CN113541851B - 一种稳态宽带电磁频谱抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳态宽带电磁频谱抑制方法，包括通过宽带接收机采集宽带背景信号，对采集得到的宽带背景信号进行N阶离散傅立叶变换；将当前每点的值与前次对应位置的值进行比较后，保留两者中的最大值；计算本次保留的最大值与上一次比较保留的最大值的差值，当差值小于设定的阈值时，则停止背景信号采集，判定背景信号频谱稳定并得到背景信号频谱；根据得到的背景信号频谱，对接收到的频谱数据进行频谱抑制。通过本发明，可以实现消除背景信号频谱，将新出现的信号凸显出来的作用。

Description

一种稳态宽带电磁频谱抑制方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体是一种稳态宽带电磁频谱抑制方法。

背景技术

在现有技术中，信号检测技术是基于频谱进行信号提取的，考虑到检测的信号背景环境异常复杂，在宽带频谱内信号个数和信号样式非常繁杂，且容易受到有意或无意信号干扰。目前大多采用的设计实现思路：一种是基于空域自适应滤波的方法，抑制某些方向的来波干扰信号，这样的技术途径往往需要相控阵天线，从而导致系统部署不方便，且当来波方向一致时该方法失效；第二种是用波形串行干扰抵消的方法，该方法能够解决来波方向一致时的干扰抑制问题，通过耦合器获取本端发射信号，使耦合信号通过由衰减器、放大器、移相器和时延线等组成的模拟干扰信道，将相位调整为与干扰信号相差180度的奇数倍后，再通过耦合器输出至接收端，从而实现干扰信号的抑制。但当频谱复杂，干扰背景信号较多时，就无法实现多信号干扰的抑制。考虑到复杂电磁背景下的信号监测时，主要利用的频谱信息，如果能将宽带频谱进行有效抑制，将会极大地提升侦察设备的检测正确性，因此，一种稳态宽带电磁频谱抑制方法亟待研究，以确保对抗条件下的监测设备检测能力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种稳态宽带电磁频谱抑制方法，包括如下步骤：

步骤一，通过宽带接收机采集宽带背景信号，对采集得到的宽带背景信号进行N阶离散傅立叶变换；

步骤二，将当前N阶离散傅立叶变换得到的每点的模值与前次对应的点的模值进行比较后，保留两者中的最大值；

步骤三，计算本次保留的最大值与上一次比较保留的最大值的差值，当差值小于设定的阈值时，则停止背景信号采集，判定背景信号频谱稳定并得到背景信号频谱，执行步骤四，若大于阈值，则执行步骤一；

步骤四，根据得到的背景信号频谱，对接收到的频谱数据进行频谱抑制，当接收到的频谱数据的频谱幅度超过背景信号频谱幅度时，则采用当前的频谱值；当接收到的频谱数据的频谱幅度低于背景信号频谱幅度时，采用底噪进行填充，得到抑制背景噪声后的频谱数据。

进一步的，所述的对采集得到的宽带背景信号进行N阶离散傅立叶变换，包括如下过程：

采集宽带背景信号，通过下式计算离散频谱，

其中，x(n)，n＝0...N-1为采集的宽带背景信号，X(m)为其离散傅立叶变换值。

进一步的，所述的将当前每点的值与前次对应位置的值进行比较后，保留两者中的最大值，采用如下公式：

定义变量β_i(m)＝Max[β_i-1(m)，|X_i(m)|]，m＝0...N-1，i＝2，3，......，

其中|.|表示对频谱取模运算，且β₁(m)＝|X₁(m)|。

进一步的，所述的计算本次比较后保留的最大值与上一次比较后保留的最大值的差值，采用如下公式：

ρ_i(m)＝|β_i(m)-β_i-1(m)|，i＝2，3，.......，m＝0...N-1，

当ρ_i(m)＜γ时，停止停止背景信号采集，γ为设定的阈值。

进一步的，所述的根据得到的背景信号频谱，对接收到的频谱数据进行频谱抑制，当接收到的频谱数据的频谱幅度超过背景信号频谱幅度时，则采用当前的频谱值；当接收到的频谱数据的频谱幅度低于背景信号频谱幅度时，采用底噪进行填充，得到抑制背景噪声后的频谱数据，包括如下过程：

