专利名称：抗串漏高精度时延估计方法
技术领域：
本发明涉及的是一种水声信号处理方法，具体地说是用于抗不同通道之间信号串 漏的高精度时延估计方法。
背景技术：
对基于时延测量的定位系统而言，时延估计精度是决定系统定位精度的关键因素 之一。当被动声纳接收的信号是目标辐射的连续噪声时，可以用广义互相关或互谱法估计 时延，而当接收的信号是目标主动发射的窄带脉冲信号(CW、LFM或跳频信号)时，由于窄带 脉冲信号的相关峰不够尖锐，用相关检测不能满足高精度时延测量的要求，而且在实际应 用中很难确定其长度，或者只能按最大可能积分时间运算而增加不必要的运算量，所以该 方法不再适用。当处理多目标不同频率的窄带脉冲信号时，由于边带频谱泄漏，其它通道的 信号会串漏到本通道中来，形成串漏干扰，当信号能量较强时，会产生严重的虚警现象，定 位精度将严重下降。目前，对于水声窄带脉冲信号的检测与时延估计主要采用以下几种方法线性带 通滤波、匹配滤波、频谱分析、自适应线谱增强、能量检测与鉴宽器相结合等。上述方法能够 正确检测水声脉冲信号，得到时延估计结果，但是不能抑制其它通道的串漏干扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在提高时延估计精度的同时，能解决信号抗串漏的问 题的抗串漏高精度时延估计方法。本发明的目的是这样实现的1.对基本参数初始化，所述基本参数主要包括宽度门限、幅度门限、瞬时频率方差 门限、滤波器中心频率、带宽、正交参考信号幅度、学习步长；2.计算输入信号包络、相位、瞬时频率及瞬时频率方差；3.包络检波器；4.鉴宽器与瞬时频率方差联合判决；5.自适应相位估计器对时延估计结果进行修正。本发明还可以包括1、所述的包络检波器是采用LMS算法，利用自适应Notch滤波器的稳态权计算 接收信号的包络，即为信号的能量，设定信号检测门限，若超过门限值则增加宽度计数器的 值，若未超过门限值则进行鉴宽器与瞬时频率方差的联合判决。2、所述的鉴宽器与瞬时频率方差联合判决是根据窄带脉冲信号的脉宽及尖脉冲 干扰的宽度选择鉴宽器的宽度门限，若幅度超过门限值并且脉冲宽度也超过宽度门限时， 则利用瞬时频率方差检测进行下一步判断；根据信号幅度设置瞬时频率方差门限，当信号 瞬时频率方差小于该门限值时，则将之判断为有效信号，利用当前采样点数减去信号脉冲 宽度即得到当前信号的时延估计粗测值，若不满足上述条件，则将该信号判为干扰。
3、所述的自适应相位估计器对时延估计结果进行修正是根据自适应Notch滤波 器的稳态权值，计算信号的相位估计值，由该估计值计算时延测量偏差，利用该偏差修正上 述时延估计粗测值。本发明的核心技术内容在于基于自适应包络检波器与鉴宽器相结合对窄带脉冲 信号时延进行估计的方法，并且利用瞬时频率方差检测器抗串漏，利用自适应相位估计对 所测时延进行修正，使时延精度进一步提高。本发明所述的利用自适应包络检波器，其核心思想是利用自适应陷波滤波器根 据LMS算法，当自适应陷波滤波器权值达到平衡后，其输出是输入信号的最大似然估计，利 用它的稳态权计算信号幅度，即相当于包络检波器。本发明所述的鉴宽器，其核心思想是如果输入信号连续过门限时间短于该宽度， 则视为无效脉冲，重新检测前沿。鉴宽器宽度门限的选取主要根据以下三个方面一是所采 用窄带脉冲信号的脉宽；二是水声传播时尖脉冲干扰的脉宽；三是水声多途信道对接收信 号的影响。宽度门限应大于尖脉冲干扰的脉宽，以减少虚警概率；小于脉冲信号的脉宽，以 减少漏报概率。本发明所述的瞬时频率方差检测器抗串漏，其核心思想是利用自适应陷波滤波 器的稳态权计算计算接收信号的瞬时频率方差。由于信号串漏的是边带频谱，它的瞬时频 率方差比主带频谱大得多，所以可以采用VIFD检测器和上述方法(包络检测器+鉴宽器) 联合判决，则可以实现抗尖脉冲干扰和通道串漏，降低虚警概率。本发明所述的自适应相位估计对粗测时延进行修正，其核心思想是自适应陷波 滤波器的接收信号与参考信号相位差在一个脉宽内近似为恒定值，但是由于噪声的存在， 该相位差存在波动，为了提高相位测量的精度，利用自适应陷波滤波器的稳态权计算得到 相位估计的平均值，并利用该平均值对粗测时延进行修正。
