CN115549709B - 一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信系统和方法 - Google Patents

一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信系统和方法，包括配电主站，用于配电并通过卫星通信设备接收通信数据并根据所述通信数据判断通信终端是否处于正常状态；接收模块，用于基于所述信号预降噪结果处理建立接收信号模型；处理模块，用于获取自适应滤波的输出信噪比函数；分析模块，根据频谱突变数量进行频段划分约束期望信号增益；搜索模块，用于基于所述信噪比函数的实时值在时域内对干扰信号参数进行搜索，利用搜索得到的所述干扰信号参数进行搜索并重构得到重构信号，本发明解决了现有的卫星导航系统在日益复杂的电磁环境和多通道互干扰下正常使用的问题。

Description

一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信系统和方法
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信系统和方法。
背景技术
全球卫星导航系统在现代的生活、军事与科技发展中展现出越来越重要的作用，其技术与相关产品逐步被应用于各行各业中，引起了全球众多国家的关注与研究。全球卫星导航系统基于卫星和地面控制中心，向用户终端提供连续实时的位置、时间、速度信息。在军事领域中，导航定位系统被广泛应用于各种武器及战术中；在民用领域，导航技术发挥着越来越重要的作用，如今广泛应用于农业、安防、交通、通讯、测绘等场合。全球卫星导航系统具有的优越性能越来越多地被人们发现，如今已经得到了全世界多个军事经济大国的重视。
为了提高雷达性能，雷达技术有了一系列发展和创新：从传统的单通道系统发展为更为复杂的多通道雷达系统。脉冲压缩技术逐渐发展成为二维高分辨成像技术，从简单的单载频单极化变为多载频多极化体制。这一系列的性能提升，其本质均为雷达系统空时频自由度的扩充和提升。然而，雷达技术的快速发展，其所带来的问题也是日趋明显。干扰是多通道目标检测必须面对的难题，利用干扰与目标的空时频特性区别进行有效干扰抑制，才能实现可靠的卫星雷达通信的性能。为了保证卫星导航系统在日益复杂的电磁环境和多通道互干扰下正常的使用，获得全球卫星导航系统的自主性与安全性，进一步研究卫星通信及其多通道抗干扰技术具有重大的意义。
现有技术中，存在针对卫星多通道通信互干扰问题的改进方案：
现有技术1（CN111130630A）公开了一种通信卫星频谱监测设备及其频谱获取与特征识别方法，具体公开了将频谱自适应区域划分为三个区域，具体为信号或干扰区、噪声区域、疑似区域，在MATLAB环境下对SB信噪比估计算法的性能进行仿真分析，进行100次仿真实验，选择卫星通信中常用的数字调制方式来测试算法的估计性能。
现有技术2（CN103197325A）公开了一种基于变对角加载量的空时抗干扰方法，具体公开了采用改进的相关相减多级维纳滤波器并使用变对角加载技术，相比多级维纳滤波器的运算量和存储量更低，适用于维数较大的系统；改善了小快拍下阵列响应失配现象，又避免了单一加载量不适合多变工作环境的情况。
现有技术3（CN115137373A）公开了一种信号的级联降噪方法、降噪系统、自适应滤波，具体公开了根据预降噪结果选择相应的自适应滤波，以针对性滤除信号中的噪声，所述预降噪包括去除工频干扰、去除宽频噪声中的至少一种，可提升相关产品与系统的抗工频干扰性能，也可以针对非工频干扰场景进行去噪。
然而，上述现有技术依然存在以下问题：
1、以现有技术1为例，其需要采集多次数据，例如100次，利用协方差矩阵进行计算，在MATLAB内进行模拟仿真。这代表了一种“大数据仿真”的计算思想，具体还可以涉及线性回归、高斯分布等计算方法，这类计算方法前期需要大量的仿真数据，这类数据是无法进行防干扰处理的，直接作废，而建立了仿真值后，不能随意变动，否则会造成仿真失效，这种方法只适用于定期通讯，无法适应小数据量通信任务的抑制互干扰需求。
