CN110673116B - 一种同频干扰抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同频干扰抑制方法，包括以下步骤：S1、通过所用的阵列得到阵列的接收信号，计算数据的相关矩阵R；S2、求取接收信号；S3、采用LCMV空间滤波重新计算干扰附近波束形成参数，在干扰方向上形成零陷，而在其他方向上则采用常规波束形成方法保持全通；S4、利用常规波束形成和线性约束最小方差波束形成的权矢量对第k个快拍的接收信号进行加权处理以实现波束形成，达到干扰抑制的目的。本发明将常规波束形成和线性约束最小方差结合，既保证了除干扰抑制方位外其他方位信号的无失真输出，又对干扰方位达到抑制效果，且干扰方位处的零陷效果自然不突兀，不会过分凹陷。
Description
技术领域
本发明属于水声处理技术领域，具体涉及一种同频干扰抑制方法。
背景技术
干扰抑制技术就是抑制干扰方向的信号，使最终的处理结果只含有目标回波的相关信息，实现弱信号的提取。同频干扰是指干扰信号的中心频率与目标信号的中心频率相同，干扰信号与目标信号同时被接收所造成的干扰。同频干扰抑制的目的是解决编队作战条件下来自友舰的同频干扰问题，消除强干扰带来的白屏现象。同频干扰因信号频率一致，因此不能采用一般的频域滤波器来抑制同频干扰，因此需要结合空域滤波，利用波束形成方法来实现同频干扰的抑制。空域滤波采用数字方式对阵列接收到的信号实现滤波，对具有一定形状的阵列的各个阵元的接收信号进行一定的加权方式而实现的。利用空域滤波方法来进行波束控制，能够有效的抑制空间干扰、达到增强有用信号的目的。
对于空域滤波，通常利用MVDR波束形成达到抗干扰效果，但在主动声呐探测过程中，为了提高隐蔽性和抗截获性，发射信号的长度有限，这就产生了有限长度数据的快拍问题，而MVDR对快拍数要求较高，当快拍数较少时，波束主瓣响应达不到要求，波束图会产生畸变。
常规波束形成抑制干扰能力有限，尤其对于强干扰不能达到抑制作用。而LCMV虽然可以在干扰处形成零陷，但当采用较少的采样数据时则协方差矩阵的特征值相差过大，矩阵求逆不稳定，则会导致旁瓣升高，影响抑制干扰能力，而采样数据过大则会导致计算量过高。
因此，亟需一种在达到干扰抑制效果的同时也不减弱其他信号强度的同频干扰抑制方法。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明提供一种同频干扰抑制方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明提供一种同频干扰抑制方法，包括以下步骤：
S1、通过所用的阵列得到阵列的接收信号，利用得到的接收信号X(k)，计算数据的相关矩阵R，
S2、求取接收信号，包含期望信号和干扰信号的阵列流型向量，包括以下步骤：
S21、求取目标信号的阵列流行向量，
其中，τm为各阵元信号时延，依据阵型求取，m＝1,2,…M，M为阵元数，θ0为目标信号方位；
S22、求取干扰信号的阵列流行向量，
其中，θr为目标信号方位；
S23、接收信号可以表示为：
X(k)＝Xs(k)+Xr(k)+n(k)＝ass(k)+agr(k)+n(k)，
其中，M为阵元数，s(k)为目标信号，r(k)为干扰信号，n(k)为噪声信号，k表示快拍数；as和ar分别为目标信号和干扰信号的阵列流行向量；
S3、采用LCMV空间滤波重新计算干扰附近波束形成参数，在干扰方向上形成零陷，而在其他方向上则采用常规波束形成方法保持全通；
S4、利用常规波束形成和线性约束最小方差波束形成的权矢量对第k个快拍的接收信号进行加权处理以实现波束形成，达到干扰抑制的目的，最终输出表示为y(t)＝wCBF(Xs(t)+n(t))+wLCMVXr(t)。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤S3中LCMV准则是指满足特定约束条件，并且使功率最小，即min[wHRw]，约束条件可如下表示：wHa＝F，其中F为约束条件；具体包括以下步骤：
S31、首先对接收信号进行常规波束形成处理，常规波束形成器加权向量表示为wCBF＝a/M，a为阵列流行向量的统称；
S32、在干扰信号方位处采用LCMV零陷滤波，重新计算加权系数，在干扰方位附近波束形成零陷；其波束形成器加权向量表示为：
其中，
f是大小为mean(X(k))/max(X(k))的随机数，这样可以保证在除去干扰的其他方位信号可以无失真输出，而对干扰方位进行抑制，且依据信号强度选取约束条件，可以令干扰抑制的零陷效果不会过分突出。
本发明的有益效果是：本发明将常规波束形成(CBF)和线性约束最小方差(LCMV)结合，既保证了除干扰抑制方位外其他方位信号的无失真输出，又对干扰方位达到抑制效果，且干扰方位处的零陷效果自然不突兀，不会过分凹陷。本发明不再单纯适用于直线阵，同样适用于圆柱阵等其他阵型的同频干扰抑制。
附图说明
图1是仅利用CBF方法和LCMV方法的处理结果示意图。
