基于自相关降噪的差分脉冲检测方法与流程

本发明属于电子侦察
技术领域：
，主要涉及针对含噪情况下的脉冲信号降噪检测，具体是一种检测精度更高的基于自相关降噪处理的差分脉冲检测方法，用于低信噪比情况下的脉冲检测。
背景技术：
：脉冲检测是雷达电子侦察首先需要解决的信号处理问题之一，也是进行信号参数测量的前提，典型的脉冲信号检测方法有基于时域的能量检测算法和基于频域的fft算法，后来还出现了基于差分滤波器的脉冲信号检测方法。目前的差分脉冲检测方法主要是针对非极低信噪比情况下进行的，通过差分滤波器长度的设定，对差分滤波器滑动窗经过的信号点进行累加求和再做差，最终会在脉冲起始点和截止点的位置形成峰值，从而实现脉冲检测。下面针对上述的不足加以说明：传统的差分脉冲检测技术通过差分滤波器的冲激响应函数和输入信号卷积来实现，这种方法已经较为成熟。对于滤波器来说，其唯一可变的参数就是滤波器的阶数，或者说是滤波器的大小，所以为了抑制噪声干扰，可以人为调整差分滤波器的长度。当滤波器的长度n刚好为脉内信号采样点数的一半时，差分滤波器的去噪效果较为理想。但是对于较低信噪比环境下的差分脉冲检测，即使滤波器的长度n刚好为脉内信号采样点数的一半，还是难以在输出信号中提取峰值，而且脉内信号仍然存在一些幅度较小的尖峰，所以如果仅利用现有传统的差分脉冲检测技术则会出现脉冲起始、截止位置估计错误的情况，从而导致脉冲检测的失败。在低信噪比环境下，上述方法就不再适用，针对低信噪比下的脉冲信号检测和参数估计，面临一系列问题，仍未有比较合适的方案。而客观上需要一种切合实际的低信噪比情况下差分脉冲检测方法，对脉冲信号进行检测。本发明在相关的范围内搜索和查新没有发现相应的有关基于自相关降噪处理的差分脉冲检测方法的文献和报道。技术实现要素：本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷和需求，提供一种快速、准确确定脉冲信号的基于自相关降噪处理的差分脉冲检测方法。为了实现发明目的，本发明采用以下技术方案：本发明是一种基于自相关降噪处理的差分脉冲检测方法,其特征在于，基于自相关降噪处理的差分脉冲检测方法包含有如下步骤：s1：确定待检测脉冲信号的脉宽tp、采样频率fs:输入待检测的线性调频脉冲信号，确定其脉冲宽度tp、采样频率fs；s2：设计差分滤波器的滑动窗：利用待检测的线性调频脉冲信号的脉宽tp及采样频率fs，由公式m＜＜tp×fs确定差分滤波器的滑动窗阶数m；再利用差分滤波器的冲激响应函数填充滑动窗内每个小单元的系数，完成差分滤波器滑动窗的设计；s3：对待检测脉冲信号做自相关运算：通过对差分滑动窗内系数非0的单元所对应的待检测的线性调频脉冲信号进行各自的共轭相乘来实现自相关处理，得到滑动窗各小单元所对应信号的自相关运算结果；s4：得到输出信号中的极值：对差分滤波器的冲激响应函数和待检测的线性调频脉冲信号的自相关运算结果进行卷积运算，即对滑动窗经过的已经完成自相关处理的信号点进行累加求和再做差，得到线性调频脉冲信号经过差分滤波器处理后的输出信号，在输出信号中检测出极值，完成待检测线性调频脉冲信号的检测。本发明针对极低信噪比环境下的脉冲检测，实现了快速、准确的差分脉冲检测。与现有技术相比，本发明的有益效果为：峰值检测准确，脉冲检测效果好：本发明通过对差分滤波器滑动窗内各个小单元所对应的待测信号的自相关处理，由于信号自身的相关性强与信号与噪声的相关性，实现了有效的噪声抑制，提高了信噪比，脉内的一些小尖峰得到了很好的抑制，使信号中峰值检测更加准确，为脉冲信号的确定奠定了基础，同时也给后续脉冲信号的参数估计提高了准确性。