CN115173917A - 基于自适应滤波的极化分集合成方法、系统、终端及介质 - Google Patents

基于自适应滤波的极化分集合成方法、系统、终端及介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及遥测接收系统极化分集合成技术领域，公开了一种基于自适应滤波的极化分集合成方法、系统、终端及介质，对于在遥测中极化分集合成就是左旋极化支路和右旋极化支路2个分集支路参与信号合成,使合成信号信噪比最大。遥测中极化分集合成传统方式均采用锁相环方式实现，存在实现电路复杂等缺点，本发明用自适应滤波方法实现极化分集合成，本发明实现极化分集合成具有能够滤除相干噪声及实现结构简单的特点，对于数字调相信号，相位突变点附近波形不会出现波形的畸变，而锁相环法会出现。

Description

基于自适应滤波的极化分集合成方法、系统、终端及介质
技术领域
本发明涉及遥测接收系统极化分集合成技术领域，具体为一种基于自适应滤波的极化分集合成方法、系统、终端及介质。
背景技术
为了抗起伏衰落、提高输入信号信噪比(S/N)，并且克服天线单极化存在的深零点影响。在遥测接收系统中采用极化分集方式，通过对接收到的两路左、右旋信号进行极化分集合成，从而达到抗起伏衰落、提高输入信号信噪比的效果。目前，极化分集合成采用的方法为锁相环法，锁相环法又分为三环路和两环路锁相环极化分集合成。这两种方法都是基于锁相环实现的，不足在于：至少需要2套锁相环电路，并且需要一个参考源为基准才能工作。
发明内容
针对现有技术中锁相环法在中频存在实现相对比较复杂的问题，本发明提供一种基于自适应滤波的极化分集合成方法、系统、终端及介质，该方法不需要参考源，及锁相环电路，实现结构相对简单,并具有滤除相干噪声特点，对于数字调相信号，相位突变点附近波形不会出现波形的畸变，而锁相环法会出现。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于自适应滤波的极化分集合成方法，包括如下步骤：
对左旋极化天线和右旋极化天线所接收到的信号进行信噪比检测，信噪比高的为第一初始信号，信噪比低的为第二初始信号；
对第一初始信号和第二初始信号进行信号自动增益控制处理，得到第一中间信号和第二中间信号；
通过自适应滤波对第一中间信号和第二中间信号进行同相处理；
对同相处理后的两路信号进行合并，完成极化分集合成。
优选的，信噪比高的信号以及信噪比低的信号均通过AD转换采样对应得到第一初始信号和第二初始信号。
优选的，第一中间信号和第二中间信号进入自适应滤波电路，通过自适应滤波得到第一中间信号幅度和误差信号，通过自适应滤波收敛后进行同相处理。
进一步的，同相处理中对信号的噪音进行消除，公式如下：
R^(n)＝R(n)+V(n)-e(n)＝R(n)+V(n)-V(n)+W(n)＝R(n)+W(n)；
e(n)＝V(n)-W(n)；
其中，R^(n)为第二中间信号幅度；R(n)为有用信号，e(n)为误差信号；W(n)、V(n)为高斯或瑞利噪声。
更进一步的，对经过同相处理后两路信号进行合并的公式如下：
SRL＝R^(n)CR+[L^(n)+W^(n)]CL
其中，R^(n)为第二中间信号幅度；L^(n)为第一中间信号幅度；CR为第二加权因子；CL为第一加权因子；W^(n)是噪声幅度。
更进一步的，第一加权因子的计算公式如下：
CL＝1-CR；
第二加权因子的计算公式如下：
Figure BDA0003780323530000021
其中，K为最大比例系数，
Figure BDA0003780323530000022
AGCR为第二支路AGC电压；AGCL第一支路AGC电压。
一种基于自适应滤波的极化分集合成系统，包括：
第一处理模块，用于对左旋极化天线和右旋极化天线所接收到的信号进行信噪比检测，信噪比高的为第一初始信号，信噪比低的为第二初始信号；
第二处理模块，用于对第一初始信号和第二初始信号进行信号自动增益控制处理，得到第一中间信号和第二中间信号；
第三处理模块，用于通过自适应滤波对第一中间信号和第二中间信号进行同相处理；
信号合并模块，用于对同相处理后的两路信号进行合并，完成极化分集合成。
一种移动终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述一种基于自适应滤波的极化分集合成方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述一种基于自适应滤波的极化分集合成方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供了一种基于自适应滤波的极化分集合成方法，对于在遥测中极化分集合成就是左旋极化支路和右旋极化支路2个分集支路参与信号合成,使合成信号信噪比最大。遥测中极化分集合成传统方式均采用锁相环方式实现，存在实现电路复杂等缺点，本发明用自适应滤波方法实现极化分集合成，本发明实现极化分集合成具有能够滤除相干噪声及实现结构简单的特点，对于数字调相信号(非连续调相信号)，相位突变点附近波形不会出现波形的畸变，而锁相环法会出现。
附图说明
图1为本发明中基于自适应滤波的极化分集合成方法的流程图；
图2为本发明中基于自适应滤波的极化分集合成系统结构图；
图3为本发明中自适应极化同相合成原理框图；
图4为本发明中最大比合成框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明一个实施例中，提供了本发明提供一种基于自适应滤波的极化分集合成方法、系统、终端及介质，该方法不需要参考源，及锁相环电路，实现结构相对简单,并具有滤除相干噪声特点，对于数字调相信号，相位突变点附近波形不会出现波形的畸变，而锁相环法会出现