图1为信号处理流程图；图2为输入信号；图3为通道1 Notch输出结果图；图4为通道2 Notch输出结果图；图5为两路并行结构自适应窄带滤波器原理框图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明作进一步具体说明信号处理流程图如图1所示，设水下设备发射信号基本参数CW脉冲，频率为f、 2f，脉冲宽度均为T，采样频率为5f，输入信噪比15dB。输入信号如图2所示。针对上述条 件，给出该具体实施例的抗串漏时延估计步骤(1. 1)基本参数初始化，主要包括宽度门限、幅度门限、瞬时频率方差门限、滤波器 中心频率、带宽、正交参考信号幅度、学习步长等。1、宽度门限:ffidth = kT，k = 0. 6 0. 8 ；3、最小能量门限Amp_S = 0. 2 ；
4、瞬时频率方差门限／HRESH—vifd一4096；
5、滤波器中心频率CO。一f；CO、一2f；
6、滤波器带宽B_wide。一B。；B_widel—B。；
7、滤波器正交参考输入幅度f—l；
(1．2)计算输入信号包络、瞬时频率及方差。采用自适应Notch滤波器做窄带滤波和包络估计，当前信号能量为包络平方。自适应Notch滤波器输出、信号络、权值、及瞬时频率及方差倒数如图3、4所示。
两路并行滤波器原理框图如图5所示，图中，d(k)一S(k)+n(k)为期望信号时间序列，k—l，2，00．，L为时间序号，S(k)为接收声信号，n(k)为背景噪声；X，(k)和X．(k)为两路正交参考输入。W．(k)，W，(k)为迭代权；s(k)为残差输出；y(k)为信号输出。下面给出用于求信号包络、相位、瞬时频率、瞬时频率方差的公式
设该滤波器的学习步长为常量u，中心频率CO。，正交参考输入的幅度为A，则两路参考输入表示为
权利要求
1.一种抗串漏高精度时延估计方法，其特征是(1)对基本参数初始化，所述基本参数主要包括宽度门限、幅度门限、瞬时频率方差门 限、滤波器中心频率、带宽、正交参考信号幅度、学习步长；(2)计算输入信号包络、相位、瞬时频率及瞬时频率方差；(3)包络检波器；(4)鉴宽器与瞬时频率方差联合判决；(5)自适应相位估计器对时延估计结果进行修正。
2.根据权利要求1所述的抗串漏高精度时延估计方法，其特征是所述的包络检波器 是采用LMS算法，利用自适应Notch滤波器的稳态权计算接收信号的包络，即为信号的能 量，设定信号检测门限，若超过门限值则增加宽度计数器的值，若未超过门限值则进行鉴宽 器与瞬时频率方差的联合判决。
3.根据权利要求1或2所述的抗串漏高精度时延估计方法，其特征是所述的鉴宽器与 瞬时频率方差联合判决是根据窄带脉冲信号的脉宽及尖脉冲干扰的宽度选择鉴宽器的宽 度门限，若幅度超过门限值并且脉冲宽度也超过宽度门限时，则利用瞬时频率方差检测进 行下一步判断；根据信号幅度设置瞬时频率方差门限，当信号瞬时频率方差小于该门限值 时，则将之判断为有效信号，利用当前采样点数减去信号脉冲宽度即得到当前信号的时延 估计粗测值，若不满足上述条件，则将该信号判为干扰。
4.根据权利要求1或2所述的抗串漏高精度时延估计方法，其特征是所述的自适应相 位估计器对时延估计结果进行修正是根据自适应Notch滤波器的稳态权值，计算信号的 相位估计值，由该估计值计算时延测量偏差，利用该偏差修正上述时延估计粗测值。
5.根据权利要求3所述的抗串漏高精度时延估计方法，其特征是所述的自适应相位估 计器对时延估计结果进行修正是根据自适应Notch滤波器的稳态权值，计算信号的相位 估计值，由该估计值计算时延测量偏差，利用该偏差修正上述时延估计粗测值。
全文摘要
本发明提供的是一种抗串漏高精度时延估计方法。对基本参数初始化，所述基本参数主要包括宽度门限、幅度门限、瞬时频率方差门限、滤波器中心频率、带宽、正交参考信号幅度、学习步长；计算输入信号包络、相位、瞬时频率及瞬时频率方差；包络检波器；鉴宽器与瞬时频率方差联合判决；自适应相位估计器对时延估计结果进行修正。本发明利用自适应包络检波器与鉴宽器联合检测水声窄带脉冲类信号，并对信号时延进行粗测，同时利用瞬时频率方差检测器抗不同通道之间信号的串漏，再利用自适应相位估计测得信号的相位后，对粗测时延进行修正，用以进一步提高时延测量精度。本方法将时延估计精度提高了两个数量级的同时，解决了信号抗串漏的难题。
文档编号H04B13/02GK102064891SQ201010549450
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者付进, 李利, 林旺生, 梁国龙, 王燕, 王逸林, 范展 申请人:哈尔滨工程大学