2、以现有技术2为例，其需要对数据进行相关相减多级维纳滤波，计算量极大，对于常规参数，技术精度存在算法溢出的问题，即过度的滤波算法会极大地消耗下游算力，且对于目标信号的反复滤波会造成原始噪声信号失真，混杂入目标信号，进而造成目标信号变形的问题。目前，多维多级滤波算法或多或少存在算法溢出的问题，造成噪声信号和目标信号的混杂，特别是对于噪声边界明确的信号，算法溢出引起的噪声边界模糊和噪音混杂更为显著。
3、以现有技术3为例，需要构件系统函数h(z)，基于Z-变换计算陷波频率和归一化阻带宽度，仍然需要进行维纳滤波、RLS自适应滤波、LMS自适应滤波及卡尔曼滤波，依然存在如前所述的算法溢出造成噪声边界模糊，进而与目标信号混杂的问题，此类方法由于自适应滤波算法过于复杂，造成算力浪费和对于噪声边界清晰的信号的混杂问题，尚缺乏有效、高效的解决手段。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信系统和方法，用于解决现有的卫星导航系统在日益复杂的电磁环境和多通道互干扰下正常使用的问题；
本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信系统，包括：
配电主站，用于配电并通过卫星通信设备接收通信数据并根据所述通信数据判断通信终端是否处于正常状态；
射频前端，用于接收卫星定位信号确定射频参数并进行预降噪处理，得到信号预降噪结果；
接收模块，用于基于所述信号预降噪结果处理建立接收信号模型，所述接收信号模型的表达公式为：
Figure 766650DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，x(t)为预降噪信号矢量，A为导向矢量矩阵，S(f o ) 为载波频率为f o 的信号矢量，v(t)为噪声矢量，t为时间参数；
处理模块，用于根据信号预降噪结果（预降噪信号矢量）通过波束形成和空时自适应处理获取所述自适应滤波的输出信噪比函数，其公式为：
Figure 126087DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，SINR(t)为输出信噪比函数，w为信号噪峰区域计算的噪音值，H为缩放微伏值，R99为全峰宽区域内观测到的最大噪音值与最小噪音值之间的差值，Rw为信号噪峰区域内观测到的最大噪音值与最小噪音值之间的差值，○表示合成函数，·表示函数乘，t为时间参数；
将一段信号以预设的时间周期进行分割，对每个时间周期内的信噪比函数SINR(t)取均值，当一个时间周期内的均值大于第一预设值时，处理模块的计数器加1，当连续N个时间周期内的信噪比函数SINR(t)均值都不大于第一预设值时，计数器清零，N为可人为调整的自然数，当计数器的计数值大于第二预设值时，确定该段信号为受干扰信号，利用搜索模块对其进行重构；
锁相环模块，用于依据时钟频率与电平标准对时钟的变频及相位调整，并进行频率综合；
分析模块，用于对多通道进行频谱分析推断干扰矩阵，根据频谱突变数量进行频段划分约束期望信号增益；
搜索模块，用于基于所述信噪比函数的实时值在时域内对干扰信号参数进行搜索，利用搜索得到的所述干扰信号参数进行搜索并重构得到重构信号；
干扰抑制模块，用于将所述重构信号与原始所述卫星定位信号进行幅度对消。
更进一步地，所述预降噪采用频域滤波方式预滤除固定强噪声；设置数字陷波器，令系统在频率±0，处的响应为零点;离开频率±0后的响应迅速恢复到常数，即极点。
更进一步地，所述预降噪包括去除工频干扰、去除宽频噪声中的至少一种;其中所述去除工频干扰包括：采用窄阻带频域滤波方式预滤除固定强噪声；所述去除宽频噪声包括；采用低通滤波滤除高频噪声。
更进一步地，所述处理模块还包括以下子模块，包括：
多脉冲处理，用于对所述原始卫星通信数据进行对消除杂波处理，并基于子空间理论，获得距离向特征矩阵，采用空域梯度累积方法对距离向特征矩阵进行转换，获得转换后的距离向梯度特征矩阵；
多帧处理，用于对所述转换后的距离向梯度特征矩阵进行多帧相参处理，并利用CA-CFAR检测算法获得距离向编码矩阵；
多块处理，对所述原始卫星通信数据进行一致性检测，判断是否存在疑似目标，基于判决特征因子对存在疑似目标的待探测目标进行目标检测。
更进一步地，所述配电主站对所述卫星通信设备空间监测区域进行空间栅格划分，并基于所述空间栅格信息实现多个波束目标位置配准；利用检测器实现配准后监视平面的信号级检测。
