一种运用子空间投影的线性扫频干扰抑制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种运用子空间投影的线性扫频干扰抑制方法及系统，包括以下步骤：1、通过阵列天线获取接收信号，估计接收信号中LFM干扰的初始频率和调频斜率；2、根据所估计的初始频率和调频斜率构建干扰子空间；2.1、估计子空间基矢量长度；2.2、根据所估计的子空间基矢量长度构建子空间基矢量；2.3、构建干扰子空间及其正交子空间；3、通过子空间投影法消除干扰；本发明专利技术通过发现在频率估计有误差的情况下，基矢量长度过长或过短对子空间投影都不能达到很好的干扰抑制效果，提出寻找最佳序列长度，通过本发明专利技术找到的最佳序列长度L，在频率估计有误差的情况下进行子空间投影得到良好的干扰抑制效果。

A Linear Sweep Interference Suppression Method and System Using Subspace Projection

The invention discloses a linear sweep interference suppression method and system using subspace projection, which includes the following steps: 1. obtaining received signal through array antenna, estimating the initial frequency and frequency modulation slope of LFM interference in received signal; 2. constructing interference subspace according to the estimated initial frequency and frequency modulation slope; 2.1, estimating the length of subspace base vector; 2.2, estimating the length of subspace base vector according to the estimated frequency and frequency modulation slope; The length of the base vector of the subspace is calculated to construct the base vector of the subspace; 2.3. The interference subspace and its orthogonal subspace are constructed; 3. The interference is eliminated by the projection method of the subspace; The invention finds that under the condition of error in frequency estimation, the interference suppression effect of the projection of the subspace can not be achieved by the length of the base vector is too long or too short, and proposes to find the optimal sequence length, and through the origin. The optimal sequence length L is clearly found, and the subspace projection can get a good interference suppression effect when the frequency estimation error exists.

