基于离格补偿自适应滤波的抗多址干扰捕获方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于离格补偿自适应滤波的多址干扰捕获方法及系统，属于航天领域。本发明专利技术提出的抗多址干扰方法，首先为降低复杂度，在RMMSE滤波的基础上结合干扰消除，利用信号检测结果，将全局滤波简化为局域滤波，然后在相位

【技术实现步骤摘要】
基于离格补偿自适应滤波的抗多址干扰捕获方法及系统


[0001]本专利技术涉及航天
，具体涉及一种基于离格补偿自适应滤波的抗多址干扰捕获方法及系统。

技术介绍

[0002]直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)信号具有高隐蔽性，抗截获、干扰能力强等优点，在卫星导航定位系统、航天测控通信系统、卫星通信等领域得到了广泛应用。DSSS接收机利用伪码调制所带来的扩频增益降低多址干扰的影响。然而，不同用户分配的伪码序列之间并非完全正交，其互相关值不为零，在码域上完全隔离多址信号，接收信号中存在多址干扰。当干信比较大、目标信号功率较弱时，信号捕获性能急剧下降。
[0003]基于自适应滤波的抗多址干扰算法，具有较好的抗干扰能力，因此受到了关注。
[0004]自适应滤波算法可分为最小均方(Least Mean Square,LMS)迭代和直接前向反馈迭代(Reiterative Minimum Mean Square Error,RMMSE)两类。LMS算法在高干信比场景下的干扰抑制能力有限，而RMMSE滤波的干扰抑制性能明显优于LMS。基于RMMSE滤波的抗多址干扰抑制算法，常将参数不确定空间划分为多维搜索网格，并在各搜索单元内分别进行RMMSE滤波。
[0005]在2006年IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems第42卷3期第891页至903页由Shannon D.Blunt等人发表的“Multistatic adaptive pulse compression”一文中，提出RMMSE滤波的多基地自适应脉冲压缩(Multistatic Adaptive Pulse Compression,MAPC)算法，结合匹配滤波和RMMSE滤波同时实现能量积累和参数估计，针对线性调频信号体制实现了抗多址干扰，但该算法的复杂度较高。在2016年IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems第52卷第4期第2044页至2053页由Yuyao Shen等人发表的“Fast cross
‑
correlation mitigation via minimum mean
‑
square error estimation based on matched filter outputs for consecutive DSSS signals”一文中，将适用于线性调频信号的MAPC算法扩展应用于直扩信号，提出快速互相关抑制算法，对匹配滤波结果进行RMMSE滤波，在少量性能损失的前提下，显著减小了运算复杂度。
[0006]上述算法将干扰信号的伪码相位和频率不确定空间划分为多维搜索网格，在各搜索单元内分别进行RMMSE滤波，抑制非目标信号所在单元格内的干扰信号。但由于搜索单元数量多，计算复杂度高。另外，RMMSE滤波在构建模型时，将搜索单元中心位置(即搜索网格格点)视为参数估计值，存在模型误差，影响RMMSE滤波的性能，导致算法对中
‑
强多址干扰的抑制能力下降，目前国内外尚未有公开的方案解决以上问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供了基于离格补偿自适应滤波的抗多址干扰捕获方法及系统，在相位
‑
频率二维网格搜索的基础上添加相位离格量和频率离格量的精估计，并利用估
计值修正RMMSE滤波模型，与现有的RMMSE滤波抗多址干扰方法相比，多址干扰互相关旁瓣抑制能力更强。
[0008]为达到上述目的，本专利技术的技术方案—基于离格补偿自适应滤波的抗多址干扰捕获方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一：基于基带接收信号进行能量积累获得各接收通道的能量积累值；以各接收通道内能量积累值的峰值为检测判决量，当检测判决量高于检测门限时认为检测到该接收通道的信号，并记录该接收通道信号所在的伪码相位和多普勒频率索引；否则认为未检测到信号；更新未检测信号集合N和已检测信号集合M；设定未检测信号集合N初始化设置为全集和已检测信号集合M初始化设置为空集。