第二方面，一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信方法，包括以下步骤：
Step1：将空间监视区域均匀划分为经度-纬度-高度的矩形栅格；
Step2：接收卫星定位信号确定射频参数并进行预降噪处理，得到信号预降噪结果；
Step3：对各通道回波信号进行匹配滤波，与目标检测处理得到输出序列；
Step4：基于所述信号预降噪结果处理建立接收信号模型；
Step5：根据信号预降噪结果通过波束形成和空时自适应处理技术获取所述自适应滤波的输出信噪比函数；
Step6：依据时钟频率与电平标准对时钟的变频及相位调整，并进行频率综合；
Step7：对多通道进行频谱分析推断干扰矩阵，根据频谱突变数量进行频段划分约束期望信号增益；
Step8：在时域内对干扰信号参数进行搜索，利用搜索得到的所述干扰信号参数进行搜索并重构得到重构信号，将所述重构信号与原始所述卫星定位信号进行幅度对消。
更进一步地，所述Step5在进行时，有以下分步骤：
Step51：对所述原始卫星通信数据进行对消除杂波处理，并基于子空间理论，获得距离向特征矩阵，采用空域梯度累积方法对距离向特征矩阵进行转换，获得转换后的距离向梯度特征矩阵；
Step52：对所述转换后的距离向梯度特征矩阵进行多帧相参处理，并利用CA-CFAR检测算法获得距离向编码矩阵；
Step53：对所述原始卫星通信数据进行一致性检测，判断是否存在疑似目标，基于判决特征因子对存在疑似目标的待探测目标进行目标检测。
更进一步地，所述Step8通过判决检测干扰信号的波束交叠次数，将不符合准则要求的虚假目标信号删除。
更进一步地，所述Step7在选频段划分时，有以下分步骤：
Step71：通过时变阻带宽度和非零初始值抑制来自短延迟诱发电位的电力线干扰，对所有所述多通道输入的采样数据进行滤波；
Step72：引入非零初始值，抑制瞬态响应；
Step73：引入时变阻带宽度，得到约束期望信号增益。
更进一步地，所述Step1选择合适的最小分辨区域，保留所述矩形栅格检测统计量峰值所在点，将所述最小分辨区域凝聚为一个检测信号源。
本发明的有益效果为：
1、本发明会通过自适应陷波滤波器对采集的数据进行滤波后，再进行报文上传。有效地消除诱发电位中的窄带电源线噪声，将噪声与有用信号分离，本发明的滤波具有高质量的因子、尖锐的过渡带以及足够的选择性，能够有效地消除诱发电位中的窄带电源线噪声，其瞬态响应持续时间和幅度都明显低于传统滤波器，能够更有效地消除电力线干扰。引入了非零初始值，与采用零初始值相比，能够进一步消除电力线干扰，引入了时变阻带宽度后可有效降低瞬态响应持续时间。本发明的瞬态响应持续时间和幅度都明显低于传统滤波器，能够同时兼顾瞬态响应持续时间和幅度的优化问题。
2、本发明在多通道同步进行信号级联合检测的条件下实现对多通道信号目标抑制，目标个数估计准确，干扰目标抑制残留少，采用空间栅格技术实现多路通道的目标检测单元的配准计算量小，实现简单。与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过干扰信号形成干扰矩阵，并根据干扰情况的分布设置频谱划分，并根据各频段内的实际干扰情况确定每个频段内的干扰情况 ，有效抑制原始数据中的干扰信号，实现对于多通道信号的去干扰处理。在实际应用中，若是频谱突变的数量较多，则表示该频段内的干扰信号较多，确定该区域内的干扰信号采集的实际信号值，并根据该频段的位置确定对应位置的修正系数，以实现对原始数据的有效修正，以提供成像信号的精准度，大大提高了信号处理的精准性。
3、本发明充分利用了多波束中有价值的目标回波信息，实现了对空间栅格信号干扰信号目标的有效抑制，且目标定位精度及目标个数估计精度不受影响。本发明通过预降噪步骤，以针对性滤除信号中的噪声其中所述自适应滤波的输出信噪比函数根据预降噪后的信号获取，可提升相关产品与系统的抗工频干扰性能﹐也可以针对非工频干扰场景进行去噪。在变换域内对干扰信号进行分离，接着通过对增益系数进行优化设计，使得在干扰被抑制的同时，信号的时频特性得到最大限度的保留，最后采用短时分数阶傅里叶逆变换得到干扰抑制后的有用信号，仿真和实测数据处理验证了本发明方法的有效性和可行性。