图2是本发明将CBF方法和LCMV方法结合处理效果示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
为了达到本发明的目的，在本发明的其中一种实施方式中提供一种同频干扰抑制方法，包括以下步骤：
S1、通过所用的阵列得到阵列的接收信号，利用得到的接收信号X(k)，计算数据的相关矩阵R，
S2、求取接收信号，包含期望信号和干扰信号的阵列流型向量，包括以下步骤：
S21、求取目标信号的阵列流行向量，
其中，τm为各阵元信号时延，依据阵型求取，m＝1,2,…M，M为阵元数，θ0为目标信号方位；
S22、求取干扰信号的阵列流行向量，
其中，θr为目标信号方位；
S23、接收信号可以表示为：
X(k)＝Xs(k)+Xr(k)+n(k)＝ass(k)+agr(k)+n(k)，
其中，M为阵元数，s(k)为目标信号，r(k)为干扰信号，n(k)为噪声信号，k表示快拍数；as和ar分别为目标信号和干扰信号的阵列流行向量；
S3、采用LCMV空间滤波重新计算干扰附近波束形成参数，在干扰方向上形成零陷，而在其他方向上则采用常规波束形成方法保持全通；LCMV准则是指满足特定约束条件，并且使功率最小，即min[wHRw]，约束条件可如下表示：wHa＝F，其中F为约束条件；具体包括以下步骤：
S31、首先对接收信号进行常规波束形成处理，常规波束形成器加权向量表示为wCBF＝a/M，a为阵列流行向量的统称；
S32、在干扰信号方位处采用LCMV零陷滤波，重新计算加权系数，在干扰方位附近波束形成零陷；其波束形成器加权向量表示为：
其中，
f是大小为mean(X(k))/max(X(k))的随机数，这样可以保证在除去干扰的其他方位信号可以无失真输出，而对干扰方位进行抑制，且依据信号强度选取约束条件，可以令干扰抑制的零陷效果不会过分突出；
S4、利用常规波束形成和线性约束最小方差波束形成的权矢量对第k个快拍的接收信号进行加权处理以实现波束形成，达到干扰抑制的目的，最终输出表示为y(t)＝wCBF(Xs(t)+n(t))+wLCMVXr(t)。
图1为仅利用CBF方法和LCMV方法的处理结果，由图1可知，CBF方法对干扰信号没有抑制效果，LCMV虽然可以在干扰处形成零陷，但当采用较少的采样数据时则协方差矩阵的特征值相差过大，矩阵求逆不稳定，则会导致旁瓣升高，影响抑制干扰能力。
图2将CBF方法和LCMV方法结合处理效果，在干扰方位处形成了较深的零陷，达到了较好的干扰抑制效果。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种同频干扰抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过所用的阵列得到阵列的接收信号，利用得到的接收信号X(k)，计算数据的相关矩阵R，
S2、求取接收信号，包含期望信号和干扰信号的阵列流型向量，包括以下步骤：
S21、求取目标信号的阵列流行向量，
其中，τm为各阵元信号时延，依据阵型求取，m＝1,2,…M，M为阵元数，θ0为目标信号方位；
S22、求取干扰信号的阵列流行向量，
其中，θr为目标信号方位；
S23、接收信号可以表示为：
X(k)＝Xs(k)+Xr(k)+n(k)＝ass(k)+agr(k)+n(k)，
其中，M为阵元数，s(k)为目标信号，r(k)为干扰信号，n(k)为噪声信号，k表示快拍数；as和ar分别为目标信号和干扰信号的阵列流行向量；
S3、采用LCMV空间滤波重新计算干扰附近波束形成参数，在干扰方向上形成零陷，而在其他方向上则采用常规波束形成方法保持全通；
S4、利用常规波束形成和线性约束最小方差波束形成的权矢量对第k个快拍的接收信号进行加权处理以实现波束形成，达到干扰抑制的目的，最终输出表示为y(t)＝wCBF(Xs(t)+n(t))+wLCMVXr(t)；
常规波束形成器加权向量表示为wCBF＝a/M，a为阵列流行向量的统称；
其波束形成器加权向量表示为：
其中，
f是大小为mean(X(k))/max(X(k))的随机数。
2.根据权利要求1所述的同频干扰抑制方法，其特征在于，步骤S3中LCMV准则是指满足特定约束条件，并且使功率最小，即min[wHRw]，约束条件可如下表示：wHa＝F，其中F为约束条件；具体包括以下步骤：
S31、首先对接收信号进行常规波束形成处理，常规波束形成器加权向量表示为wCBF＝a/M，a为阵列流行向量的统称；
S32、在干扰信号方位处采用LCMV零陷滤波，重新计算加权系数，在干扰方位附近波束形成零陷；其波束形成器加权向量表示为：
其中，
f是大小为mean(X(k))/max(X(k))的随机数，这样可以保证在除去干扰的其他方位信号可以无失真输出，而对干扰方位进行抑制，且依据信号强度选取约束条件，可以令干扰抑制的零陷效果不会过分突出。
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