运算量少，快速检测：相较于传统常用的基于时域的能量检测算法和基于频域的fft算法相比，本发明在脉冲检测中使用改进的差分脉冲检测算法，本身运算量少；在自相关处理中，省去了对零点的信号处理，进一步节省运算时间。附图说明图1是本发明的流程图；图2是本发明中的线性调频脉冲信号经过差分滑动窗示意图；图3是现有技术中的差分脉冲检测图；图4是本发明的基于自相关降噪的差分脉冲检测图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案更加清楚，结合附图和实施例，对本发明详细说明。实施例1针对电子侦察领域的脉冲信号检测，常用的方法有基于时域的能量检测算法和基于频域的fft算法，但是检测精度并不高，而基于差分滤波器的脉冲信号检测方法有了一定的提高。但是对于较低信噪比环境下，基于差分滤波器的脉冲检测还是难以在输出信号中准确提取峰值，而且脉内信号仍然存在一些幅度较小的尖峰，所以如果仅利用现有传统的差分脉冲检测技术则会出现脉冲起始、截止位置估计错误的情况，常常导致脉冲检测的失败。本发明专门针对低信噪比下的敌方的脉冲信号检测展开了研究，提出一种基于自相关降噪的差分脉冲信号检测，参见图1，本发明的差分脉冲检测方法包含有如下步骤：s1：确定待检测脉冲信号的脉宽tp、采样频率fs:输入待检测的线性调频脉冲信号，确定其脉冲宽度tp、采样频率fs，得到了待检测线性调频脉冲信号的脉冲宽度tp、采样频率fs。本发明中待检测线性调频脉冲信号的脉冲宽度tp、采样频率fs为差分滤波器滑动窗的长度确定奠定了基础。实际中是对雷达接收机接收的信号进行一系列的处理，包括脉冲检测，本发明为了实现基于自相关降噪的差分脉冲检测方法，直接给出了接收的信号，即本发明中输入的待检测的线性调频脉冲信号。s2：设计差分滤波器的滑动窗：利用待检测的线性调频脉冲信号的脉宽tp及采样频率fs，由公式m＜＜tp×fs确定差分滤波器的滑动窗阶数m；再利用差分滤波器的冲激响应函数填充滑动窗内每个小单元的系数，完成差分滤波器滑动窗的设计。本发明通过对差分滤波器滑动窗的设计，确定滑动窗的规格，为后续对待测信号进行自相关处理时提供了需要处理的信号长度。s3：对待检测脉冲信号做自相关运算：通过对差分滑动窗内系数非0的单元所对应的待检测的线性调频脉冲信号进行各自的共轭相乘来实现自相关处理，得到滑动窗各小单元所对应信号的自相关运算结果，即已经完成自相关处理的信号点。实际计算中，也可以不用去除非零点所对应的脉冲信号的自相关运算，但是会增加运算量。本发明通过对滑动窗各个系数非0的小单元所对的待测线性调频脉冲信号进行自相关运算，直接省略了对零点的运算，使噪声得到抑制，实现了降噪，为后续的低信噪比脉冲信号的准确检测提供基础。s4：得到输出信号中的极值：对差分滤波器的冲激响应函数和待检测的线性调频脉冲信号的自相关运算结果进行卷积运算，得到线性调频脉冲信号经过差分滤波器处理后的输出信号，在输出信号中检测出极值，完成待检测线性调频脉冲信号的检测。本发明针对低信噪比下的脉冲信号检测和参数估计，面临脉冲起始、截止位置估计错误导致脉冲检测失败等问题，通过对信号的自相关运算和差分滤波器脉冲检测的结合，提出了一种专门针对低信噪比情况下的脉冲检测方法的技术方案，解决了低信噪比环境下，对脉冲信号错误检测甚至无法检测的问题。实现了信号在进行脉冲检测的同时也进行着降噪处理，即差分脉冲检测更准确，更快速，同时消除脉内存在的小毛刺干扰，为后续开展电子侦察检测奠定基础。实施例2基于自相关降噪处理的差分脉冲检测方法同实施例1，本发明步骤s2所述的设计差分滤波器的滑动窗，包括有如下步骤：2.1)确定差分滑动窗运行大小n：滑动窗是一个奇数阶的以零为中心的对称结构，有2n+1个小单元。