4、本发明利用合成函数和函数乘算法，舍弃传统的维纳滤波等算法，简化了计算步骤，降低了对算力的需求，具体来说，本发明建立了信号噪峰区域计算的噪音值，该噪音值是一个具有时间参数的函数，利用缩放微伏值对其进行多次方倍增，这样能高效地放大干扰信号可以有效地发现微弱的干扰信号，提高了检测能力；
5、本发明利用计数器对信噪比函数进行考核，当一个时间周期内的信噪比函数值大于预设值时，则认为该周期内存在干扰，为受干扰周期，当受干扰周期的计数大于一定的阈值时，则认为整段信号为受干扰信号，需要进行重构；本申请通过利用计数器的方式，高效便捷地完成了对受干扰信号的识别，具体来说是将联系的信号划分为一个个的时间周期的均值，完成了离散化，利用离散化的均值，进行受干扰信号的技计数，提高了检测的可靠性和有效性，相比于传统的基于滤波函数提取噪音，再对噪音进行单独评价的方法，本申请对信号进行了带噪音评价，简化了滤波流程，避免了滤波过程中的信号和噪音畸变，降低了算力依赖，提高了计算的时效性和准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信系统的系统结构示意图；
图2为一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信方法的流程示意图；
图3为一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信方法获取输出信噪比函数时流程示意图；
图4为一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信方法进行选频段划分时流程示意图；
图中的标号分别代表：1、配电主站；2、射频前端；3、接收模块；4、处理模块；5、锁相环模块；6、分析模块；7、搜索模块；8、干扰抑制模块；41、多脉冲处理；42、多帧处理；43、多块处理。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信系统，请参阅图1，包括：
配电主站1，用于配电并通过卫星通信设备接收通信数据并根据所述通信数据判断通信终端是否处于正常状态；
射频前端2，用于接收卫星定位信号确定射频参数并进行预降噪处理，得到信号预降噪结果；
接收模块3，用于基于所述信号预降噪结果处理建立接收信号模型，所述接收信号模型的表达公式为：
Figure 1770DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，x(t)为预降噪信号矢量，A为导向矢量矩阵，S(f o ) 为载波频率为f o 的信号矢量，v(t)为噪声矢量，t为时间参数；
处理模块4，用于根据信号预降噪结果通过波束形成和空时自适应处理技术获取所述自适应滤波的输出信噪比函数，其公式为：
Figure 79448DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，SINR(t)为输出信噪比函数，w为信号噪峰区域计算的噪音值，H为缩放微伏值，R99为全峰宽区域内观测到的最大噪音值与最小噪音值之间的差值，Rw为信号噪峰区域内观测到的最大噪音值与最小噪音值之间的差值，○表示合成函数，·表示函数乘，t为时间参数；
将一段信号以预设的时间周期进行分割，对每个时间周期内的信噪比函数SINR(t)取均值，当一个时间周期内的均值大于第一预设值时，处理模块4的计数器加1，当连续N个时间周期内的信噪比函数SINR(t)均值都不大于第一预设值时，计数器清零，N为可人为调整的自然数，当计数器的计数值大于第二预设值时，确定该段信号为受干扰信号，利用搜索模块7对其进行重构；
锁相环模块5，用于依据时钟频率与电平标准对时钟的变频及相位调整，并进行频率综合；
分析模块6，用于对多通道进行频谱分析推断干扰矩阵,根据频谱突变数量进行频段划分约束期望信号增益；
搜索模块7，用于基于所述信噪比函数的实时值在时域内对干扰信号参数进行搜索，利用搜索得到的所述干扰信号参数进行搜索并重构得到重构信号；
干扰抑制模块8，用于将所述重构信号与原始所述卫星定位信号进行幅度对消。
所述预降噪采用频域滤波方式预滤除固定强噪声；设置数字陷波器，令系统在频率±0,处的响应为零点;离开频率±0后的响应迅速恢复到常数,即极点。
所述预降噪包括去除工频干扰、去除宽频噪声中的至少一种;其中所述去除工频干扰包括：采用窄阻带频域滤波方式预滤除固定强噪声；所述去除宽频噪声包括；采用低通滤波滤除高频噪声。