当频谱幅度超过背景信号频谱时，采用当前的频谱值；当频谱幅度低于背景信号频谱时，采用底噪进行填充；即：

其中，X(m)为当前采集到的背景信号的频谱数据，Xn(m)为拟合出来的频谱底噪，β_k(m)为前面得到的背景信号频谱；

其中频谱底噪Xn(m)＝α(m)，m＝0...N-1，α(m)符合N(μ，σ²)的正态分布，其中μ＝Min(β_k(m))，m＝0...N-1，

本发明的有益效果是：本发明可以较好地消除背景信号频谱，将新出现的信号凸显出来，为后续载波检测很好地消除了背景信号的干扰。

附图说明

图1为一种稳态宽带电磁频谱抑制方法的流程示意图；

图2为无目标信号时的背景频谱；

图3为无目标信号时的消除频谱；

图4为包含有目标信号的背景频谱；

图5为包含有目标信号的消除频谱。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种稳态宽带电磁频谱抑制方法，包括如下步骤：

步骤一，通过宽带接收机采集宽带背景信号，对采集得到的宽带背景信号进行N阶离散傅立叶变换；

步骤二，将当前N阶离散傅立叶变换得到的每点的模值与前次对应的点的模值进行比较后，保留两者中的最大值；

步骤三，计算本次保留的最大值与上一次比较保留的最大值的差值，当差值小于设定的阈值时，则停止背景信号采集，判定背景信号频谱稳定并得到背景信号频谱，执行步骤四，若大于阈值，则执行步骤一；

步骤四，根据得到的背景信号频谱，对接收到的频谱数据进行频谱抑制，当接收到的频谱数据的频谱幅度超过背景信号频谱幅度时，则采用当前的频谱值；当接收到的频谱数据的频谱幅度低于背景信号频谱幅度时，采用底噪进行填充，得到抑制背景噪声后的频谱数据。

所述的对采集得到的宽带背景信号进行N阶离散傅立叶变换，包括如下过程：

采集宽带背景信号，通过下式计算离散频谱，

其中，x(n)，n＝0...N-1为采集的宽带背景信号，X(m)为其离散傅立叶变换值。

所述的将当前每点(1～N)的值与前次对应位置的值进行比较后，保留两者中的最大值，采用如下公式：

定义变量β_i(m)＝Max[β_i-1(m)，|X_i(m)|]，m＝0...N-1，i＝2，3，......，

其中}.|表示对频谱取模运算，且β₁(m)＝|X₁(m)|。

所述的计算本次比较后保留的最大值与上一次比较后保留的最大值的差值，采用如下公式：

ρ_i(m)＝|β_i(m)-β_i-1(m)|，i＝2，3，.......，m＝0...N-1，

当ρ_i(m)＜γ时，停止停止背景信号采集，γ为设定的阈值。

所述的根据得到的背景信号频谱，对接收到的频谱数据进行频谱抑制，当接收到的频谱数据的频谱幅度超过背景信号频谱幅度时，则采用当前的频谱值；当接收到的频谱数据的频谱幅度低于背景信号频谱幅度时，采用底噪进行填充，得到抑制背景噪声后的频谱数据，包括如下过程：

当频谱幅度超过背景信号频谱时，采用当前的频谱值；当频谱幅度低于背景信号频谱时，采用底噪进行填充；即：

其中，X(m)为当前采集到的背景信号的频谱数据，Xn(m)为拟合出来的频谱底噪，βk(m)为前面得到的背景信号频谱；

其中频谱底噪Xn(m)＝α(m)，m＝0...N-1，α(m)符合N(μ，σ²)的正态分布，其中μ＝Min(β_k(m))，m＝0...N-1，

具体的，通过宽带接收机采集宽带数据，利用采集得到宽带数据进行N阶离散傅立叶变换，将当前每点(1～N)与前次对应位置值相比较，比较后保留两者的最大值；计算本次最大值与上次最大值的差值，当该值小于一定特定阀值时，停止背景频谱采集，即认为背景频谱收集充分，充分收集完背景频谱数据后，就需要进行背景频谱抑制，抑制后的频谱就能够突现目标信号。

背景频谱采集是基于背景信号消除的载波检测技术的基础，通过采集背景信号，通过下式计算其离散频谱，

其中，x(n)，n＝0...N-1为采集的宽带背景信号，X(m)为其离散傅立叶变换值，也中文也称之为背景频谱。由于收集背景频谱需要多次采集，故定义X_i(m)，i＝1，2，......为第i次采集数据计算得到的背景频谱，。

定义变量β_i(m)＝Max[β_i-1(m)，|X_i(m)|]，m＝0...N-1，i＝2，3，......，其中|.|表示对频谱取模运算，且β₁(m)＝|X₁(m)|。

计算ρ_i(m)＝|β_i(m)-β_i-1(m)|，i＝2，3，.......，m＝0...N-1，该变量用于衡量背景信号变化程度的指征，当对于i＝k，ρ_k(m)＜γ，γ为设定的门限为一常量，即可认为背景信号的频谱特征已经进行了充分地采集，此时背景频谱采集流程完成，进入背景频谱抑制环节。