【技术实现步骤摘要】
一种运用子空间投影的线性扫频干扰抑制方法及系统
本专利技术涉及信号处理领域，尤其涉及一种运用子空间投影的线性扫频干扰拟制方法及系统。
技术介绍
战场环境下，可能有多种类的非平稳干扰，对于非平稳干扰，使用处理平稳干扰的方法处理效果不好，文献1“DCRicks,PGCifuentes,JSGoldstein.WhatisOptimalProcessingforNonstationaryData[C].PacificGrove,CA:34thAsilomarConferenceonSignals,Systems,andComputers,2000,11,656-661”对此进行了分析和仿真验证。非平稳干扰中最普遍的一种是线性扫频(LFM:LinearFrequencyModulation)，LFM干扰的参数易于估计。文献2“MoenessGAmin,ZhaoL,LindseyAR.SubspaceArrayProcessingfortheSuppressionofFMJamminginGPSReceivers[J].IEEETransonAerospaceandElectronicSystems,2004,40(1):80-92”提出构建干扰子空间，在此基础上用子空间投影法消除干扰的方法。文献3“李利,司锡才,张雯雯等.改进的多分量LFM信号参数估计算法及其快速实现[J].系统工程与电子技术,2009,31(11):2560-2562.”提出了一种LFM信号参数估计算法，通过二阶非线性变换在信号参数空间形成最大值来估计LFM信号参数。在多分量的情况下，讨论了信号自项和交叉项与时间的关系，发现自项和交叉项对时间有不同的依赖性，提出了加权平均的方法来改进算法，克服了交叉项的影响。估计LFM干扰的频率参数之后，可据此构建LFM干扰子空间，但是无论采用何种方法估计LFM干扰参数，总会存在误差。所估计的频率参数即使只有微小误差，用来构建子空间并进行投影时，会造成较大的误差，用文献2中的方法进行子空间投影，对LFM干扰的频率参数引入微小误差，即造成干扰无法消除的结果。本专利技术旨在解决这一问题。现首先给出接收信号数学形式，然后给出消除接收信号中先行扫频干扰的现有技术，主要包括对接收信号进行时频分析和运用子空间投影法消除干扰。一、接收信号的数学形式以M元天线阵接收GPS信号为例进行分析，采用何种导航信号对于抗干扰而言，处理方法相同。接收机接收到的信号由信号、白噪声和干扰组成。对于用阵列天线接收到的信号，其数学形式可以表示为x(t)＝as·s(t)+Ay(t)+v(t)(1)其中s(t)，as分别表示GPS信号及其天线阵响应；A为混合矩阵，A＝[A1a(θ1),A2a(θ2),…,APa(θP)]T，其中Ai、a(θi)、θi分别表示第i个干扰的振幅、在阵列上的响应即导向矢量、干扰入射角，设有P个干扰从不同方向入射，y(t)表示LFM干扰的合集，只包含信号的相位，幅度已经归一化，可写为y(t)＝[y1(t),y2(t),…,yP(t)]T；v(t)是均值为零的加性高斯白噪声。二、接收信号的时频分析取接收信号矢量的任意一路信号作时频分析，即可完成LFM信号的参数估计。时频分析能够反映信号的时频局部性质，时频分析具有代表性的两种方法是Wigner-Ville变换和短时傅里叶变换。信号的Wigner-Ville变换生成的时频分布称为Wigner-Ville分布(WVD)，WVD具有良好的局部性质，是一种最基本、也是应用最多的时频分布，WVD具有理想的时频聚集性，但有多分量时交叉项严重。短时傅立叶变换(STFT:ShortTimeFourierTranform)是处理非平稳信号的一种经典方法，其基本思想是用一个时域窗将局域外的时变信号置于窗外，在窗内进行傅立叶变换，其表示式如文献4“皇甫堪,陈建文,楼生强.现代数字信号处理[M].北京:电子工业出版社,2003.”中所示。取接收信号矢量的任意一路x(t)，其短时傅里叶变换为其中ω(t)表示窗函数，由上式可知，STFT就是信号被以t为中心的窗函数ω*(τ-t)加窗之后所作的傅里叶变换。离散信号x(n)的短时傅立叶变换定义为其中ω(n)是实数窗序列。短时傅里叶变换的时频聚集性不如Wigner-Ville变换，但是运算量小于Wigner-Ville变换，而且离散短时傅里叶变换(DSTFT)可以用离散傅里叶变换(DFT)实现，DFT是很成熟的算法，便于实现，因此选择DSTFT。接收信号矢量中任意一路经过短时傅里叶变换之后得到时频分布图，时频分布图反映了信号频率随时间变化的性质。对时频分布图进行分析可以得到LFM干扰信号的频率参数。三、运用子空间投影进行干扰抑制运用子空间投影抑制干扰的前提是构建干扰子空间，不妨设LFM干扰的频率参数已在上一步获得，在此基础上构建干扰子空间基矢量组也就完成了子空间的构建，然后将接收信号矢量投影到干扰子空间的正交子空间，也就完成了干扰抑制的过程。运用子空间投影法解决LFM干扰抑制问题，在干扰的频率参数不存在误差情况下，运用该方法可以很好的消除干扰，见于文献2。当干扰频率参数存在误差时，所构建的干扰子空间与真实的干扰子空间存在很大误差，故此用子空间投影方法难以消除干扰。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种在LFM频率参数估计存在误差情况下，仍能很好的滤除干扰，保留有用信号的运用子空间投影的线性扫频干扰拟制方法。为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种运用子空间投影的线性扫频干扰抑制方法，包括以下步骤：步骤1：通过阵列天线获取接收信号，估计接收信号中LFM干扰的初始频率和调频斜率；步骤1.1：将接收信号经短时傅里叶STFT变换后映射到时频分布图上，获取干扰信号的自源点；步骤1.2：通过各线性扫频干扰信号的自源点，估计每一路干扰信号的调频斜率和初始频率；步骤2：根据所估计的初始频率和调频斜率构建干扰子空间；步骤2.1：估计子空间基矢量长度；步骤2.2：根据所估计的子空间基矢量长度构建子空间基矢量；根据估计的LFM干扰参数构建干扰信号i＝1,2,…,P。每隔L长度取一段数据作为子空间基矢量，其中第i个干扰信号矢量表示为上式中变量都加了一般用于标识估计量的上标，因为上式是用估计的参数所构建的信号。式中表示第i个干扰，表示对xi截取一段L长度的数据；步骤2.3：构建干扰子空间及其正交子空间；用时域扩展后的干扰信号矢量构建成一个矩阵，如下该组矢量张成了干扰的子空间，其正交子空间表示如下M表示天线阵阵元数。步骤3：通过子空间投影法消除干扰；将接收信号矢量投影到干扰子空间的正交子空间，如下式式中X为接收信号矢量，通过投影过程消除了接收信号中的干扰分量Xu，剩余有用信号和白噪声分量Xs和V。进一步地，步骤1.2中所述估计每一路干扰信号的调频斜率和初始频率的方法为：步骤1.2.1：寻找第i个线性扫频干扰对应时频脊线的邻域，i＝2,…,P,P为干扰信号的数量；在第i个线性扫频干扰信号对应的时频分布脊线上任取一个自源点，过该点作一条直线，使倾角α在0°～180°中变化，设定直线的邻域半径rline，所述邻域半径rline不超过干扰在时频分布图的时频脊线在任意时间点上频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种运用子空间投影的线性扫频干扰抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：通过阵列天线获取接收信号，估计接收信号中LFM干扰的初始频率和调频斜率；步骤1.1：将接收信号经短时傅里叶STFT变换后映射到时频分布图上，获取干扰信号的自源点；步骤1.2：通过各线性扫频干扰信号的自源点，估计每一路干扰信号的调频斜率和初始频率；步骤2：根据所估计的初始频率和调频斜率构建干扰子空间；步骤2.1：估计子空间基矢量长度；步骤2.2：根据所估计的子空间基矢量长度构建子空间基矢量；根据估计的LFM干扰参数构建干扰信号