所述处理模块4还包括以下子模块，包括：
多脉冲处理41，用于对所述原始卫星通信数据进行对消除杂波处理,并基于子空间理论,获得距离向特征矩阵,采用空域梯度累积方法对距离向特征矩阵进行转换,获得转换后的距离向梯度特征矩阵；
多帧处理42，用于对所述转换后的距离向梯度特征矩阵进行多帧相参处理,并利用CA-CFAR检测算法获得距离向编码矩阵；
多块处理43，对所述原始卫星通信数据进行一致性检测,判断是否存在疑似目标，基于判决特征因子对存在疑似目标的待探测目标进行目标检测。
所述配电主站1对所述卫星通信设备空间监测区域进行空间栅格划分，并基于所述空间栅格信息实现多个波束目标位置配准；利用检测器实现配准后监视平面的信号级检测。
本实施例多通道信号干扰抑制主要通过波束形成和空时自适应处理技术(Space-TimeAdaptive Processing，STAP)实现。通过波束形成和空时自适应处理技术波束形成又称作空域滤波，其技术思想是将波束看做是一个空域意义上的滤波器，该滤波器可以分别调整主瓣和凹口，使得主瓣指向期望方向同时凹口对准干扰，从而提高输出信噪比（Signal-to-Noise Ratio， SNR）和改善目标检测性能。
本发明会通过自适应陷波滤波器对采集的数据进行滤波后，再进行报文上传。有效地消除诱发电位中的窄带电源线噪声，将噪声与有用信号分离，本发明的滤波具有高质量的因子、尖锐的过渡带以及足够的选择性，能够有效地消除诱发电位中的窄带电源线噪声，其瞬态响应持续时间和幅度都明显低于传统滤波器，能够更有效地消除电力线干扰。引入了非零初始值，与采用零初始值相比，能够进一步消除电力线干扰，引入了时变阻带宽度后可有效降低瞬态响应持续时间。本发明的瞬态响应持续时间和幅度都明显低于传统滤波器，能够同时兼顾瞬态响应持续时间和幅度的优化问题。
本发明在多通道同步进行信号级联合检测的条件下实现对多通道信号目标抑制，目标个数估计准确，干扰目标抑制残留少，采用空间栅格技术实现多路通道的目标检测单元的配准计算量小，实现简单。与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过干扰信号形成干扰矩阵，并根据干扰情况的分布设置频谱划分，并根据各频段内的实际干扰情况确定每个频段内的干扰情况 ，有效抑制原始数据中的干扰信号，实现对于多通道信号的去干扰处理。在实际应用中，若是频谱突变的数量较多，则表示该频段内的干扰信号较多，确定该区域内的干扰信号采集的实际信号值，并根据该频段的位置确定对应位置的修正系数，以实现对原始数据的有效修正，以提供成像信号的精准度，大大提高了信号处理的精准性。
本发明充分利用了多波束中有价值的目标回波信息，实现了对空间栅格信号干扰信号目标的有效抑制，且目标定位精度及目标个数估计精度不受影响。本发明通过预降噪步骤，以针对性滤除信号中的噪声其中所述自适应滤波的输出信噪比函数根据预降噪后的信号获取，可提升相关产品与系统的抗工频干扰性能﹐也可以针对非工频干扰场景进行去噪。在变换域内对干扰信号进行分离，接着通过对增益系数进行优化设计，使得在干扰被抑制的同时，信号的时频特性得到最大限度的保留，最后采用短时分数阶傅里叶逆变换得到干扰抑制后的有用信号，仿真和实测数据处理验证了本发明方法的有效性和可行性。
实施例2
在具体实施层面，在实施例1的基础上，本实施例参照图2、图3和图4所示对实施例1中一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信系统做进一步具体说明，一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信方法，包括以下步骤：
Step1：将空间监视区域均匀划分为经度-纬度-高度的矩形栅格；
Step2：接收卫星定位信号确定射频参数并进行预降噪处理，得到信号预降噪结果；
Step3：对各通道回波信号进行匹配滤波，与目标检测处理得到输出序列；
Step4：基于所述信号预降噪结果处理建立接收信号模型；
Step5：根据信号预降噪结果通过波束形成和空时自适应处理技术获取所述自适应滤波的输出信噪比函数；
所述Step5在进行时，有以下分步骤：
Step51：对所述原始卫星通信数据进行对消除杂波处理,并基于子空间理论,获得距离向特征矩阵,采用空域梯度累积方法对距离向特征矩阵进行转换,获得转换后的距离向梯度特征矩阵；