利用输入的线性调频脉冲信号的脉宽tp及采样频率fs，由公式m＜＜tp×fs得到差分滤波器的滑动窗阶数m，由m＝2n+1确定差分滤波器的大小n。2.2)设计差分滤波器的滑动窗：利用滑动窗的运行大小n及滑动窗的阶数m，再利用差分滤波器的冲激响应函数填充滑动窗内每个小单元的系数，完成差分滤波器滑动窗的设计。本发明通过对差分滤波器滑动窗的设计，确定滑动窗的规格，为后续对待检测的线性调频脉冲信号进行自相关处理时提供了需要处理的信号长度。实施例3基于自相关降噪处理的差分脉冲检测方法同实施例1-2，步骤s3所述的对待检测脉冲信号做自相关运算，具体是：通过对差分滤波器滑动窗内系数非0的每小单元所对应的待检测的线性调频脉冲信号做各自的自相关运算，实际操作过程是滑动窗是从线性调频脉冲信号的左端开始滑入，右端滑出，中间无反复，遍历完整个线性调频脉冲信号，在一个完整的滑动过程中一共存在七种滑动窗与线性调频脉冲信号的交叠情况；对交叠的线性调频脉冲信号各点做共轭相乘，完成以上过程即可得到滑动窗各小单元所对应线性调频脉冲信号的自相关运算结果。本发明对差分滑动窗内系数非0的小单元所对应的待检测的线性调频脉冲信号做自相关，由于信号自身的相关性强，而信号与噪声的相关性弱，实现了对噪声的抑制，提高了信噪比，使得之后待检测的线性调频脉冲信号经差分滤波器处理时，噪声对输出信号的影响有效降低，脉内的小毛刺明显减少，更好的实现峰值检测；而且省去了对零点所对应的线性调频脉冲信号的处理，有效节省了运算量。实施例4基于自相关处理降噪的差分脉冲检测方法同实施例1-3，步骤s4所述的得到得到输出信号中的极值，具体是：对差分滤波器的冲激响应函数和待检测脉冲信号进行卷积运算，即滑动窗从信号的左端开始滑入，根据滑动窗与线性调频脉冲信号交叠的位置，通过对滑动窗内系数非0的每个小单元所对应的线性调频脉冲信号的自相关运算结果进行累加求和再做差，直至滑动窗从信号右端滑出，完成七种不同的交叠情况下的卷积运算，得到线性调频脉冲信号经过差分滤波器处理后的输出信号，完成对待检测线性调频脉冲信号的检测。本发明通过对待检测线性调频脉冲信号的自相关运算和差分滤波器脉冲检测的结合，实现了信号在进行脉冲检测的同时也进行着降噪处理，与传统差分脉冲检测方法的现有相关研究相比，本发明考虑到极低信噪比的存在，更加符合真实情况，使脉冲信号的峰值检测更加精确，同时，为后续开展针对敌方信号的参数估计奠定理论基础。实施例5基于自相关处理降噪的差分脉冲检测方法同实施例1-4，本发明中存在七种滑动窗与线性调频脉冲信号的交叠情况，参见图2，具体是当滑动窗自线性调频脉冲信号左端向右滑动过程中，依次存在七种可能：1)差分滤波器滑动窗与线性调频脉冲信号无交叠，此时待检测的线性调频脉冲信号经差分滤波器处理后的输出信号为0。2)差分滤波器滑动窗只有系数1与线性调频脉冲信号交叠，此时待检测的线性调频脉冲信号经差分滤波器处理后的输出信号随着信号点的增加单调不减。3)差分滤波器滑动窗只有系数1和系数0与线性调频脉冲信号交叠，此时待检测的线性调频脉冲信号经差分滤波器处理后的输出信号随着信号点的增加单调不增。4)差分滤波器滑动窗的所有系数1、0、-1都与线性调频脉冲信号交叠，此时待检测的线性调频脉冲信号经差分滤波器处理后的输出信号为0。5)差分滤波器滑动窗只有系数0、-1与线性调频脉冲信号交叠，此时待检测的线性调频脉冲信号经差分滤波器处理后的输出信号随着信号点的增加单调不增。6)差分滤波器滑动窗只有系数-1与线性调频脉冲信号交叠，此时待检测的线性调频脉冲信号经差分滤波器处理后的输出信号随着信号点的增加单调不减。7)差分滤波器滑动窗与线性调频脉冲信号无交叠，此时待检测的线性调频脉冲信号经差分滤波器处理后的输出信号为0。