【技术特征摘要】
1.一种运用子空间投影的线性扫频干扰抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：通过阵列天线获取接收信号，估计接收信号中LFM干扰的初始频率和调频斜率；步骤1.1：将接收信号经短时傅里叶STFT变换后映射到时频分布图上，获取干扰信号的自源点；步骤1.2：通过各线性扫频干扰信号的自源点，估计每一路干扰信号的调频斜率和初始频率；步骤2：根据所估计的初始频率和调频斜率构建干扰子空间；步骤2.1：估计子空间基矢量长度；步骤2.2：根据所估计的子空间基矢量长度构建子空间基矢量；根据估计的LFM干扰参数构建干扰信号每隔L长度取一段数据作为子空间基矢量，其中第i个干扰信号矢量表示为式中表示第i个干扰，表示对xi截取一段L长度的数据；步骤2.3：构建干扰子空间及其正交子空间；用时域扩展后的干扰信号矢量构建成一个矩阵，如下该组矢量张成了干扰的子空间，其正交子空间表示如下M表示天线阵阵元数。步骤3：通过子空间投影法消除干扰；将接收信号矢量投影到干扰子空间的正交子空间，如下式式中X为接收信号矢量，通过投影过程消除了接收信号中的干扰分量Xu，剩余有用信号和白噪声分量Xs和V。2.根据权利要求1所述的一种运用子空间投影的线性扫频干扰抑制方法，其特征在于：步骤1.2中所述估计每一路干扰信号的调频斜率和初始频率的方法为：步骤1.2.1：寻找第i个线性扫频干扰对应时频脊线的邻域，i＝2,…,P,P为干扰信号的数量；在第i个线性扫频干扰信号对应的时频分布脊线上任取一个自源点，过该点作一条直线，使倾角α在0°～180°中变化，设定直线的邻域半径rline，所述邻域半径rline不超过干扰在时频分布图的时频脊线在任意时间点上频宽的一半，将时频分布图上各自源...

【专利技术属性】
技术研发人员：周柱，张茂军，刘煜，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43