CN117233804A - 基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电变量的测量技术领域，尤其涉及基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别方法及系统，方法包括如下步骤：抗干扰检测模块持续检测信号的幅度，并记录脉冲信号的周期时间；数据处理模块判断脉冲信号是否为脉冲干扰；数据处理模块判断脉冲干扰是否为高信号状态；计算出脉冲干扰占空比，若判断为接收机能够处理的脉冲干扰，不处理，若判断为接收机不能够处理的脉冲干扰，则进行抗干扰处理。本发明提供的方法及系统能够将脉冲干扰信号从宽带干扰中区分出来，并且通过多重判断，使结果更加准确，最终不仅能够提高舰船等卫星导航的定位精度，而且整个检测、识别、处理的过程速度比较快。
Description
技术领域
本发明涉及电变量的测量技术领域，尤其涉及基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别方法及系统。
背景技术
舰船等装载的各种无线电设备，包括各种雷达装置、通信装置，天线林立且距离较近，产生的干扰样式大多具有功率强、短时突发、干扰周期不固定且干扰强度大、频谱覆盖范围大等特点。此时，舰船等装备的卫星导航接收机可能受到这些电磁脉冲干扰威胁，造成定位精度下降，甚至影响正常使用。因此舰载卫星导航接收系统，除了抗宽带压制干扰外，还必须具备抗这种短时突发脉冲干扰的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别方法及系统，通过对通讯设备信号的幅度进行检测，依次判断是否存在脉冲信号，脉冲信号是否为脉冲干扰，脉冲干扰是否为高信号状态，最后判断为接收机不能处理的脉冲干扰后再进行抗干扰处理，经处理后的信号然后再传输给接收机，从而提高舰船等卫星导航的定位精度。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
一种基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别方法，其包括如下步骤：
S1：抗干扰检测模块持续检测信号的幅度，并将其与信号幅度设定阈值进行比较，当检测到信号的幅度大于信号幅度设定阈值时，脉冲上升沿到来，计数器开始计数，直至信号的幅度小于信号幅度设定阈值，脉冲下降沿到来，保存计数器数值得到脉冲高信号时间并继续计数，检测到下一个脉冲上升沿时保存计数值并复位计数器，得到脉冲信号的周期时间；
S2：AD模块将脉冲信号的信息转化成电数字信息后传输给数据处理模块，数据处理模块将电数字信息中的负数进行绝对值转换，然后查找所有电数字信息中的最大值，同时计算平均值后再计算出空间时域峰平比，并将空间时域峰平比与预先测得的空间时域峰平比固定阈值进行比较，若空间时域峰平比大于空间时域峰平比固定阈值，则判断脉冲信号为脉冲干扰；
S3：数据处理模块将所有的平均值进行累加后再计算平均值，得到累加平均值，再将累加平均值与累加平均值设定阈值进行比较，若累加平均值超出累加平均值设定阈值，则判断脉冲干扰为高信号状态；
S4：数据处理模块计算出脉冲干扰占空比，并判断是否为接收机能够处理的脉冲干扰，若判断为接收机能够处理的脉冲干扰，则不进行处理，若判断为接收机不能够处理的脉冲干扰，则对脉冲干扰进行抗干扰处理。
进一步，步骤S4中抗干扰处理包括如下步骤：
S41：构造拉格朗日函数为式（1）：
（1）；
其中：表示线性约束的代价，/>表示待求的权矢量，/>表示矩阵的共轭转置，/>表示输入信号协方差矩阵，/>表示拉格朗日系数，/>表示期望信号的导向矢量；
S42：通过式（2）对输入信号协方差矩阵进行估计，并进行求逆运算，计算输入信号协方差矩阵的逆矩阵/>；
（2）；