本发明通过完成存在七种差分滤波器滑动窗与线性调频脉冲信号交叠情况下的卷积运算，得到线性调频脉冲信号经过差分滤波器处理后的输出信号。在输出信号中检测极值，极大值即对应脉冲上升沿的位置，极小值即对应脉冲下降沿的位置，便可确定一个完整的脉冲信号。本发明主要解决了电子侦察领域对极低信噪比环境下的脉冲检测不准确甚至无法检测的问题，实现中首先确定待检测脉冲信号的脉宽tp、采样频率fs；设计差分滤波器的滑动窗；对输入脉冲信号点加入自相关运算；得到输出信号中的极值。本发明为电子侦察首先需要解决的信号处理问题之一——脉冲检测提供了一种检测精度更高的基于自相关处理的差分脉冲检测方法。通过对待检测信号的自相关运算，很好的抑制了噪声，可以消除脉内存在的小毛刺干扰；差分脉冲检测的方法使峰值点的提取更为容易，脉冲检测的准确性更高，为后续对脉冲信号的到达时间、脉宽等参数的估计提供了理论支撑。下面给出一个更加详实的例子，对本发明进一步说明：实施例6基于自相关降噪处理的差分脉冲检测方法实施例1-5，参见图1，本发明的基于自相关降噪处理的差分脉冲检测方法包括以下几个步骤：步骤1，确定待检测脉冲信号的脉宽tp、采样频率fs:输入待检测的线性调频脉冲信号，确定其脉冲宽度tp、采样频率fs，得到了待检测线性调频脉冲信号的脉冲宽度tp、采样频率fs。步骤2，设计差分滤波器的滑动窗：由步骤1确定的脉冲信号的脉宽tp、采样频率fs，得到差分滤波器的滑动窗阶数m，再利用差分滤波器的冲激响应函数来设计差分滑动窗，具体表示如下：2.1)确定差分滑动窗运行大小n：滑动窗是一个奇数阶的以零为中心的对称结构，有2n+1个小单元。利用待检测的线性调频脉冲信号的脉宽tp及采样频率fs，由公式m＜＜tp×fs得到差分滤波器的滑动窗阶数m，由m＝2n+1确定差分滤波器的运行大小n。2.2)设计差分滑动窗：滑动窗是一个奇数阶的以零为中心的对称结构，有2n+1个小单元。利用步骤2.1)得到的滑动窗的运行大小n及滑动窗的阶数m，再根据差分滤波器的冲激响应函数完成左边n个+1，右边n个-1，中间一个0的系数填充，实现差分滤波器滑动窗的设计。差分滤波器滑动窗的系数填充如下：+1+1.......+1.......+10-1.......-1.......-1-1步骤3，对待检测脉冲信号做自相关运算：已知待检测的线性调频脉冲信号，利用步骤2设计的差分滑动窗，滑动窗从线性调频脉冲信号的左端滑入，对滑动窗内系数非0的小单元所对应的待检测的脉冲信号点做自相关处理，即信号各点共轭相乘，中间无反复，遍历完整个线性调频脉冲信号，直至差分滑动窗从脉冲信号右端滑出，得到滑动窗各小单元所对应脉冲信号的自相关运算结果，即已经完成自相关处理的信号点。本发明对差分滑动窗内系数非0的小单元所对应的待检测的线性调频脉冲信号做自相关，由于信号自身的相关性强，而信号与噪声的相关性弱，实现了对噪声的抑制，提高了信噪比，更好的实现峰值检测。而且省去了去零点的线性调频脉冲信号的处理，有效节省了运算量。步骤4，得到待检测脉冲信号的输出结果：对差分滤波器的冲激响应函数和待检测的线性调频脉冲信号进行卷积运算，利用步骤2设计的差分滤波器滑动窗和步骤3得到的已经完成自相关处理的信号点，使滑动窗从信号的左端开始向信号内部滑动，根据滑动窗与信号交叠的位置，分别完成七种不同的滑动窗与脉冲信号的交叠情况下的卷积运算过程，即通过对滑动窗每个小单元所对应的已经完成自相关处理的信号点进行累加求和再做差，来完成线性卷积运算，得到先为0，再单调不减，再单调不增，再为0，再单调不增，再单调不减，再为0的输出信号。输出信号中的极大值对应脉冲上升沿的位置，极小值对应脉冲下降沿的位置，如此便可确定一个完整的脉冲信号，实现脉冲检测。本发明通过对差分滑动窗各小单元所对应脉冲信号的自相关运算结果和差分滤波器的冲激响应函数进行卷积运算，实现了信号降噪的同时更好地进行脉冲检测。