專利名稱：直擴通信系統中高斯擬合線性調頻干擾檢測和抑制方法
技術領域：
本發明屬于無線數據傳輸、通信抗干擾技術領域，涉及的是直接序列擴頻通信 (簡稱直擴通信)中對線性調頻干擾的檢測和抑制方法。
背景技術：
在通信領域中，干擾抑制一直都是研究人員關注的熱點。現階段在窄帶干擾抑制 上已取得大量較為成熟的理論與成果。自適應濾波、變換域技術、碼輔助技術等多種研究工 具的引入更為窄帶干擾的抑制提供更多可靠而有效的手段。但隨著研究的不斷深入以及實 際應用需求的提高，寬帶干擾抑制又成為該方向上新的研究焦點。在這一情況下，現有的處 理技術在寬帶干擾抑制上普遍存在的缺陷使得人們開始尋找新的處理工具來實現抑制寬 帶干擾的目的。擴頻通信技術具有大容量、抗干擾、低截獲率以及可實現碼分多址(CDMA)等優 點，被廣泛應用，并成為下一代移動通信的技術基礎。擴頻通信系統中，直接序列擴頻 (Directsequence spread spectrum, DSSS)技術的應用最為普遍。DSSS系統有著很強的抗 干擾能力，但是，當外部干擾的強度超過了系統的干擾容限時，系統的性能將會急劇下降， 這時，必須引入相應的抗干擾措施，通常是在解擴前對信號進行預處理。目前，這一領域的 研究成果大都集中在窄帶干擾的抑制上，而近年來，寬帶的非平穩干擾對擴頻系統的影響 越來越引起人們的重視，其常見的形式為線性調頻(LFM =Iine frequency modulate)干擾。 相對于單頻正弦波，線性調頻干擾對DSSS系統的影響更為明顯。針對線性調頻干擾，已經提出了很多抑制干擾的方法。現有技術，存在明顯缺點。 Fourier變換對寬帶尤其快速時變的線性調頻干擾無能為力。時頻分布技術由于存在交叉 項，因此無法識別多個干擾。分數階變換是近年來引起人們關注的一種新的時頻分析工具，是分數階化思想 在各種傳統變換中推廣得到的新的變換形式。分數階Fourier變換(FRFT fractional Fouriertransform)則是一種特殊的分數階變換，分數階化思想也是從它對傳統Fourier 變換的推廣中得到的。在分數階Fourier域抑制特殊的寬帶干擾_線性調頻干擾已有相應 的算法提出。其基本思路是以旋轉角α為變量，對觀測信號連續進行分數階Fourier變換， 形成信號能量在分數階或旋轉角度α與調頻斜率μ構成的二維參數(α，μ)平面上的二 維分布，在此平面上按閾值進行峰值點的二維搜索來實現信號的檢測和參數估計。這些算 法最明顯的缺點就是搜索范圍大，計算負擔過大。
發明內容
本發明的目的在于提供一種能夠克服現有基于分數階Fourier變換的線性調頻 干擾抑制方法搜索空間大、計算負擔重等問題的直擴通信系統中快速線性調頻干擾檢測和 抑制方法。本發明的目的是這樣實現的
(1)分幀，將從接收機獲得的數據f(x)截斷成較短的、有一定重疊的數據幀f1;
f*2，· · ·，f*K-1，f*K ‘(2)對每一幀& (χ)，假設線性調頻干擾存在，利用短時Fourier變換構造二維時 頻圖，通過對峰值線軌跡的追蹤，利用線性回歸技術得出峰值線方程參數即粗略估計出線 性調頻斜率和分數階Fourier變換的旋轉角度α ；(3)驗證假設與參數尋優，根據參數α進行分數階Fourier變換，若存在顯著峰值 則檢測成功，并且對參數進行迭代尋優，利用一個迭代高斯擬合過程進行有限搜索和準確 估計得到線性調頻干擾斜率與分數階Fourier變換的旋轉角度α ‘的準確值；(4)去噪，在分數階Fourier變換域進行消波處理，去除干擾；(5)判斷是否處理了所有數據幀；(6)信號去重疊與重組，若已經處理了所有的數據fi(x)，則對處理結果數據進行 去重疊和重組處理，得到去干擾的信號。