其中：表示快拍数，/>表示阵列输入信号，/>表示离散采样时间；
S43：对式（1）进行求导得到式（3），将步骤S42的计算结果代入式（3），计算自适应权矢量：
（3）；
其中：表示自适应权矢量，/>表示输入信号协方差矩阵的逆矩阵；
S44：根据式（4）计算阵列输出功率，并根据计算的阵列输出功率/>对脉冲干扰进行抗干扰处理，使脉冲信号在干扰方向上产生零陷：
（4）；
其中：表示期望计算函数，/>表示阵列输出信号，/>表示输出功率最小时待求的权矢量。
进一步，步骤S42中按照如下步骤计算输入信号协方差矩阵的逆矩阵：
S421：将输入信号协方差矩阵进行LU分解，得到上三角矩阵U及下三角矩阵L；
S422：对分解后的上三角矩阵U及下三角矩阵L分别进行求逆，得到L的逆矩阵和U的逆矩阵；
S423：将L的逆矩阵和U的逆矩阵相乘，得到输入信号协方差矩阵的逆矩阵。
优化的，步骤S3中累加平均值设定阈值的上限为平均值的3/2，累加平均值设定阈值的下限为平均值的1/2。
一种基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别系统，用以执行上述任一项所述的基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别方法，其包括抗干扰检测模块、计数器、AD模块及数据处理模块，抗干扰检测模块的输出端与AD模块的输入端连接，抗干扰检测模块的计数端与计数器的输入端连接，AD模块的输出端及计数器的输出端分别与数据处理模块的输入端连接，所述数据处理模块依次包括绝对值计算模块、时域最大值计算模块、平均值计算模块、空间时域峰平比计算模块、时域平均值累加模块、脉冲干扰占空比计算模块及脉冲干扰处理模块。
发明的有益效果：
1.通过对信号的幅度进行检测，首先判断是否存在脉冲信号，再通过空间时域峰平比的计算判断脉冲信号是否为脉冲干扰，再判断脉冲干扰是否为高信号状态，然后计算出脉冲干扰占空比，并判断是否为接收机能够处理的脉冲干扰，若判断为接收机不能够处理的脉冲干扰，则对脉冲干扰进行抗干扰处理后再将信息传输给接收机，从而提高舰船等卫星导航的定位精度；
2.对脉冲干扰检测识别的准确度比较高，检测识别及处理的速度也比较快，处理后能够满足舰船等卫星导航的定位精度要求。
附图说明
图1是本发明流程示意图。
图2是本发明脉冲干扰占空比与跟踪信号的载噪比CN0的对应关系曲线。
图3是本发明系统结构示意图。
具体实施方式
一种基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别方法，可以概括为如下步骤：抗干扰检测模块持续检测信号的幅度，若检测到脉冲信号，计数器记录脉冲信号的周期时间并进行下一步；AD模块将脉冲信号转化后传输给数据处理模块，数据处理模块判断脉冲信号是否为脉冲干扰，若为脉冲干扰则进行下一步；数据处理模块判断脉冲干扰是否为高信号状态，若为高信号状态则进行下一步；计算出脉冲干扰占空比，若判断为接收机能够处理的脉冲干扰，不处理直接将信号传给接收机，若判断为接收机不能够处理的脉冲干扰，则进行抗干扰处理后再传输给接收机，如流程图如图1所示，具体实施方式如下：
S1：抗干扰检测模块持续检测信号的幅度，并将其与信号幅度设定阈值进行比较，当检测到信号的幅度大于信号幅度设定阈值时，脉冲上升沿到来，计数器开始计数，直至信号的幅度小于信号幅度设定阈值，脉冲下降沿到来，保存计数器数值得到脉冲高信号时间并继续计数，检测到下一个脉冲上升沿时保存计数值并复位计数器，得到脉冲信号的周期时间；当检测到脉冲信号后才进行下一步骤的数据处理，否则不进行下一步的数据处理；
S2：AD模块将脉冲信号的信息转化成电数字信息后传输给数据处理模块，数据处理模块将电数字信息中的负数进行绝对值转换，然后查找所有电数字信息中的最大值，同时计算平均值后再计算出空间时域峰平比，并将空间时域峰平比与预先测得的空间时域峰平比固定阈值进行比较，若空间时域峰平比大于空间时域峰平比固定阈值，则判断脉冲信号为脉冲干扰；判断为脉冲信号后数据处理模块才进行后续的计算，判断脉冲干扰是否为高信号状态；
