一种多发多收网络干扰抑制系统及干扰抑制方法技术方案

本发明专利技术提供一种多发多收网络干扰抑制系统，包括声信号收发节点和控制与处理单元；所述信号收发节点呈等分圆结构布设，所述信号收发节点的个数为不小于３的奇数；所述控制与处理单元用于控制各信号收发节点同步发射两两正交的脉冲编码探测信号，对各信号收发节点接收到的信号进行时域相干处理以抑制直达波干扰。本发明专利技术还提供了相应的干扰抑制方法。本发明专利技术利用多发多收网络体制，通过网络节点的空间布局和协同发射正交编码信号，可以有效地减少直达波干扰和发射信号相互干扰的影响区域；通过时空抵消方法，能够有效地抑制直达波干扰和发射信号相互干扰强度，从而提高了多发多收网络对目标的探测性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水声信号处理
，具体地说，本专利技术涉及一种多发 多收网络干扰抑制系统及干扰抑制方法。本专利技术主要用于水下目标声探测。
技术介绍
水下目标声探测是水声信号处理的一个重要领域。传统的收发共置探 测声纳通常采用单发单收的策略，即声纳首先发射一组信号，然后通过接 收目标所散射的信号回波来进行目标定位。同时，多基地探测声纳通常也 是采用单发单收策略(与收发共置的差别仅在于多基地的发射和接收装置 不在一起)，或者单发多收策略，即由一个发射基地发射一组信号，然后 其它接收基地接收这组信号被目标散射而来的回波，各个接收基地各自进 行目标定位或者通过基地间的数据融合进行目标定位。而多发多收的方式 近年来已经出现在通信和雷达领域中。而在声纳探测方面，本申请的专利技术人在2007年提出了通过多发多收(MIMO)方式进行声纳低截获探测的初 步想法(李宇，王彪，黄海宁，李淑秋，张春华，MIMO探测声纳研究，声 学技术，26(5) pt.2 47-48页，2007)。将多发多收应用在声纳探测领域，如 果采用传统的声纳信号和发射方式，所面临的 一个重要问题就是多发射节 点之间相互干扰的问题，因为各个发射节点之间的信号干扰可能会淹没目 标的回波信号，从而导致主动探测的失败。因此迫切需要一个解决多发射 节点之间相互干扰的问题的方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是将正交的编码调制技术用于多发多收声纳，通过各网 络节点协同发射相互正交的编码调制序列以及采用相应的时空干扰抑制 方法，有效地抑制网络间直达波干扰和发射信号相互干扰的问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的多发多收网络干扰抑制系统包括 声信号收发节点和控制与处理单元；所述信号收发节点呈等分圆结构布设，所述信号收发节点的个数为不小于3的奇数；所述控制与处理单元用 于控制各信号收发节点同步发射两两正交的脉沖编码探测信号，对各信号 收发节点接收到的信号进行时域相干处理以抑制直达波干扰。上述技术方案中，所述信号收发节点包括收发共置换能器阵、节点接 收机、节点发射机和无线通信模块。上述技术方案中，所述控制与处理单元包括无线通信模块、信号处理 机和多发多收控制单元。上述技术方案中，所述信号处理机包括时间干扰抑制单元和空间干扰 抑制单元，所述时间干扰抑制单元用于对信号收发节点接收到的阵列信号 进行时域相干处理；所述空间干扰抑制单元用于对信号收发节点接收到的 阵列信号建立协方差矩阵；对所述协方差矩阵进行奇异值分解，得出特征 值矩阵；根据所述特征值矩阵分离出直达波干扰子空间。上述技术方案中，所述信号处理机还包括波束形成单元，用于对分离 出直达波干扰子空间后的阵列信号协方差矩阵进行波束形成处理，得到抑 制干扰后的输出。本专利技术提供的所述多发多收网络干扰抑制系统的干扰抑制方法，包括 如下步骤1 )各网络节点同步发射两两正交的脉冲编码探测信号； 2)各网络节点接收目标散射的回波信号；3 )对各信号收发节点接收到的信号进行时域相干处理以抑制直达波干扰。上述技术方案中，所述信号收发节点包括收发共置换能器阵，所述步 骤3)中包括时间干扰抑制处理和空间干扰抑制处理，所述时间干扰抑制 处理是对信号收发节点接收到的阵列信号进行时域相干处理；所述空间干 扰抑制处理包括如下子步骤31 )对信号收发节点接收到的阵列信号建立协方差矩阵； 32)对所述协方差矩阵进行奇异值分解，得出特征值矩阵； 33 )根据所述特征值矩阵分离出直达波干扰子空间。 