CN112748429A - 一种快速噪声对消滤波方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速噪声对消滤波方法，特别适用于两个目标高速交汇过程中，例如，导弹与目标交汇过程中对接收信号的滤波。其方法包括以下步骤：S1：选取噪声波门和回波波门；S2：对噪声波门和回波波门内的信号（噪声）取样；S3：噪声求和取均值；S4：对噪声倒相；S5：加法运算。本发明提出的快速噪声对消滤波方法，该方法只用视频开关和简单的噪声对消，可以解决以往噪声对消过程中的复杂运算，使得在满足滤波精度要求情况下，降低了一般信号处理运算的复杂性，提高了滤波快速性，能够大大提高滤波速度和对信号处理模块性能的要求。

Description

一种快速噪声对消滤波方法
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种快速噪声对消滤波方法。
背景技术
在防空导弹接近目标过程中，导弹雷达导引头和雷达引信在接收机上进行信号处理时，对滤波的快速性、信号处理模块的小型化等都提出了很高要求。以往的信号处理中，特别是其中最重要的滤波方法，算法过于复杂，工作时间较长，硬件和软件构成复杂，使得可靠性降低，也无法达到快速性的要求。
基于噪声对消的滤波方法是一种常用的滤波方法。一般分为两类：线性算法与非线性算法。这两种方法各有优缺点。非线性方法相对的精度较高，适用于要求精度高的场合。但在处理实际问题时暴露出计算复杂度高、稳定性差、收敛速度较慢等问题。同非线性方法相比，线性算法适用于不要求滤波精度高的场合，具有计算复杂度低、实现简单、速度较快等优势，但存在计算时需要计算最小均方误差(LMS)。而在计算LMS过程中，步长因子是影响信号处理速度和收敛速度的主要因素。为了解决这一问题，人们又研究了变步长的自适应滤波方法。但不论如何变化，总是要设法寻找合适的步长，占用了大量的时间。例如，张向丽的《核自适应滤波算法及其在噪声对消与信道均衡中应用》(西华大学硕士学位论文，2017年5月)中对各类算法给出了综述，提出一种自适应滤波算法。这种算法是一种线性算法，其基本思路没有超出一般线性算法的范畴，仍然需要通过智能寻优寻找最优步长，同样存在步长因子收敛速度慢，甚至发散，计算速度慢等问题。
为此，提出一种快速噪声对消滤波方法，用以解决上述问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，为了既满足滤波精度要求，还能快速完成滤波，本发明提出一种快速噪声对消滤波方法，应用防空导弹上的雷达引信或者雷达导引头在导弹和目标距离较近时进行信号处理，滤除低频杂波使用。
本发明提出的一种快速噪声对消滤波方法，包括以下步骤：
S1：选取噪声波门和回波波门：在发射信号的前端位置取噪声波门，在估计的回波可能出现的位置上取接收波门；
S2：对噪声波门和回波波门内的信号(噪声)取样：分别在噪声波门和回波波门内对噪声和信号取样，噪声波门内取得的是低频噪声，而接收波门内取得的是“噪声+有用信号”；
S3：噪声求和取均值：对噪声波门内的噪声信号进行算数求和，然后求算数平均值；
S4：对噪声倒相：对S3中所获得的噪声样本完成倒相运算；
S5：加法运算：把第四步获得的噪声波门内的样本信号与接收波门内的信号(加噪声)完成加法运算，最后获得结果。
优选的，S1中，考虑回波出现的不确定性，回波波门的宽度取发射波门宽度的3～4倍，用于估计回波信号出现的位置，保证回波处于回波波门内。
优选的，S2中，取样波门的宽度大约为接收波门宽度的1/10。
本发明的有益效果：
本发明提出的快速噪声对消滤波方法，该方法只用视频开关和简单的噪声对消，可以解决以往噪声对消过程中的复杂运算，使得在满足滤波精度要求情况下，降低了一般信号处理运算的复杂性，提高了滤波快速性，能够大大提高滤波速度和对信号处理模块性能的要求，是一种有效的方法，能够达到本发明的目的。
附图说明
图1为本发明提供的快速噪声对消滤波方法的实施例中噪声对消滤波过程图；
图2为本发明提供的快速噪声对消滤波方法的实施例中噪声对消滤波中的信号关系图；
图3为本发明提供的快速噪声对消滤波方法的实施例中噪声波门和接收波门取样图；