由于脉冲干扰是一种突发性或周期性的干扰，其特点是在时域瞬间形成很强的脉冲，在频域形成很宽的频谱，因此，根据脉冲干扰的时域特性，提取特征参数空间时域峰平比，可以将脉冲干扰信号从宽带干扰中区分出来；空间时域峰平比等于信号的最大值除以信号的平均值，如果信号是负值则最大值取绝对值最大值。
S3：数据处理模块将所有的平均值进行累加后再计算平均值，得到累加平均值，这样累加平均值可以得到较平滑的数据平均值曲线，再将累加平均值与累加平均值设定阈值进行比较，可以使数据比较稳定，去除偶然性因素的影响，使后面对脉冲干扰的判断检测识别更加准确。若累加平均值超出累加平均值设定阈值，则判断脉冲干扰为高信号状态；判断脉冲干扰为高信号状态后数据处理模块才进行后续的计算，进一步判断脉冲干扰是否为接收机能够处理的脉冲干扰；
S4：数据处理模块计算出脉冲干扰占空比，并判断是否为接收机能够处理的脉冲干扰，若判断为接收机能够处理的脉冲干扰，则不进行处理，若判断为接收机不能够处理的脉冲干扰，则对脉冲干扰进行抗干扰处理后再将信息传输给接收机。
脉冲干扰主要考验接收机射频电路、基带处理自动增益控制AGC和重量化的性能。针对脉冲干扰，需要射频和基带处理AGC不动作或慢动作，并且基带的重量化位数不要太大。例如接收机基带处理一般使用2+2量化，靠重量化的溢出削顶作用限制干扰的影响。
针对当前基带处理电路水平，通过仿真计算可以得到脉冲干扰占空比与跟踪信号的载噪比CN0的对应关系曲线，如附图2所示，由附图2可以看出，50%脉冲干扰占空比时跟踪信号载噪比CN0下降超过10dB，而对于20%的脉冲干扰占空比时跟踪信号载噪比CN0下降大约为5dB。由此可见，脉冲干扰占空比越大对跟踪信号载噪比CN0影响越大，20%以下脉冲干扰占空比对跟踪信号载噪比的影响很小，属于接收机能够处理的脉冲干扰范围，因此本系统可以不对其进行处理也不会影响导航系统的定位精度。
对于脉冲干扰占空比较大的脉冲干扰信号必须进行处理以后才能传输给接收机，否则将会对导航系统的定位精度产生较大影响，对于占空比大于等于20%的干扰信号则先进行抗干扰处理后再将接收的信息传输给接收机，就可以保证导航系统的定位精度，并且这样也可以进一步提高检测识别的速度。
本发明提供的方法，通过对信号的幅度进行检测，首先判断是否存在脉冲信号，再通过空间时域峰平比的计算判断脉冲信号是否为脉冲干扰，再判断脉冲干扰是否为高信号状态，然后计算出脉冲干扰占空比，并判断是否为接收机能够处理的脉冲干扰，若判断为接收机不能够处理的脉冲干扰，则对脉冲干扰进行抗干扰处理后再将信息传输给接收机，这种方式能够将脉冲干扰信号从宽带干扰中准确区分出来，并且通过多重判断，使结果更加准确，最终不仅能够提高舰船等卫星导航的定位精度，而且整个检测、识别、处理的过程速度比较快。
进一步，步骤S4中抗干扰处理包括如下步骤：
S41：构造拉格朗日函数为式（1）：
（1）；
其中：表示线性约束的代价，/>表示待求的权矢量，/>表示矩阵的共轭转置，/>表示输入信号协方差矩阵，/>表示拉格朗日系数，/>表示期望信号的导向矢量；
S42：通过式（2）对输入信号协方差矩阵进行估计，并进行求逆运算，计算输入信号协方差矩阵的逆矩阵/>；
（2）；
其中：表示快拍数，/>表示阵列输入信号，/>表示离散采样时间；
S43：对式（1）进行求导得到式（3），将步骤S42的计算结果代入式（3），计算自适应权矢量：
（3）；
其中：表示自适应权矢量，/>表示输入信号协方差矩阵的逆矩阵；
S44：根据式（4）计算阵列输出功率，并根据计算的阵列输出功率/>对脉冲干扰进行抗干扰处理，使脉冲信号在干扰方向上产生零陷：
（4）；
其中：表示期望计算函数，/>表示阵列输出信号，/>表示输出功率最小时待求的权矢量。