本發明還可以包括1、所述分幀進一步包括1)確定含有線性調頻干擾的待處理信號f(x)的長度，用L表示；2)確定分析幀即數據幀長fr ；3)確定前后兩幀重疊參數2*p(% )，則重疊量2* Δ ρ = fr*2*p %，且4*ρ % < 1， ρ%= 10% ；4)前后兩幀之間的滑動步長為d = fr-2* Δ ρ ；5)在信號f(x)前后各補長度為Δρ的數據0，生成新的數據f(x)，長度為 2* Δp+L ；6)若 2*Ap+(K-l)*d < 2 Δ p+L < 2*Ap+K*d，則在新生成的 f(x)后再補 (2* Δ p+K*d) - (2* Δ p+L) = K*d-L 個數據 0，構成新的 f (χ)，長度為 2* Δ p+K*d ；
權利要求
一種直擴通信系統中高斯擬合線性調頻干擾檢測和抑制方法，其特征是(1)分幀，將從接收機獲得的數據f(x)截斷成較短的、有一定重疊的數據幀f1，f2，...，fK 1，fK；(2)對每一幀fi(x)，假設線性調頻干擾存在，利用短時Fourier變換構造二維時頻圖，通過對峰值線軌跡的追蹤，利用線性回歸技術得出峰值線方程參數即粗略估計出線性調頻斜率和分數階Fourier變換的旋轉角度α；(3)驗證假設與參數尋優，根據參數α進行分數階Fourier變換，若存在顯著峰值則檢測成功，并且對參數進行迭代尋優，利用一個迭代高斯擬合過程進行有限搜索和準確估計得到線性調頻干擾斜率與分數階Fourier變換的旋轉角度α′的準確值；(4)去噪，在分數階Fourier變換域進行消波處理，去除干擾；(5)判斷是否處理了所有數據幀；(6)信號去重疊與重組，若已經處理了所有的數據fi(x)，則對處理結果數據進行去重疊和重組處理，得到去干擾的信號。
2.根據權利要求1所述的直擴通信系統中高斯擬合線性調頻干擾檢測和抑制方法，其 特征是所述分幀進一步包括1)確定含有線性調頻干擾的待處理信號f(x)的長度，用L表示；2)確定分析幀即數據幀長fr；3)確定前后兩幀重疊參數2*p(% )，則重疊量2* Δ ρ = fr*2*p %，且4*p % < 1，ρ % = 10% ；4)前后兩幀之間的滑動步長為d= fr-2*Ap ；5)在信號f(x)前后各補長度為Δρ的數據0，生成新的數據f(x)，長度為2*Ap+L;6)若2*Ap+(K-l)*d < 2Ap+L < 2*Ap+K*d，則在新生成的 f(x)后再補 (2* Δ p+K*d) - (2* Δ p+L) = K*d-L 個數據 0，構成新的 f (χ)，長度為 2* Δ p+K*d ；7)將f(x)分成 K 幀 f2，. . .，fK_1 fK,fi (χ) :f ((i-1) *d+l)，· · ·，f (2* Δ p+i*d)。
3.根據權利要求2所述的直擴通信系統中高斯擬合線性調頻干擾檢測和抑制方法，其 特征是對每一幀Α (χ)，進行線性調頻參數預估計進一步包括1)對&(χ)作短時fourier變換2*&p+dSTFTifi(X))= F(m,ω) = γ^^{η)\ν{η-ιη)β']ωη , 1 < m < M5I < ω < cr其中W (η)是窗函數，為矩形窗、Gaussian窗、Hanning或Hamming窗中的一種；2)得到相應的能量譜圖spectrogram(m, ω) = F(m, ω) |2 ；3)在spectrogram(m，ω)時頻平面，追蹤極大值曲線，在時頻平面spectrogram(m， ω)上，選取、記錄每個時間點spectrogram(m,l cr)上的極大值點位置，構成集合P(m)， 1彡m彡M ；4)若存在線性調頻干擾，必有P(t-Ι)和P(t)中的點位置是相鄰的，利用集合P(m)中 的鄰接點構成線段，用多項式擬合的方法，求得線段參數即斜率的粗略值《,否則說明本幀內不存在線性調頻干擾，i = i+Ι，然后轉判斷是否處理了所有數據幀步驟。
