基于空域矩阵滤波和干扰对消的强干扰抑制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111273237A(43)申请公布日2020.06.12(21)申请号201910457468.6(22)申请日2019.05.29(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号(72)发明人邹男柳国龙付进梁国龙齐滨邱龙皓王逸林孙思博李晨牧李雄辉张文琪(74)专利代理机构哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司23211代理人刘景祥(51)Int.Cl.G01S7/36(2006.01)G01S7/537(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图3页(54)发明名称基于空域矩阵滤波和干扰对消的强干扰抑制方法(57)摘要本发明是基于空域矩阵滤波和干扰对消的强干扰抑制方法。本发明主要用于抑制观测扇面外和观测扇面内的强干扰。通过子空间矩阵滤波，减小观测扇面外干扰影响，进而获得观测扇面内强干扰方位，并将其应用于阻塞矩阵的设计，构建新的不降低数据维数的阻塞阵。通过阻塞矩阵和空域矩阵滤波器对阵列接收数据进行处理，最后采用MUSIC谱进行方位估计。本发明在抑制观测扇面内强干扰的同时，保留了邻近方位的弱目标信息，实现强干扰条件下的弱目标方位估计。本发明属于一种水声阵列信号处理方法，可应用于阵列信号处理、弱目标方位探测等领域。CN111273237ACN111273237A权利要求书1/3页1.一种基于空域矩阵滤波和干扰对消的强干扰抑制方法，其特征是：所述方法包括如下步骤：步骤一：建立阵元信号接收模型，设定矩阵滤波器通带，确定通带内强干扰方位；步骤二：根据估计的强干扰方位，构造阻塞矩阵，对阻塞矩阵接收数据进行处理，去除通带内的强干扰；步骤三：去除阻塞矩阵对协方差矩阵的影响；步骤四：对协方差矩阵进行空域滤波处理，获得MUSIC空间谱。2.根据权利要求1所述的一种基于空域矩阵滤波和干扰对消的强干扰抑制方法，其特征是：所述步骤一具体为：第一步：建立阵元信号接收模型，所述模型由N个阵元组成的均匀线列阵，有P个远场窄带平面波信号从不同方向入射到所述模型，所述阵元间距为信号频率的半波长，计算得到阵元接收信号，所述阵元接收信号通过下式表示：Tn(t)＝[n1(t),n2(t),...,nN(t)](2)其中，x(t)为阵元接收信号，si(t)为源信号，P为远场窄带平面波信号数量，a(θi)为第i个源信号的阵列流形向量，n(t)为噪声向量，[·]T为转置，N为阵元数；第二步：设定各源信号之间以及源信号与噪声之间互不相干，各阵元的背景噪声为相互独立的零均值高斯白噪声，建立阵列接收数据的协方差矩阵，所述协方差矩阵通过下式表示：其中，Rx为阵列接收数据的协方差矩阵，K表示快拍总数，k表示快拍数，pi表示第i个源H信号的能量，I为单位矩阵，[·]表示共轭转置,表示噪声能量,λi为特征值，ηi表示第i个特征值并且满足η1＞η2＞···＞ηN，ui是ηi对应的特征向量；第三步：设定矩阵滤波器的通带为Θ，阻带为对通带Θ外的强干扰采用空域矩阵滤波器对接收的阵列信号数据进行滤波，使得通带Θ内的信号无失真通过，所述空域矩阵滤波器预期响应通过下式表示：其中，T为空域矩阵滤波器，a(θ)为指定角度域的导向矢量，为预期响应；第四步：设定空域矩阵滤波器，对通带响应进行约束优化，使得阻带响应最大误差最小化，根据所述约束优化得到下式：2CN111273237A权利要求书2/3页其中，||·||2表示向量的2-范数。为通带响应误差约束，r为阻带约束；第五步：估计通道Θ内的强干扰方位，所述通带Θ内的强干扰方位估计通过下式表示：UI＝[u1,u2,...,uP-1](7)其中，为通带Θ内的子空间方位谱，a(θm)为通带内方位的导向矢量，θm∈Θ，为通带内强干扰方位的导向矢量的估计值，为通带内强干扰的估计方位，UI为Rx中的强干扰子空间。3.根据权利要求2所述的一种基于空域矩阵滤波和干扰对消的强干扰抑制方法，其特征是：所述步骤二具体为：第一步：根据估计出的构建阻塞矩阵，通过下式表示阻塞矩阵：其中，B为N×N的阻塞矩阵，d为阵元间距，λ为源信号的波长；第二步：源信号经过阻塞矩阵处理，处理后的源信号通过下式表示：y(t)＝Bx(t)(9)其中，y(t)为经过阻塞矩阵处理后的阵列数据。4.根据权利要求3所述的一种基于空域矩阵滤波和干扰对消的强干扰抑制方法，其特征是：所述步骤三具体为：第一步：采用阻塞矩阵处理协方差矩阵，处理后的协方差矩阵通过下式表示：其中，为采用阻塞矩阵处理的协方差矩阵；第二步：减小阻塞矩阵对协方差矩阵中高斯白噪声的影响，通过下式表示减小阻塞矩阵影响的协方差矩阵：3CN111273237A权利要求书3/3页其中，为减小阻塞矩阵影响的协方差矩阵，为的估计值。5.根据权利要求4所