图4为本发明提供的快速噪声对消滤波方法的实施例中接收波门的“纯净信号+噪声”取样图；
图5为本发明提供的快速噪声对消滤波方法的实施例中滤波后的有用纯净信号取样图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例
参阅图1-图5，本实施例中提出了一种快速噪声对消滤波方法，包括以下步骤：
S1：选取噪声波门和回波波门：在发射信号的前端位置取噪声波门，在估计的回波可能出现的位置上取接收波门，考虑回波出现的不确定性，回波波门的宽度取发射波门宽度的3～4倍，用于估计回波信号出现的位置，保证回波处于回波波门内；
S2：对噪声波门和回波波门内的信号(噪声)取样：分别在噪声波门和回波波门内对噪声和信号取样，噪声波门内取得的是低频噪声，而接收波门内取得的是“噪声+有用信号”，取样波门的宽度大约为接收波门宽度的1/10；
S3：噪声求和取均值：对噪声波门内的噪声信号进行算数求和，然后求算数平均值；
S4：对噪声倒相：对S3中所获得的噪声样本完成倒相运算；
S5：加法运算：把第四步获得的噪声波门内的样本信号与接收波门内的信号(加噪声)完成加法运算，最后获得结果。
上述过程可以用数学表达式表示：
设在噪声波门中采样的噪声用Xn＝[xn1,xn2,xn3,Λxnn]表示，在接收波门内采样的信号用Xs＝[xs1,xs2,xs3,Λxsn]表示，有用信号用X＝[x1,x2,x3,Λxn]表示，那么就有：
Figure BDA0002864273490000051
上式中，假设在接收波门内对接收到的信号的采样的幅值是相同的，且这种假设是合理的，因为发射的是矩形脉冲，接收到的信号也应该是近似矩形脉冲。
在上述第五步中的倒相相加也就是做减法运算，即经过滤波后的信号x1＝xs1-xn1，即变成了滤掉低频杂波的纯净信号。
为了证明上文中所提方法的有效性和准确性，进行了如下测试：
参照图3-图5，设有一主动式多普勒无线电引信，其发射机发射信号为宽度为0.1微秒的矩形脉冲，发射信号周期为8.0微秒，根据估计，弹目距离可能在750m～900m之间，因此，在距离发射信号后沿的5.0微秒处(相当于弹目距离为750m)，取接收波门宽度为1.0微秒(相当于距离150m，即后沿覆盖到距离900m)，在距离发射信号脉冲前端2.0微秒处，取噪声门，宽度同样取1.0微秒；
设认为发射信号碰到空中云雨等产生的噪声服从均值为0.5V，方差为0.01的高斯噪声，这种噪声与回波叠加，接收到的经过混频、检波、放大等处理为视频信号，信号幅度为1.5V。现利用上述方法滤除噪声，比较图4和图5，计算其电压幅度的信噪比，即
Figure BDA0002864273490000061
和
Figure BDA0002864273490000062
经过仿真计算后的信噪比为在滤波前为11.7745，滤波后51.3291。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种快速噪声对消滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选取噪声波门和回波波门：在发射信号的前端位置取噪声波门，在估计的回波可能出现的位置上取接收波门；
S2：对噪声波门和回波波门内的信号取样：分别在噪声波门和回波波门内对噪声和信号取样，噪声波门内取得的是低频噪声，而接收波门内取得的是噪声+有用信号；
S3：噪声求和取均值：对噪声波门内的噪声信号进行算数求和，然后求算数平均值；
S4：对噪声倒相：对S3中所获得的噪声样本完成倒相运算；
S5：加法运算：把第四步获得的噪声波门内的样本信号与接收波门内的信号完成加法运算，最后获得结果。
2.根据权利要求1所述的一种快速噪声对消滤波方法，其特征在于，所述S1中，考虑回波出现的不确定性，回波波门的宽度取发射波门宽度的3～4倍，用于估计回波信号出现的位置，保证回波处于回波波门内。
3.根据权利要求1所述的一种快速噪声对消滤波方法，其特征在于，所述S2中，取样波门的宽度大约为接收波门宽度的1/10。
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