背景频谱抑制是利用上述处理得到的背景信号频谱β_k(m)，对当前接收到的频谱数据进行频谱抑制处理。常规的消除方法一般采用直接相减的处理方式，这种处理方式存在一个显而易见的弊端：由于背景信号是时变的，当进行后续检测是，如果背景信号消失，抑制后的频谱会出现较大的凹陷，对后续抑制后频谱显示和载波检测都会带来干扰。为了解决这个问题，采用了底噪补偿的算法，当频谱幅度超过背景信号频谱时，采用当前的频谱值；当频谱幅度低于背景信号频谱时，采用底噪进行填充；即：

其中，X(m)为当前采集到信号的频谱数据，Xn(m)为拟合出来的频谱底噪，β_k(m)为前面得到的背景信号频谱。频谱底噪Xn(m)的估计处理方式：取背景频谱的最小值作为噪底基准，再估算背景频谱的抖动方差，然后根据抖动方差生成随机噪声信号，最后叠加到噪底基准上形成一个随机底噪。具体表现形式为Xn(m)＝α(m)，m＝0...N-1，每个α(m)符合N(μ，σ²)的正态分布，其中μ＝Min(β_k(m))，m＝0...N-1，

通过上述一系列处理得到的抑制背景噪声后的频谱数据SPd(m)，基于该频谱数据就非常有利于后续的信号检测和目标发现。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种稳态宽带电磁频谱抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，通过宽带接收机采集宽带背景信号，对采集得到的宽带背景信号进行N阶离散傅立叶变换；

步骤二，将当前N阶离散傅立叶变换得到的每点的模值与前次对应的点的模值进行比较后，保留两者中的最大值；

步骤三，计算本次保留的最大值与上一次比较保留的最大值的差值，当差值小于设定的阈值时，则停止背景信号采集，判定背景信号频谱稳定并得到背景信号频谱，执行步骤四，若大于阈值，则执行步骤一；

步骤四，根据得到的背景信号频谱，对接收到的频谱数据进行频谱抑制，当接收到的频谱数据的频谱幅度超过背景信号频谱幅度时，则采用当前的频谱幅度值；当接收到的频谱数据的频谱幅度低于背景信号频谱幅度时，采用底噪进行填充，得到抑制背景噪声后的频谱数据。

2.根据权利要求1所述的一种稳态宽带电磁频谱抑制方法，其特征在于，所述的对采集得到的宽带背景信号进行N阶离散傅立叶变换，包括如下过程：

采集宽带背景信号，通过下式计算离散频谱，

，

其中，x(n),n＝0…N-1为采集的宽带背景信号，X(m)为其离散傅立叶变换值。

3.根据权利要求2所述的一种稳态宽带电磁频谱抑制方法，其特征在于，将当前每点的值与上一次比较后保留的值进行比较后的最大值，采用如下公式：

定义变量β_i(m)＝Max[β_i-1(m),|X_i(m)|],m＝0…N-1,i＝2,3,……,

其中|.|表示对频谱取模运算，且β₁(m)＝|X₁(m)|。

4.根据权利要求3所述的一种稳态宽带电磁频谱抑制方法，其特征在于，所述的计算本次比较后保留的最大值与上一次比较后保留的最大值的差值，采用如下公式：

ρ_i(m)＝|β_i(m)-β_i-1(m)|,i＝2,3,……，m＝0…N-1，

当ρ_i(m)<γ时，停止背景信号采集，γ为设定的阈值。

5.根据权利要求1所述的一种稳态宽带电磁频谱抑制方法，其特征在于，所述的根据得到的背景信号频谱，对接收到的频谱数据进行频谱抑制，当接收到的频谱数据的频谱幅度超过背景信号频谱幅度时，则采用当前的频谱值；当接收到的频谱数据的频谱幅度低于背景信号频谱幅度时，采用底噪进行填充，得到抑制背景噪声后的频谱数据，包括如下过程：

当频谱幅度超过背景信号频谱时，采用当前的频谱值；当频谱幅度低于背景信号频谱时，采用底噪进行填充；即：

其中，X(m)为接收到的频谱数据，Xn(m)为拟合出来的频谱底噪，β_k(m)为前面得到的背景信号频谱；

其中频谱底噪Xn(m)＝α(m),m＝0…N-1,α(m)符合N(μ,σ²)的正态分布，其中μ＝Min(β_k(m))，m＝0…N-1，

其中的

为第K次计算|β_k(m)-β_k-1(m)|的差值的平方。

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