[0010]在各个接收通道中根据相位搜索间隔
△
T
和频率搜索间隔
△
F
将相位和频率不确定范围划分为二维搜索网格，以相位真值与搜索网格格点之间的差异为相位离格量，以频率真值与搜索网格格点之间的差异为频率离格量。
[0011]以基带接收信号作为待处理信号，进入步骤二。
[0012]步骤二：针对待处理信号在各个已检测到信号的接收通道中执行如下多参数联合迭代估计过程：
[0013]对相位离格量和频率离格量进行估计，然后利用离格量估计值修正RMMSE滤波模型，通过修正后的RMMSE滤波模型计算观测时间内不同接收通道的伪码相位和多普勒频率处信号复幅度向量的估计值。
[0014]各已检测到信号的接收通道中执行上述多参数联合迭代估计过程收敛后，获得最终的复幅度估计值、最终的相位离格量估计值以及最终的频率离格量估计值；进入步骤三。
[0015]步骤三：根据不同接收通道的伪码相位和多普勒频率处信号复幅度向量的估计值，重构所有已检测的干扰信号，从接收信号中去除所有重构信号，获得干扰消除后的信号。
[0016]步骤四：基于干扰消除后的信号在已检测到信号的接收通道内进行能量积累，得到能量积累值；各通道内能量积累值的峰值为检测判决量，检测判决量高于检测门限时认为检测到该接收通道的信号，并记录该接收通道的信号所在的伪码相位和多普勒频率索引；否则认为未检测到信号。
[0017]控制信号检测计数加1，更新未检测信号的接收通道集合N和已检测信号的接收通道集合M。
[0018]若已检测到目标信号，则结束捕获并输出目标信号捕获成功的结果。
[0019]若信号检测计数达到上限时仍未检测到目标信号，则结束捕获并输出目标信号捕获失败的结果。
[0020]若信号检测计数未达到上限且尚未检测到目标信号，则认为信号捕获尚未结束，以干扰消除后的信号作为待处理信号，返回步骤二。
[0021]进一步地，基于基带接收信号进行能量积累获得各接收通道的能量积累值：将参与能量积累的采样数据等间隔分成P段，先在段内进行相参积累，获得P个相参积累值；对P个相参积累值进行平方运算以去除符号相位，最后累加平方值完成跨符号能量积累，获得各搜索单元内的能量积累值。
[0022]其中相参积累时间设定为符号持续时间的整数倍。
[0023]进一步地，多参数联合迭代估计过程，具体为：
[0024]S201：对相位离格量和频率离格量进行估计，具体为：
[0025]第m个接收通道信号的相位离格量为τ
m
为第m个接收通道的延时，为第m个接收通道的伪码相位索引。
[0026]第m个接收通道信号的频率离格量为f
m
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于离格补偿自适应滤波的抗多址干扰捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：基于基带接收信号进行能量积累获得各接收通道的能量积累值；以各接收通道内能量积累值的峰值为检测判决量，当检测判决量高于检测门限时认为检测到该接收通道的信号，并记录该接收通道信号所在的伪码相位和多普勒频率索引；否则认为未检测到信号；更新未检测信号集合N和已检测信号集合M；设定未检测信号集合N初始化设置为全集和已检测信号集合M初始化设置为空集；在各个接收通道中根据相位搜索间隔
△
T
和频率搜索间隔
△
F
将相位和频率不确定范围划分为二维搜索网格，以相位真值与搜索网格格点之间的差异为相位离格量，以频率真值与搜索网格格点之间的差异为频率离格量；以基带接收信号作为待处理信号，进入步骤二；步骤二：针对待处理信号在各个已检测到信号的接收通道中执行如下多参数联合迭代估计过程：对相位离格量和频率离格量进行估计，然后利用离格量估计值修正RMMSE滤波模型，通过修正后的RMMSE滤波模型计算观测时间内不同接收通道的伪码相位和多普勒频率处信号复幅度向量的估计值；各已检测到信号的接收通道中执行上述多参数联合迭代估计过程收敛后，获得最终的复幅度估计值、最终的相位离格量估计值以及最终的频率离格量估计值；进入步骤三；步骤三：根据不同接收通道的伪码相位和多普勒频率处信号复幅度向量的估计值，重构所有已检测的干扰信号，从接收信号中去除所有重构信号，获得干扰消除后的信号；步骤四：基于干扰消除后的信号在已检测到信号的接收通道内进行能量积累，得到能量积累值；各通道内能量积累值的峰值为检测判决量，检测判决量高于检测门限时认为检测到该接收通道的信号，并记录该接收通道的信号所在的伪码相位和多普勒频率索引；否则认为未检测到信号；控制信号检测计数加1，更新未检测信号的接收通道集合N和已检测信号的接收通道集合M；若已检测到目标信号，则结束捕获并输出目标信号捕获成功的结果；若信号检测计数达到上限时仍未检测到目标信号，则结束捕获并输出目标信号捕获失败的结果；若信号检测计数未达到上限且尚未检测到目标信号，则认为信号捕获尚未结束，以干扰消除后的信号作为待处理信号，返回步骤二。