i^0=\sqrt{\frac{1}{L}\underset{k=1}{\overset{L}{\&Sigma;}}{\left(S_i^0\right(k)-\stackrel{\&OverBar;}{S_i^0})}^2}$

其中，k∈{1,…,L}，L表示一个搜索频率窗内谱频的总点数，表示第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号中第k个元素,i∈{1,2,…,m},m表示待检测频率区间F包含的搜索频率窗个数，表示第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号的平均电平。

考虑到补偿信号的噪声已经平稳，且不会有大范围的整体抖动，因此将作为第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的检测门限Thr_i。

其中，第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号是对环境噪声和信号通路进行补偿后的信号，相当于在较为平坦的底噪下的信号频谱。

步骤8，设定与第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿系数coe_i有关的优化系数K，并采用递归滤波的方式计算得到第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿优化系数然后计算得到m个搜索频率窗对应的信道补偿优化系数向量coe^*，令i加1，返回步骤5；其中，如果当前i<m，则令i加1；如果当前i＝m，则令i＝1；其中，K∈[0,1]。

具体地，设定与第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿系数coe_i有关的优化系数K，并用于表征每次补偿系数的优化过程中，环境噪声和信道通路状况的最新估计值所占有的权重，且K越大，则权重越高，补偿系数的优化速度也就越快，但同时也越不稳定，K∈[0,1]。

当判定第i个搜索频率窗内没有检测到含有目标的信道信号，认为第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的频谱未经过补偿操作，且无含有目标的信道信号，并将频谱作为优化补偿系数向量的成分，然后根据K值，采用递归滤波的方式计算得到第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿优化系数其表达式为：

${\mathrm{coe}}_i^{*}=(1-K){\mathrm{coe}}_i+\frac{qK}{{\mathrm{pS}}_i^q}$

其中，coe_i表示第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿系数，表示经过q次非相干积累的第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的频谱，K表示设定的与信道补偿系数coe_i有关的优化系数，K∈[0,1]，K越大表示优化越快，也越不稳定。参照图2，为本发明的补偿系数向量优化算法结构图。

之所以在切换搜索频率窗的过程中进行前窗补偿系数向量的更新和后窗补偿系数向量的提取，是因为切换搜索频率窗的操作在模拟端进行，需要时间较长，适合同时进行大批量数据操作。

然后计算得到m个搜索频率窗对应的信道补偿优化系数向量coe^*，令i加1，返回步骤5；其中，如果当前i<m，则令i加1；如果当前i＝m，则令i＝1。

其中，在始终检测不到含有目标的信道信号时，将对m个搜索频率窗依次循环进行检测和对应补偿系数的优化，因此本发明方法能够动态地进行环境噪声和信道通路状况的估计与补偿。

步骤9，重复执行步骤5到步骤7N次，若判定检测到第i个搜索频率窗内存在含有目标的信道信号的次数不足P次时，则认为失去对含有目标的信道信号的跟踪，返回步骤5；若至少有P次判定检测到第i个搜索频率窗内存在含有目标的信道信号时，则确定跟踪到了含有目标的信道信号，并分别估计跟踪到的含有目标的信道信号中心频率和带宽；其中，N>P，P和N分别为自然数。

具体地，在跟踪模式下，固定i的值，即固定第i个搜索频率窗并使用“P/N判定准则”进行含有目标的信道信号跟踪，其中N取值越大时，对应的代价延迟也越大，因此实际中N的取值不会太大；重复执行步骤5到步骤7N次，若判定检测到第i个搜索频率窗内存在含有目标的信道信号的次数不足P次时，则认为失去对含有目标的信道信号的跟踪，返回步骤5；若至少有P次判定检测到第i个搜索频率窗内存在含有目标的信道信号时，则确定跟踪到了含有目标的信道信号，并分别估计跟踪到的含有目标的信道信号中心频率和带宽；其中，N>P，P和N分别为自然数；本发明实施例中P和N的取值为P＝2、N＝3或者P＝3、N＝5；“P/N判定准则”是在含有目标的信道信号检测之后的附加判断准则，并且保持对第i个搜索频率窗的持续跟踪能有效提高系统的稳健性，减少虚警发生。

本发明效果通过以下matlab仿真试验进一步验证说明。

(一)仿真条件：

为着重研究补偿系数向量的动态更新，本仿真只针对一个信道。根据本发明设置目标为中心频率f_o＝15MHz、时宽TW＝100μs、带宽BW＝2MHz的线性调频信号，采样率f_s＝40MHz；设置含有目标的信道信号模值为1，通过评估信号功率，以-20dB的信噪比加入噪声，实现信号淹没在噪声背景之下；另外还需要单独产生相同功率的噪声信号，用以模拟不含含有目标的信道信号的背景噪声，然后设计两个阶数和通带截止频率不同、其他参数相同的低通滤波器A和B分别模拟单个信道在两种状况下的信号通路情况。