4.根據權利要求3所述的直擴通信系統中高斯擬合線性調頻干擾檢測和抑制方法，其 特征是所述假設驗證與參數尋優是基于迭代高斯擬合的假設驗證以及參數尋優，具體方法 為1)利用上一個階段得到的{，對fi(x)進行相應的分數階Fourier變換^ (/(X))，得到
5.根據權利要求4所述的直擴通信系統中高斯擬合線性調頻干擾檢測和抑制方法，其 特征是所述去噪進一步包括1)對fi(χ)作P階分數階Fourier變換，得到Fp (f, (χ))；2)得到極值點位置,M=max(a&s[Fi,(y;(x))l)；3)利用高斯窗Wg對進行光滑，得到新的《fek(y;(r))j，Wg N(0，1)為標 準正態分布，其窗長為log(—(/.⑶)])；4)利用在Im的左側δ鄰域是單調增，而在Im的右側δ鄰域是單調減 的規律，對功進行二階差分，得到Im附近的兩個谷點位置lvl，Iv2，且有Ivl < Im <lv2；5)將&(&00)在[lvl，lv2]區間的數據置為0即消波處理，抑制線性調頻干擾，
6.根據權利要求5所述的直擴通信系統中高斯擬合線性調頻干擾檢測和抑制方法，其 特征是判斷是否已經處理了所有數據幀，且對每一幀循環判定是否還存在線性調頻干擾包 括1)判斷數據幀是否已經越界，超出處理范圍，若i> K，則轉到信號去重疊與重組；2)將數據幀A(X)重新轉到對每一幀fi(x)，進行線性調頻參數預估計。
7.根據權利要求5所述的直擴通信系統中高斯擬合線性調頻干擾檢測和抑制方法，其 特征是所述信號去重疊與重組進一步包括1)將/|(X)，J1(X)’…，Λ.,(χ), Λ(χ)按規律去重疊，構成去干擾后的信號/(X)； 步驟1、去掉Z (X)的最后Δ ρ個數據；步驟2、去掉Z(X)的首尾各Δρ個數據，1 < i < K ； 步驟3、去掉Λ(χ)的前Δρ個數據；步驟4、將去掉冗余的J2(X),…，(χ),入(χ)首尾連接，構成/(χ)；2)去掉/(χ)首尾補充的0，去掉前部Δρ個0，去掉尾部K*d_L+Ap個0;3)得到與輸入信號f(x)等長的去干擾后的信號/(χ)。
全文摘要
本發明提供的是一種直擴通信系統中高斯擬合線性調頻干擾檢測和抑制方法。利用直擴通信系統中在信道上傳輸的數據頻譜類似白噪聲的特點，若受線性調頻信號干擾必定在瞬時能量頻譜上有很強的峰值，也必定在時-頻能量分布平面上存在明顯的峰值線。在直擴通信系統接收端，通過對時-頻能量分布平面中各個時間點上極值點的追蹤，得到峰值線軌跡，利用線性回歸技術得出峰值線參數粗略估計出線調頻斜率和分數階Fourier變換的旋轉角度α。根據參數α對信號進分數階Fourier變換，然后利用一個迭代高斯擬合過程進行準確搜索得到最優的α，在最優分數階Fourier變換域進行消波處理來抑制線性調頻干擾。將去噪后信號輸出給后續的處理過程。
文檔編號H04B1/707GK101951276SQ20101029785
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者任立群, 尹清波, 張曉林, 申麗然, 郭黎利, 齊琳 申請人:哈爾濱工程大學