具体的，该基于自适应滤波的极化分集合成方法，包括如下步骤：
S1，对左旋极化天线和右旋极化天线所接收到的信号进行信噪比检测，并对检测到的左旋极化天线所接收的信号信噪比与右旋极化天线所接收到的信号信噪比进行比较，信噪比高的信号进入第一支路，并得到第一初始信号LL(n)+WW(n)；信噪比低的信号进入第二支路，并得到第二初始信号RR(n)+VV(n)；其中WW(n)和VV(n)是高斯或瑞利噪声；
S2，第一初始信号LL(n)+WW(n)和第二初始信号RR(n)+VV(n)分别通过AGC电路，对应得到第一中间信号L(n)+W(n)和第二中间信号R(n)+V(n)；
S3，第一中间信号L(n)+W(n)和第二中间信号R(n)+V(n)进入自适应滤波电路，如图3所示，通过自适应滤波对两支路信号进行同相处理，并在同相处理中对信号的噪音进行消除；
S4，对经过同相处理后两支路信号进行合并完成极化分集合并，如图4所示。
具体的，信噪比高的信号在第一支路以及信噪比低的信号在第二支路中均通过AD转换采样对应得到第一初始信号LL(n)+WW(n)和第二初始信号RR(n)+VV(n)。
具体的，第一中间信号L(n)+W(n)和第二中间信号R(n)+V(n)进入自适应滤波电路，通过自适应滤波得到第一中间信号幅度L^(n)和误差信号e(n)，通过自适应滤波收敛后L^(n)＝R(n)，e(n)＝V(n)-W(n)，这里信号R(n)、L(n)是相关的，V(n)与R(n)，L(n)均不相关；W(n)与R(n)，L(n)均不相关；其中第一高斯或瑞利噪声W(n)小于第二高斯或瑞利噪声V(n)，从而完成R(n)和L(n)两路信号的同相处理。其中，第一中间信号L(n)+W(n)在自适应滤波电路经过自适应滤波模块内部滤波器的权系数W(Z)，并采用最小均方误差算法LMS。
其中，同相处理中对信号的噪音进行消除，公式如下：
R^(n)＝R(n)+V(n)-e(n)＝R(n)+V(n)-V(n)+W(n)＝R(n)+W(n)；
e(n)＝V(n)-W(n)；
其中，R^(n)为第二中间信号幅度；R(n)为右旋信号，e(n)为自适应信号；W(n)为第一高斯或瑞利噪声；V(n)为第二高斯或瑞利噪声。
第二高斯或瑞利噪声V(n)被消除，W(n)为信噪比高的一路信号携带第一高斯或瑞利噪声，第一高斯或瑞利噪声W(n)小于第二高斯或瑞利噪声V(n)，因此R^(n)携带噪声减弱。
具体的，对经过同相处理后两支路信号进行合并的公式如下：
SRL＝R^(n)CR+[L^(n)+W^(n)]CL
其中，R^(n)为第二中间信号幅度；L^(n)为第一中间信号幅度；CR为第二加权因子；CL为第一加权因子；W^(n)是噪声幅度。
其中，第一加权因子的计算公式如下：
CL＝1-CR；
第二加权因子的计算公式如下：
Figure BDA0003780323530000061
其中，K为最大比例系数，
Figure BDA0003780323530000062
AGCR为第二支路AGC电压；AGCL第一支路AGC电压。
综上所述，本发明提供了一种基于自适应滤波的极化分集合成方法，对于在遥测中极化分集合成就是左旋极化支路和右旋极化支路2个分集支路参与信号合成,使合成信号信噪比最大。遥测中极化分集合成传统方式均采用锁相环方式实现，存在实现电路复杂等缺点，本发明用自适应滤波方法实现极化分集合成，本发明实现极化分集合成具有能够滤除相干噪声及实现结构简单的特点，对于数字调相信号(非连续调相信号)，相位突变点附近波形不会出现波形的畸变，而锁相环法会出现。
根据图2所示，本发明还提供了一种基于自适应滤波的极化分集合成系统，包括第一处理模块、第二处理模块、第三处理模块和信号合并模块；
第一处理模块，用于对左旋极化天线和右旋极化天线所接收到的信号进行信噪比检测，信噪比高的为第一初始信号，信噪比低的为第二初始信号；
第二处理模块，用于对第一初始信号和第二初始信号进行信号自动增益控制处理，得到第一中间信号和第二中间信号；
第三处理模块，用于通过自适应滤波对第一中间信号和第二中间信号进行同相处理；
信号合并模块，用于对同相处理后的两路信号进行合并，完成极化分集合成。
本发明还提供了一种移动终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，例如基于自适应滤波的极化分集合成程序。
所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于自适应滤波的极化分集合成方法的步骤，例如：对左旋极化天线和右旋极化天线所接收到的信号进行信噪比检测，信噪比高的为第一初始信号，信噪比低的为第二初始信号；
对第一初始信号和第二初始信号进行信号自动增益控制处理，得到第一中间信号和第二中间信号；
通过自适应滤波对第一中间信号和第二中间信号进行同相处理；
对同相处理后的两路信号进行合并，完成极化分集合成。
或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述系统中各模块的功能，例如：
第一处理模块，用于对左旋极化天线和右旋极化天线所接收到的信号进行信噪比检测，信噪比高的为第一初始信号，信噪比低的为第二初始信号；
第二处理模块，用于对第一初始信号和第二初始信号进行信号自动增益控制处理，得到第一中间信号和第二中间信号；
第三处理模块，用于通过自适应滤波对第一中间信号和第二中间信号进行同相处理；