(二)仿真内容：

①对含有目标的信道信号按照一定信噪比添加高斯白噪声并通过设计的低通滤波器A，获得待检测的含有目标的信道信号。将待检测的含有目标的信道信号减去设置的含有目标的信道信号，得到信道为A状况下的背景信号；其中，每次添加的噪声随机产生。

②按照直接检测的方法，对待检测的含有目标的信道信号进行FFT变换和非相干积累。

③按照本发明提出的方法，先对信道为A状况下的背景信号进行非相干积累，计算获得补偿系数向量coeff_A，并对②过程的结果进行补偿，观察频谱状况。

④将①过程中使用的低通滤波器替换为B，进行③过程，得到的补偿系数向量为coeff_B，然后观察补偿系数向量失配状况下的频谱状况。

⑤设定与coe_i有关的优化系数K，并按照本发明提出的方法，假设初始补偿系数向量为coeff_B，实际信道状况为A，在无含有目标的信道信号的状况下通过若干次优化，观察信号频谱的改善状况；coe_i表示第i个搜索频率窗、n个毗邻频率窗的信道补偿系数。

(三)仿真结果分析：

参照图3，为仿真试验中没有添加噪声也没有经过滤波处理的待检测含有目标的信道信号频谱图；其中含有目标的信道信号为线性调频信号，在信号带宽内频谱高度较大，其他位置信号频谱高度很小。

参照图4a，为滤波器A的幅频响应曲线和相频响应曲线图；参照图4b，为滤波器B的幅频响应曲线和相频响应曲线图；从图4a和图4b看出滤波器A和滤波器B的截止频率和带内起伏相似，但是滤波器阶数不同、通带起伏的次数不同和相频特性分别不相同。

参照图5a，为信道状况A的初始化补偿系数向量coeff_A的曲线图；参照图5b，为信道状况B的初始化补偿系数向量coeff_B的曲线图；其中，coeff_A是由信道为A状况下的背景信号经过FFT和非相关积累后取倒数得到的。由于非相干积累提高了信噪比，对比图4a和图4b可知初始化补偿系数向量反映了环境噪声和信号通路的整体起伏状况。

参照图6，为待检测信号经过FFT、没有经过非相干积累和补偿的结果示意图，即没有经过非相干积累和补偿的结果；观察图6可知，在不积累不补偿的情况下，频域上的含有目标的信道信号被噪声淹没，无法检出；对比图3可知含有目标的信道信号幅度为50dB，而噪声有60dB以上。

参照图7，为待检测信号经过FFT和非相干积累的结果，即没有经过补偿处理。观察可知，经过非相干积累，信号的信噪比获得了很大的提高；但是对比图3，由于信道起伏的原因，含有目标的信道信号被淹没在了信道的起伏中，不能被检出。

参照图8，为待检测信号经过FFT和非相干积累、没有经过补偿处理的结果示意图；对比图7，信道起伏状况已经被补偿，噪声在信道内处于平稳水平，含有目标的信道信号幅度明显高于噪声，能够按照规定准则(如Neyman-Pearson准则)检测出来。

参照图9，为补偿系数向量失配状况下的频谱状况示意图；其中信道A状况下的背景信号，检测过程中使用的补偿系数向量为coeff_B，在这种状况下含有目标的信道信号无法检测出来。

参照图10，为K取不同数值且补偿系数向量优化过程中信道内噪声方差的变化曲线图；其中，为保证统一性，待检测的含有目标的信道信号采用了同一批数；观察可知，K＝0时，相当于补偿系数向量没有优化，失配最严重，方差最大；K越大，补偿系数向量优化越快，噪声方差越快降低到稳定水平，但K越大表示更新过程中单次积累所占的权重越大，造成稳定状态下噪声方差越大，也越不稳定。

参照图11a，为K取不同数值且补偿系数向量优化过程中补偿后信号的信噪比变化曲线图，图11b为将11a中K取较大值的曲线屏蔽后的效果示意图；其中，为保证统一性，待检测的含有目标的信道信号采用了同一批数；观察图11a和图11b可知，K＝0时，相当于补偿系数向量没有更新，失配最严重，信噪比最小；K越大，补偿系数向量优化越快，信噪比越快提升到稳定水平，但K越大表示优化过程中单次非相干积累所占的权重越大，造成稳定状态下信噪比越不稳定。

考虑到在实际使用过程中，本发明针对的是慢时变的背景噪声起伏和信道通路起伏，补偿系数向量的更新速度要求并不高。因此在满足一定的更新速度要求下，选取的K值可以相对较小以保证稳定。

综上所述，仿真实验验证了本发明的正确性，有效性和可靠性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围；这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于信道噪声动态估计的信道补偿和信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，确定待检测频率区间F，并对待检测频率区间F进行频域信道的划分取样，得到m×n个子检测区间,m表示待检测频率区间F包含的搜索频率窗个数，n表示每一个搜索频率窗包含的毗邻频率窗个数；将第i个搜索频率窗的第j个毗邻频率窗的检测区间记为F_ij，i∈{1,2,…,m}，j∈{1,2,…,n}；i表示第i个搜索频率窗，j表示第j个毗邻频率窗，且i和j的初始值均为1；