Step52：对所述转换后的距离向梯度特征矩阵进行多帧相参处理,并利用CA-CFAR检测算法获得距离向编码矩阵；
Step53：对所述原始卫星通信数据进行一致性检测,判断是否存在疑似目标，基于判决特征因子对存在疑似目标的待探测目标进行目标检测；
Step6：依据时钟频率与电平标准对时钟的变频及相位调整，并进行频率综合；
Step7：对多通道进行频谱分析推断干扰矩阵,根据频谱突变数量进行频段划分约束期望信号增益；
所述Step7在选频段划分时，有以下分步骤：
Step71：通过时变阻带宽度和非零初始值抑制来自短延迟诱发电位的电力线干扰,对所有所述多通道输入的采样数据进行滤波；
Step72：引入非零初始值，抑制瞬态响应；
Step73：引入时变阻带宽度,得到约束期望信号增益；
Step8：在时域内对干扰信号参数进行搜索，利用搜索得到的所述干扰信号参数进行搜索并重构得到重构信号，将所述重构信号与原始所述卫星定位信号进行幅度对消。
本发明会通过自适应陷波滤波器对采集的数据进行滤波后，再进行报文上传。有效地消除诱发电位中的窄带电源线噪声，将噪声与有用信号分离，本发明的滤波具有高质量的因子、尖锐的过渡带以及足够的选择性，能够有效地消除诱发电位中的窄带电源线噪声，其瞬态响应持续时间和幅度都明显低于传统滤波器，能够更有效地消除电力线干扰。引入了非零初始值，与采用零初始值相比，能够进一步消除电力线干扰，引入了时变阻带宽度后可有效降低瞬态响应持续时间。本发明的瞬态响应持续时间和幅度都明显低于传统滤波器，能够同时兼顾瞬态响应持续时间和幅度的优化问题。
本发明在多通道同步进行信号级联合检测的条件下实现对多通道信号目标抑制，目标个数估计准确，干扰目标抑制残留少，采用空间栅格技术实现多路通道的目标检测单元的配准计算量小，实现简单。与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过干扰信号形成干扰矩阵，并根据干扰情况的分布设置频谱划分，并根据各频段内的实际干扰情况确定每个频段内的干扰情况 ，有效抑制原始数据中的干扰信号，实现对于多通道信号的去干扰处理。在实际应用中，若是频谱突变的数量较多，则表示该频段内的干扰信号较多，确定该区域内的干扰信号采集的实际信号值，并根据该频段的位置确定对应位置的修正系数，以实现对原始数据的有效修正，以提供成像信号的精准度，大大提高了信号处理的精准性。
本发明充分利用了多波束中有价值的目标回波信息，实现了对空间栅格信号干扰信号目标的有效抑制，且目标定位精度及目标个数估计精度不受影响。本发明通过预降噪步骤，以针对性滤除信号中的噪声其中所述自适应滤波的输出信噪比函数根据预降噪后的信号获取，可提升相关产品与系统的抗工频干扰性能﹐也可以针对非工频干扰场景进行去噪。在变换域内对干扰信号进行分离，接着通过对增益系数进行优化设计，使得在干扰被抑制的同时，信号的时频特性得到最大限度的保留，最后采用短时分数阶傅里叶逆变换得到干扰抑制后的有用信号，仿真和实测数据处理验证了本发明方法的有效性和可行性。
实施例3
在具体实施层面，在实施例2的基础上，本实施例对实施例2中一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信方法做进一步具体说明，本实施例还提供所述Step1选择合适的最小分辨区域，保留所述矩形栅格检测统计量峰值所在点，将所述最小分辨区域凝聚为一个检测信号源。所述Step8通过判决检测干扰信号的波束交叠次数，将不符合准则要求的虚假目标信号删除。
本发明会通过自适应陷波滤波器对采集的数据进行滤波后，再进行报文上传。有效地消除诱发电位中的窄带电源线噪声，将噪声与有用信号分离，本发明的滤波具有高质量的因子、尖锐的过渡带以及足够的选择性，能够有效地消除诱发电位中的窄带电源线噪声，其瞬态响应持续时间和幅度都明显低于传统滤波器，能够更有效地消除电力线干扰。引入了非零初始值，与采用零初始值相比，能够进一步消除电力线干扰，引入了时变阻带宽度后可有效降低瞬态响应持续时间。本发明的瞬态响应持续时间和幅度都明显低于传统滤波器，能够同时兼顾瞬态响应持续时间和幅度的优化问题。