通过上述抗干扰处理方法对干扰脉冲进行处理以后，能够使接收机接收的信号在干扰方向上产生零陷，达到抑制干扰，提高输出载噪比的目的，进而保证导航系统的定位精度。
进一步，步骤S42中按照如下步骤计算输入信号协方差矩阵的逆矩阵：
S421：将输入信号协方差矩阵进行LU分解，得到上三角矩阵U及下三角矩阵L；
S422：对分解后的上三角矩阵U及下三角矩阵L分别进行迭代求逆，得到L的逆矩阵和U的逆矩阵；
S423：将L的逆矩阵和U的逆矩阵相乘，得到输入信号协方差矩阵的逆矩阵。
矩阵求逆是一个迭代的过程，依次循环求出整个逆矩阵，其中上三角矩阵U的循环迭代是按行顺序、列倒序的方式进行，下三角矩阵L的循环迭代是按列顺序、行顺序进行，直到计算出整个矩阵的所有结果为止。
优化的，步骤S3中累加平均值设定阈值的上限为平均值的3/2，累加平均值设定阈值的下限为平均值的1/2，累加平均值设定阈值这样设置更加合理，去除了偶然因素的影响，进一步使判断检测识别结果更加准确。
一种基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别系统，具体系统结构示意图如图3所示，用以执行上述任一项所述的基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别方法，其包括抗干扰检测模块、计数器、AD模块及数据处理模块，抗干扰检测模块的输出端与AD模块的输入端连接，抗干扰检测模块的计数端与计数器的输入端连接，AD模块的输出端及计数器的输出端分别与数据处理模块的输入端连接，所述数据处理模块依次包括绝对值计算模块、时域最大值计算模块、平均值计算模块、空间时域峰平比计算模块、时域平均值累加模块、脉冲干扰占空比计算模块及脉冲干扰处理模块。
其中抗干扰检测模块用于对脉冲信号的持续检测，计数器用于记录脉冲信号的周期时间，AD模块用于将脉冲信号转化成数据处理模块能够识别的电数字信号，数据处理模块用于对脉冲干扰的一系列识别、判断及处理。其中数据处理模块中的绝对值计算模块用于将脉冲信号的负值进行绝对值运算转化成正值，时域最大值计算模块用于将绝对值转化后的所有脉冲信号进行比较，找出其中的最大值，以用于后面的空间时域峰平比的计算，平均值计算模块用于将绝对值转化后的所有脉冲信号的值求取平均值，空间时域峰平比计算模块用于空间时域峰平比的计算，时域平均值累加模块用于将所有的平均值累加后再求取平均值，即求取累加平均值，脉冲干扰占空比计算模块用于脉冲干扰占空比的计算，脉冲干扰处理模块用于对脉冲干扰进行处理。
基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别系统，能够执行基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别方法，达到相应的检测、识别、处理的效果。
综上所述，本发明提供基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别方法及系统，
能够将脉冲干扰信号从宽带干扰中区分出来，并且通过多重判断，使结果更加准确，最终不仅能够提高舰船等卫星导航的定位精度，而且整个检测、识别、处理的过程速度比较快。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：抗干扰检测模块持续检测信号的幅度，并将其与信号幅度设定阈值进行比较，当检测到信号的幅度大于信号幅度设定阈值时，脉冲上升沿到来，计数器开始计数，直至信号的幅度小于信号幅度设定阈值，脉冲下降沿到来，保存计数器数值得到脉冲高信号时间并继续计数，检测到下一个脉冲上升沿时保存计数值并复位计数器，得到脉冲信号的周期时间；