2.如权利要求1所述的基于离格补偿自适应滤波的抗多址干扰捕获方法，其特征在于，所述基于基带接收信号进行能量积累获得各接收通道的能量积累值：将参与能量积累的采样数据等间隔分成P段，先在段内进行相参积累，获得P个相参积累值；对P个相参积累值进行平方运算以去除符号相位，最后累加平方值完成跨符号能量积累，获得各搜索单元内的能量积累值；其中相参积累时间设定为符号持续时间的整数倍。3.如权利要求1或2所述的基于离格补偿自适应滤波的抗多址干扰捕获方法，其特征在于，所述多参数联合迭代估计过程，具体为：S201：对相位离格量和频率离格量进行估计，具体为：
第m个接收通道信号的相位离格量为τ
m
为第m个接收通道的延时，为第m个接收通道的伪码相位索引；第m个接收通道信号的频率离格量为f
m
为第m个接收通道的多普勒频率，为第m个接收通道的多普勒频率索引；定义无符号跳变的搜索单元中相位离格量估计值为相位离格量估计误差为频率离格量估计值为频率离格量估计误差为存在符号跳变的搜索单元中相位离格量估计值为相位离格量估计误差为频率离格量估计值为频率离格量估计误差为S202：第m路信号第j次迭代的相关运算结果的计算公式为其中上标(j)表示第j次迭代，为第j次迭代的离格量补偿后的相位
‑
频率二维相关系数矩阵；y
p
为第p个相参积累时间段内的接收信号采样序列，p＝0,1,...,P
‑
1，P为相参积累值总数；L
s
为相参积累时间段内采样点数；S203：计算第m路信号第j次迭代滤波的滤波器系数S203：计算第m路信号第j次迭代滤波的滤波器系数其中R
Acor,m,i
＝[s
′
+,i,p
(0,0) s
′
‑
,i,p
(0,0)]
H
W
Acor,m
/L
s
为特征波形互相关矩阵，为噪声方差，为与复幅度二阶矩相关的矩阵；h
n,l,k
作为功率初值计算及滤波系数后续根据参数估计值修正及更新模块的输出计算滤波系数表达式为S204：对利用滤波系数对相关结果进行滤波，得到第j次迭代输出的复幅度估计值S205：在估计第m路扩频信号的离格量时，用于离格量估计的干扰消除模块先重构并消除其他已检测通道中的信号，仅保留接收信号中第m路信号的特征波形，作为用于离格量估计的干扰消除后的信号S206：采用如下方式进行相位离格量估计：在无符号跳变的搜索单元中，生成相位为和的本地特征波形，δ
T
为步进值，并计算此时两个本地特征波形与的幅度归一化相关值，再计算两者的差值在存在符号跳变的搜索单元中，生成相位为和的本地特
征波形，并计算此时两个本地特征波形与的幅度归一化相关值，再计算两相关值的差值S207：采用如下方式进行频率离格量估计：在存在符号跳变的搜索单元中，生成频率为和的本地特征波形，δ
F
为步进值，并计算两个本地特征波形与的幅度归一化相关值，再计算两相关值的差值在存在符号跳变的搜索单元中，生成频率为和的本地特征波形，计算该两个本地特征波形与的幅度归一化相关值，再计算两相关值的差值S208：采用如下方式进行参数估计值修正及更新：基于不同信号段索引p下的复幅度估计结果对信号复幅度进行修正，得到第j次迭代的复幅度估计值基于相位离格量估计模块输出的不同信号段索引p下的相关值差值基于相位离格量估计模块输出的不同信号段索引p下的相关值差值对相位离格量估计值进行更新；基于频率离格量估计模块输出的不同信号段索引p下的相关值差值基于频率离格量估计模块输出的不同信号段索引p下的相关值差值对频率离格量估计值进行更新；S209：判断多参数联合迭代估计过程的迭代是否收敛，具体为：若前后两次迭代参数估计值差异小于收敛判决门限，则认为迭代收敛，将幅度估计值作为最终的复幅度估计值相位离格量估计值作为最终的相位离格量估计值频率离格量估计值作为最终的频率离格量估计值作为最终的频率离格量估计值输；否则认为迭代未收敛，迭代计数器j加1，将各参数估计结果反馈至S201进行下一次迭代。4.基于离格补偿自适应滤波的抗多址干扰捕获系统，其特征在于，在各个接收通道中根据相位搜索间隔
△
T
和频率搜索间隔
△
F
将相位和频率不确定范围划分为二维搜索网格，以相位真值与搜索...

【专利技术属性】
技术研发人员：申宇瑶，汪文韬，王永庆，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：