步骤2，计算得到第i个搜索频率窗的第j个毗邻频率窗的信道信号s_ij，并对信道信号s_ij进行快速傅里叶变换，得到第i个搜索频率窗的第j个毗邻频率窗的频谱S_ij；

步骤3，令j加1，重复步骤2，直到得到第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的频谱S_i，然后对频谱S_i做p次非相干积累，得到经过p次非相干积累的第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的频谱再对频谱求倒数，得到第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿系数coe_i；其中，p为自然数；

步骤4，令i加1，依次重复步骤2和步骤3，直到i＝m，得到m个搜索频率窗对应的信道补偿系数向量coe，coe＝[coe₁,…,coe_i,…,coe_m]，并将信道补偿系数向量coe作为待检测频率区间F的补偿系数向量，并将i恢复到初始值1；其中，coe_i表示第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿系数；

步骤5，对第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的频谱S_i做q次非相干积累，得到经过q次非相干积累的第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的频谱其中，q为自然数；

步骤6，将第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿系数coe_i，与第i个搜索频率窗的、n个毗邻频率窗的频谱进行逐点相乘，得到第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号

步骤7，计算第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号的平均电平将所述第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号的平均电平作为底噪估计值，并计算得到第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的检测门限Thr_i；

如果补偿信号中至少有一个元素大于检测门限Thr_i，则判定检测到第i个搜索频率窗内存在含有目标的信道信号，并进入步骤9进行含有目标的信道信号跟踪；否则判定第i个搜索频率窗内没有检测到含有目标的信道信号，执行步骤8；

步骤8，设定与第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿系数coe_i有关的优化系数K，并采用递归滤波的方式计算得到第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿优化系数然后计算得到m个搜索频率窗对应的信道补偿优化系数向量coe^*，令i加1，返回步骤5；其中，如果当前i<m，则令i加1；如果当前i＝m，则令i＝1；其中，K∈[0,1]；

步骤9，重复执行步骤5到步骤7N次，若判定检测到第i个搜索频率窗内存在含有目标的信道信号的次数不足P次时，则认为失去对含有目标的信道信号的跟踪，返回步骤5；若至少有P次判定检测到第i个搜索频率窗内存在含有目标的信道信号时，则确定跟踪到了含有目标的信道信号，并分别估计跟踪到的含有目标的信道信号中心频率和带宽；其中，N>P，P和N分别为自然数。

2.如权利要求1所述的一种基于信道噪声动态估计的信道补偿和信号检测方法，其特征在于，在步骤1中，所述待检测频率区间F，其表达式为：

$F=\left\{f\right||f-f_0|<\frac{B}{2}\}$

其中，f表示待检测频率区间F内信号的载频，f₀表示待检测频率区间F内信号的中心频率，B表示待检测频率区间F内信号的带宽。

3.如权利要求1所述的一种基于信道噪声动态估计的信道补偿和信号检测方法，其特征在于，在步骤2中，所述对S_i做p次非相干积累，其中p的取值根据目标信号的持续时间计算决定，假设目标信号的持续时间为△t，则p所对应的时间至少为20△t。

4.如权利要求1所述的一种基于信道噪声动态估计的信道补偿和信号检测方法，其特征在于，在步骤5中，所述对S_i做q次非相干积累，其中q的取值根据目标信号的持续时间计算决定，假设目标信号持续时间为△t，则q所对应的时间不超过3△t。

5.如权利要求1所述的一种基于信道噪声动态估计的信道补偿和信号检测方法，其特征在于，在步骤7中，所述第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号的平均电平其表达式为：

$\stackrel{\&OverBar;}{S_i^0}=\frac{1}{L}\underset{k=1}{\overset{L}{\&Sigma;}}{S}_i^0\left(k\right)$

其中，k∈{1,…,L}，L表示一个搜索频率窗内谱频的总点数，表示第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号中第k个元素,i∈{1,2,…,m},m表示待检测频率区间F包含的搜索频率窗个数。

6.如权利要求1所述的一种基于信道噪声动态估计的信道补偿和信号检测方法，其特征在于，在步骤7中，所述第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的检测门限Thr_i，其得到过程为：

计算补偿信号的平均电平后，计算第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号的标准差 并将作为第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的检测门限Thr_i；

其中，k∈{1,…,L}，L表示一个搜索频率窗内谱频的总点数，表示第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号中第k个元素,i∈{1,2,…,m},m表示待检测频率区间F包含的搜索频率窗个数，表示第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的补偿信号的平均电平。

7.如权利要求1所述的一种基于信道噪声动态估计的信道补偿和信号检测方法，其特征在于，在步骤8中，所述第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿优化系数其表达式为：

${\mathrm{coe}}_i^{*}=(1-K){\mathrm{coe}}_i+\frac{qK}{{\mathrm{pS}}_i^q}$

其中，coe_i表示第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的信道补偿系数，表示第i个搜索频率窗的n个毗邻频率窗的频谱，K表示设定的与信道补偿系数coe_i有关的优化系数。