本发明在多通道同步进行信号级联合检测的条件下实现对多通道信号目标抑制，目标个数估计准确，干扰目标抑制残留少，采用空间栅格技术实现多路通道的目标检测单元的配准计算量小，实现简单。与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过干扰信号形成干扰矩阵，并根据干扰情况的分布设置频谱划分，并根据各频段内的实际干扰情况确定每个频段内的干扰情况 ，有效抑制原始数据中的干扰信号，实现对于多通道信号的去干扰处理。在实际应用中，若是频谱突变的数量较多，则表示该频段内的干扰信号较多，确定该区域内的干扰信号采集的实际信号值，并根据该频段的位置确定对应位置的修正系数，以实现对原始数据的有效修正，以提供成像信号的精准度，大大提高了信号处理的精准性。
本发明充分利用了多波束中有价值的目标回波信息，实现了对空间栅格信号干扰信号目标的有效抑制，且目标定位精度及目标个数估计精度不受影响。本发明通过预降噪步骤，以针对性滤除信号中的噪声其中所述自适应滤波的输出信噪比函数根据预降噪后的信号获取，可提升相关产品与系统的抗工频干扰性能﹐也可以针对非工频干扰场景进行去噪。在变换域内对干扰信号进行分离，接着通过对增益系数进行优化设计，使得在干扰被抑制的同时，信号的时频特性得到最大限度的保留，最后采用短时分数阶傅里叶逆变换得到干扰抑制后的有用信号，仿真和实测数据处理验证了本发明方法的有效性和可行性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信系统，其特征在于，包括：
配电主站（1），用于配电并通过卫星通信设备接收通信数据并根据所述通信数据判断通信终端是否处于正常状态；
射频前端（2），用于接收卫星定位信号确定射频参数并进行预降噪处理，得到信号预降噪结果；
接收模块（3），用于基于所述信号预降噪结果处理建立接收信号模型，所述接收信号模型的表达公式为：
Figure 743556DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，x(t)为预降噪信号矢量，A为导向矢量矩阵，S(f o ) 为载波频率为f o 的信号矢量，v(t)为噪声矢量，t为时间参数；
处理模块（4），用于根据信号预降噪结果通过波束形成和空时自适应处理技术获取自适应滤波的输出信噪比函数，其公式为：
Figure 832866DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，SINR(t)为输出信噪比函数，w为信号噪峰区域计算的噪音值，H为缩放微伏值，R99为全峰宽区域内观测到的最大噪音值与最小噪音值之间的差值，Rw为信号噪峰区域内观测到的最大噪音值与最小噪音值之间的差值，○表示合成函数，·表示函数乘，t为时间参数；
将一段信号以预设的时间周期进行分割，对每个时间周期内的信噪比函数SINR(t)取均值，当一个时间周期内的均值大于第一预设值时，处理模块（4）的计数器加1，当连续N个时间周期内的信噪比函数SINR(t)均值都不大于第一预设值时，计数器清零，N为可人为调整的自然数，当计数器的计数值大于第二预设值时，确定该段信号为受干扰信号，利用搜索模块（7）对其进行重构；
锁相环模块（5），用于依据时钟频率与电平标准对时钟的变频及相位调整，并进行频率综合；
分析模块（6），用于对多通道进行频谱分析推断干扰矩阵，根据频谱突变数量进行频段划分约束期望信号增益；
搜索模块（7），用于基于所述信噪比函数的实时值在时域内对干扰信号参数进行搜索，利用搜索得到的所述干扰信号参数进行搜索并重构得到重构信号；
干扰抑制模块（8），在所述信噪比函数的实时值超过预设阈值时，进行一次计数，在计数值超过计数阈值时，将所述重构信号与原始所述卫星定位信号进行幅度对消。
2.根据权利要求1所述的一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信系统，其特征在于，所述预降噪采用频域滤波方式预滤除固定强噪声；设置数字陷波器，令系统在频率±0处的响应为零点;离开频率±0后的响应迅速恢复到常数，得到极点。
3.根据权利要求2所述的一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信系统，其特征在于，所述预降噪包括去除工频干扰和去除宽频噪声中的至少一种;其中所述去除工频干扰包括：采用窄阻带频域滤波方式预滤除固定强噪声；所述去除宽频噪声包括；采用低通滤波滤除高频噪声。