利用差分滤波器实现脉冲检测是较为新颖的一种脉冲检测方法，它的运算量相对来说较小，检测结果中峰值点更明显，检测准确性更高；考虑到较低信噪比环境，对待检测信号做自相关降噪处理，很好的抑制了噪声，消除脉内存在的小毛刺干扰。本发明主要针对电子侦察领域对极低信噪比环境下脉冲信号检测，实际中是对雷达接收机接收的信号进行一系列的处理，包括脉冲检测，本发明为了实现基于自相关降噪的差分脉冲检测，直接给出了接收的信号，即本发明中输入的线性调频脉冲信号。下面通过仿真，对本发明的技术效果进行说明。实施例7基于自相关降噪的改进差分脉冲检测方法同实施例1-6，仿真条件与内容：给定待检测线性调频脉冲信号参数信息，脉宽10us，脉冲重复周期60us，带宽5mhz，载波频率2.8ghz，幅度1，采样频率100mhz；给定差分滤波器参数信息，大小为200，长度为401。通过以上仿真条件，完成差分滤波器滑动窗的设计，基于自相关降噪原理进行本发明的基于自相关降噪处理的差分脉冲检测方法的仿真，完成较低信噪比情况下对脉冲信号的检测。仿真结果和分析：参见图2，图2是本发明中的线性调频脉冲信号经过差分滑动窗示意图，可以看出滑动窗从线性调频脉冲信号的左端滑入，一共有七种不同的滑动窗与脉冲信号的交叠情况。参见图3，图3是传统的差分脉冲检测图，图3的横轴代表待检测脉冲信号的时间范围，纵轴代表待检测脉冲信号的幅度，通过图3能够看到待检测脉冲信号经过差分滤波器进行脉冲检测后的结果，当信噪比为-8db时，噪声已经远远大于信号的能量，利用差分脉冲检测法难以对信号能量进行有效的积累，进而无法对待测信号的脉宽进行准确的估计，也就是说信号被噪声淹没，无法检测识别。参见图4，图4是本发明在与图3相同情况下得到的基于自相关降噪的差分脉冲检测图，图4的横轴代表待检测脉冲信号的时间范围，纵轴代表待检测脉冲信号的幅度，通过图4能够看出当信噪比为-8db，较低时，虽然噪声的能量远大于信号，但是由于高斯白噪声具有随机性，噪声之间不相关，信号与噪声之间不相关，而信号与信号之间相关性很大。因此，图4中可以显而易见的看出在10us处出现峰值极大值，在20us处出现峰值极小值，极大值对应脉冲起始时间，极小值对应脉冲截止时间，由此可以确定脉冲信号，本发明的基于自相关降噪的差分脉冲检测方法成功的解决了在较低信噪比情况下对脉冲信号检测不准确甚至无法检测的问题，实现了在有效抑制噪声的同时对脉冲信号进行准确检测。本发明为电子侦察首先需要解决的信号处理问题之一——脉冲检测提供了一种检测精度更高的基于自相关处理的差分脉冲检测方法。通过对待检测信号的自相关运算，很好的抑制了噪声，可以消除脉内存在的小毛刺干扰；差分脉冲检测的方法使峰值点的提取更为容易，脉冲检测的准确性更高，为后续对脉冲信号的到达时间、脉宽等参数的估计提供了理论支撑。简而言之，本发明公开的一种基于自相关降噪的差分脉冲检测方法，解决了电子侦察领域对极低信噪比环境下的脉冲检测不准确甚至无法检测的问题。实现过程是：确定待检测脉冲信号的脉宽tp、采样频率fs；设计差分滤波器的滑动窗；对输入脉冲信号点加入自相关运算；得到输出信号中的极值，完成基于自相关降噪的差分脉冲检测。本发明通过对输入信号做自相关降噪处理，再结合差分脉冲检测方法，完成差分滤波器的冲激响应函数和自相关处理后的信号的卷积运算，实现脉冲检测。本发明抑制了噪声，消除脉内存在的小毛刺干扰；差分脉冲检测的运算量小，检测快速，检测结果中峰值点更明显，检测准确性更高。本发明提供的脉冲检测方法弥补了较低信噪比情况下对脉冲信号检测不准确甚至检测失败的不足，用于电子侦察领域下脉冲信号的检测及后续的脉冲信号参数估计。当前第1页12