上述技术方案中，所述空间干扰抑制处理还包括子步骤34)如下 3 4 )对分离出直达波干扰子空间后的阵列信号协方差矩阵进行波束形 成处理，得到抑制干扰后的输出。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点本专利技术利用多发多收网络体制，通过网络节点的空间布局和协同发射 正交编码信号，可以有效地减少直达波干扰和发射信号相互干扰的影响区域；通过时空抵消方法，能够有效地抑制直达波干扰和发射信号相互干扰强度，从而提高了多发多收网络对目标的探测性能。 附图说明以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施例，其中图1表示多发多收网络节点结构框图； '图2表示多发多收网络控制与处理中心结构框图3表示多发多收网络节点的布置示意图(节点为3个)；图4表示正交编码序列与正交编码信号波形图(8位编码)；图5表示直达波干扰区域示意图6表示遵循多发多收时空规则时整个多发多收网络时序图(节点数 为3);图7表示未遵循多发多收时空规则时整个多发多收网络时序图(节点 数为3 );图8表示正交编码序列互相关与自相关图(32位编码)； 图9表示多发多收网络中进行时域相干处理后干扰区域变化示意图 (节点数为3);图10表示多发多收网络中直达波波达方向示意图(节点数为3) 图11表示经过干扰抑制后的目标探测效果对比图，其中图ll(a)表示未经干扰抑制处理的目标探测效果图，图11 (b)表示经过干扰抑制处理的目标探测效果图。具体实施例方式下面结合附图与具体实施例对本专利技术作进一步地描述。 实施例本实施例的多发多收网络干扰抑制系统包括声信号收发节点和控制与 处理单元；所述信号收发节点呈等分圆结构布设，所述信号收发节点的个 数为不小于3的奇数；所述控制与处理单元用于控制各信号收发节点同步 发射两两正交的脉冲编码探测信号，对各信号收发节点接收到的直达波和 目标回波信号进行数据处理。本实施例中，所述信号收发节点包括收发共置换能器阵、节点接收机、 节点发射机和无线通信模块，如图1所示。本实施例中，所述控制与处理 单元包括无线通信模块、信号处理机和多发多收控制单元，如图2所示。本实施例的信号收发节点可安置在多个潜浮标平台上，也可安置在多 基地(一般是以舰艇等大型设施为单位)平台上。本实施例的网络布设和对接收信号进行干扰抑制处理包括以下步骤(1) 布放多发多收探测网络节点时，将多方多收网络节点按照等分圆 的结构布置(节点个数要求为奇数)；(2) 每个多发多收网络节点分配一组正交编码信号，进行网络化探测 时同时发射，通过发射信号的正交性和时空协同发射来减少直达波干扰和发 射信号相互干护u的影响区域；(3) 每个多发多收网络节点接收信号回波，并将数据通过无线通信汇 集到多发多收网络控制与处理中心，利用信号的正交性，通过时域相干处理 和正交空间抵消方法，来抑制直达波干扰和发射信号相互干扰。本实施例中，所述步骤(l)中多发多收网络节点的布放满足两个条件 一是等分圓布放，二是参与探测的多发多收节点数为奇数(如图3所示，为 三个节点的示意图)，这样的空间布放规则可以使相邻接收节点之间的距离 相同，每个接收节点所接收到的直达波数为偶数。其数学原理如下设多发多收节点数为2K+1 (K=l,2，3，...)，则其相邻节点所对应的圓心 角a (如图3所示)为 360^ ，、其相邻两个节点之间的距离R为i = DSin2 (2) 2这里，D为圓的直径。由于是等分圓结构，对于每个接收节点，其它接收节点所在位置都可以 看作以该节点所在直径为轴的左右对称结构，而两个对称节点到达该节点的距离是相等的，且这样的节点共有K对，距离范围为D〉i^Dsin三。2本实施例中，所述步骤(2)中，所谓正交编码脉冲信号可以描述为 对于两个包含元素(-1， 1)，且编码长度为N的编码序列C,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多发多收网络干扰抑制系统，包括声信号收发节点和控制与处理单元；所述信号收发节点呈等分圆结构布设，所述信号收发节点的个数为不小于３的奇数；所述控制与处理单元用于控制各信号收发节点同步发射两两正交的脉冲编码探测信号，对各信号收发节点接收到的信号进行时域相干处理以抑制直达波干扰。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李宇，黄海宁，李淑秋，张春华，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]