信号合并模块，用于对同相处理后的两路信号进行合并，完成极化分集合成。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述移动终端中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成第一处理模块、第二处理模块、第三处理模块和信号合并模块；各模块具体功能如下：
第一处理模块，用于对左旋极化天线和右旋极化天线所接收到的信号进行信噪比检测，信噪比高的为第一初始信号，信噪比低的为第二初始信号；
第二处理模块，用于对第一初始信号和第二初始信号进行信号自动增益控制处理，得到第一中间信号和第二中间信号；
第三处理模块，用于通过自适应滤波对第一中间信号和第二中间信号进行同相处理；
信号合并模块，用于对同相处理后的两路信号进行合并，完成极化分集合成。
所述基于移动终端，可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述基于移动终端可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述基于移动终端的控制中心，利用各种接口和线路连接整个移动终端的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述基于移动终端的各种功能。
所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(SmartMediaCard,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(FlashCard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述一种基于自适应滤波的极化分集合成方法的步骤。
所述基于移动终端集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
基于这样的理解，本发明实现上述方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述基于自适应滤波的极化分集合成方法的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。
所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于自适应滤波的极化分集合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
对左旋极化天线和右旋极化天线所接收到的信号进行信噪比检测，信噪比高的为第一初始信号，信噪比低的为第二初始信号；
对第一初始信号和第二初始信号进行信号自动增益控制处理，得到第一中间信号和第二中间信号；
通过自适应滤波对第一中间信号和第二中间信号进行同相处理；
对同相处理后的两路信号进行合并，完成极化分集合成。
2.根据权利要求1所述的一种基于自适应滤波的极化分集合成方法，其特征在于，信噪比高的信号以及信噪比低的信号均通过AD转换采样对应得到第一初始信号和第二初始信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于自适应滤波的极化分集合成方法，其特征在于，第一中间信号和第二中间信号进入自适应滤波电路，通过自适应滤波得到第一中间信号幅度和误差信号，通过自适应滤波收敛后进行同相处理。
4.根据权利要求3所述的一种基于自适应滤波的极化分集合成方法，其特征在于，同相处理中对信号的噪音进行消除，公式如下：
R^(n)＝R(n)+V(n)-e(n)＝R(n)+V(n)-V(n)+W(n)＝R(n)+W(n)；
e(n)＝V(n)-W(n)；
其中，R^(n)为第二中间信号幅度；R(n)为有用信号，e(n)为误差信号；W(n)、V(n)为高斯或瑞利噪声。
5.根据权利要求4所述的一种基于自适应滤波的极化分集合成方法，其特征在于，对经过同相处理后两路信号进行合并的公式如下：
SRL＝R^(n)CR+[L^(n)+W^(n)]CL
其中，R^(n)为第二中间信号幅度；L^(n)为第一中间信号幅度；CR为第二加权因子；CL为第一加权因子；W^(n)是噪声幅度；SRL为合并信号幅度。
6.根据权利要求5所述的一种基于自适应滤波的极化分集合成方法，其特征在于，第一加权因子的计算公式如下：
CL＝1-CR；
第二加权因子的计算公式如下：
Figure FDA0003780323520000021
其中，K为最大比例系数，
Figure FDA0003780323520000022
AGCR为第二支路AGC电压；AGCL第一支路AGC电压。
7.一种基于自适应滤波的极化分集合成系统，其特征在于，包括：
第一处理模块，用于对左旋极化天线和右旋极化天线所接收到的信号进行信噪比检测，信噪比高的为第一初始信号，信噪比低的为第二初始信号；
第二处理模块，用于对第一初始信号和第二初始信号进行信号自动增益控制处理，得到第一中间信号和第二中间信号；
第三处理模块，用于通过自适应滤波对第一中间信号和第二中间信号进行同相处理；
信号合并模块，用于对同相处理后的两路信号进行合并，完成极化分集合成。
8.一种移动终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6任一项所述一种基于自适应滤波的极化分集合成方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述一种基于自适应滤波的极化分集合成方法的步骤。
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