4.根据权利要求1所述的一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信系统，其特征在于，所述处理模块（4）还包括以下子模块，包括：
多脉冲处理（41），用于对原始卫星通信数据进行对消除杂波处理，并基于子空间理论，获得距离向特征矩阵，采用空域梯度累积方法对距离向特征矩阵进行转换，获得转换后的距离向梯度特征矩阵；
多帧处理（42），用于对所述转换后的距离向梯度特征矩阵进行多帧相参处理，并利用CA-CFAR检测算法获得距离向编码矩阵；
多块处理（43），对所述原始卫星通信数据进行一致性检测，判断是否存在疑似目标，基于判决特征因子对存在疑似目标的待探测目标进行目标检测。
5.根据权利要求1所述的一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信系统，其特征在于，所述配电主站（1）对所述卫星通信设备空间监测区域进行空间栅格划分，并基于空间栅格信息实现多个波束目标位置配准；利用检测器实现配准后监视平面的信号级检测。
6.一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信方法，所述方法是对如权利要求1-5中任意一项所述的一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信系统的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：
Step1：将空间监视区域均匀划分为经度-纬度-高度的矩形栅格；
Step2：接收卫星定位信号确定射频参数并进行预降噪处理，得到信号预降噪结果；
Step3：对各通道回波信号进行匹配滤波，与目标检测处理得到输出序列；
Step4：基于所述信号预降噪结果处理建立接收信号模型；
Step5：根据信号预降噪结果通过波束形成和空时自适应处理技术获取所述自适应滤波的输出信噪比函数；
Step6：依据时钟频率与电平标准对时钟的变频及相位调整，并进行频率综合；
Step7：对多通道进行频谱分析推断干扰矩阵，根据频谱突变数量进行频段划分约束期望信号增益；
Step8：在时域内对干扰信号参数进行搜索，利用搜索得到的所述干扰信号参数进行搜索并重构得到重构信号，将所述重构信号与原始所述卫星定位信号进行幅度对消。
7.根据权利要求6所述的一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信方法，其特征在于，所述Step5在进行时，有以下分步骤：
Step51：对原始卫星通信数据进行对消除杂波处理，并基于子空间理论，获得距离向特征矩阵，采用空域梯度累积方法对距离向特征矩阵进行转换，获得转换后的距离向梯度特征矩阵；
Step52：对所述转换后的距离向梯度特征矩阵进行多帧相参处理，并利用CA-CFAR检测算法获得距离向编码矩阵；
Step53：对所述原始卫星通信数据进行一致性检测，判断是否存在疑似目标，基于判决特征因子对存在疑似目标的待探测目标进行目标检测。
8.根据权利要求6所述的一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信方法，其特征在于，所述Step8通过判决检测干扰信号的波束交叠次数，将不符合准则要求的虚假目标信号删除。
9.根据权利要求6所述的一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信方法，其特征在于，所述Step7在选频段划分时，有以下分步骤：
Step71：通过时变阻带宽度和非零初始值抑制来自短延迟诱发电位的电力线干扰，对所有多通道输入的采样数据进行滤波；
Step72：引入非零初始值，抑制瞬态响应；
Step73：引入时变阻带宽度，得到约束期望信号增益。
10.根据权利要求6所述的一种用于抑制多通道互干扰的卫星通信方法，其特征在于：所述Step1选择合适的最小分辨区域，保留所述矩形栅格检测统计量峰值所在点，将所述最小分辨区域凝聚为一个检测信号源。
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