S2：AD模块将脉冲信号的信息转化成电数字信息后传输给数据处理模块，数据处理模块将电数字信息中的负数进行绝对值转换，然后查找所有电数字信息中的最大值，同时计算平均值后再计算出空间时域峰平比，并将空间时域峰平比与预先测得的空间时域峰平比固定阈值进行比较，若空间时域峰平比大于空间时域峰平比固定阈值，则判断脉冲信号为脉冲干扰；
S3：数据处理模块将所有的平均值进行累加后再计算平均值，得到累加平均值，再将累加平均值与累加平均值设定阈值进行比较，若累加平均值超出累加平均值设定阈值，则判断脉冲干扰为高信号状态；
S4：数据处理模块计算出脉冲干扰占空比，并判断是否为接收机能够处理的脉冲干扰，若判断为接收机能够处理的脉冲干扰，则不进行处理，若判断为接收机不能够处理的脉冲干扰，则对脉冲干扰进行抗干扰处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别方法，其特征在于，步骤S4中抗干扰处理包括如下步骤：
S41：构造拉格朗日函数为式（1）：
（1）；
其中：表示线性约束的代价，/>表示待求的权矢量，/>表示矩阵的共轭转置，/>表示输入信号协方差矩阵，/>表示拉格朗日系数，/>表示期望信号的导向矢量；
S42：通过式（2）对输入信号协方差矩阵进行估计，并进行求逆运算，计算输入信号协方差矩阵的逆矩阵/>；
（2）；
其中：表示快拍数，/>表示阵列输入信号，/>表示离散采样时间；
S43：对式（1）进行求导得到式（3），将步骤S42的计算结果代入式（3），计算自适应权矢量：
（3）；
其中：表示自适应权矢量，/>表示输入信号协方差矩阵的逆矩阵；
S44：根据式（4）计算阵列输出功率，并根据计算的阵列输出功率/>对脉冲干扰进行抗干扰处理，使脉冲信号在干扰方向上产生零陷：
（4）；
其中：表示期望计算函数，/>表示阵列输出信号，/>表示输出功率最小时待求的权矢量。
3.根据权利要求2所述的一种基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别方法，其特征在于，步骤S42中按照如下步骤计算输入信号协方差矩阵的逆矩阵：
S421：将输入信号协方差矩阵进行LU分解，得到上三角矩阵U及下三角矩阵L；
S422：对分解后的上三角矩阵U及下三角矩阵L分别进行求逆，得到L的逆矩阵和U的逆矩阵；
S423：将L的逆矩阵和U的逆矩阵相乘，得到输入信号协方差矩阵的逆矩阵。
4.根据权利要求1所述的一种基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别方法，其特征在于，步骤S3中累加平均值设定阈值的上限为平均值的3/2，累加平均值设定阈值的下限为平均值的1/2。
5.一种基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别系统，其特征在于，用以执行如权利要求1-4任一项所述的基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别方法，其包括抗干扰检测模块、计数器、AD模块及数据处理模块，抗干扰检测模块的输出端与AD模块的输入端连接，抗干扰检测模块的计数端与计数器的输入端连接，AD模块的输出端及计数器的输出端分别与数据处理模块的输入端连接，所述数据处理模块依次包括绝对值计算模块、时域最大值计算模块、平均值计算模块、空间时域峰平比计算模块、时域平均值累加模块、脉冲干扰占空比计算模块及脉冲干扰处理模块。
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|---|---|---|---|---|
| CN118607420A (zh) * | 2024-05-07 | 2024-09-06 | 广州国曜科技有限公司 | 一种基于电磁发射的脉冲电源分析方法及系统 |
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