本發(fā)明涉及的是一種匹配濾波器技術(shù)，是一種適用于通信、雷達(dá)、聲吶等電子信息系統(tǒng)的信號檢測的方法。

背景技術(shù)：

在通信、雷達(dá)、聲吶等電子信息系統(tǒng)中，盡管有各種各樣的信號檢測方法，匹配濾波器仍然是最常采用的經(jīng)典檢測器，它是在帶限白噪聲干擾條件下檢測確知信號(所謂理想條件)輸出信噪比最大的最佳線性濾波器。

從匹配濾波器誕生至今，學(xué)界從未停止對它的研究，但由于匹配濾波器早已被證明是理想條件下的最佳濾波器，人們對于它的改進(jìn)多是針對特定干擾背景下的研究，然而從匹配濾波器本身的特性來改進(jìn)其性能的研究卻鮮有人問津。是否可以在理想條件下尋求到比最佳濾波器更佳的處理器呢？在線性運(yùn)算及定常濾波范圍內(nèi)，匹配濾波器無疑是最佳的，不可能找到更佳的處理器。然而跳出定常濾波器的范疇，卻有可能在自適應(yīng)領(lǐng)域?qū)で蟮奖绕ヅ錇V波器檢測能力更強(qiáng)的檢測方法。

在理想條件下，比最佳處理器更佳，這在檢測領(lǐng)域無疑是重大的挑戰(zhàn)，在主動聲吶、雷達(dá)及通信中都將有重要的應(yīng)用價(jià)值，為工程應(yīng)用提供性能更高、更可靠的檢測技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種性能更強(qiáng)，適用于通信、雷達(dá)、聲吶等電子信息系統(tǒng)的頻域自適應(yīng)匹配濾波器方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

(1)對受噪聲污染的接收信號x(t)進(jìn)行處理，得到受噪聲污染的接收信號x(t)和經(jīng)典匹配濾波器脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t)的傅里葉變換結(jié)果X(ω)和H(ω)；

(2)根據(jù)步驟(1)得到的傅里葉變換結(jié)果X(ω)和H(ω)，在頻域進(jìn)行經(jīng)典匹配濾波器處理，得到匹配濾波器頻域輸出Y(ω)；

(3)根據(jù)步驟(2)中的輸出Y(ω)，在頻域分別對其實(shí)部Re[Y(ω)]和虛部Im[Y(ω)]進(jìn)行自適應(yīng)線譜增強(qiáng)處理，得到頻域自適應(yīng)匹配濾波器的頻域輸出Y_ALE(ω)；

(4)求出步驟(3)中頻域輸出Y_ALE(ω)的傅里葉逆變換，得到頻域自適應(yīng)匹配濾波器的時(shí)域輸出結(jié)果y_ALE(τ)。

本發(fā)明還可以包括：

1、所述受噪聲污染的接收信號為帶限白色噪聲干擾條件下的除到達(dá)時(shí)間及幅度未知外確知的寬帶線性調(diào)頻信號，x(t)表示為：

x(t)＝s(t)+n(t)

其中s(t)為確知寬帶線性調(diào)頻信號，n(t)為零均值平穩(wěn)加性帶限白噪聲，t表示時(shí)間，ω表示角頻率。

2、匹配濾波器頻域輸出Y(ω)表示為：

Y(ω)＝X(ω)·H(ω)

其中H(ω)是匹配濾波器的傳輸函數(shù)，為目標(biāo)信號s(t)頻譜的復(fù)共軛，若匹配濾波器輸出信號瞬時(shí)功率信噪比峰值位置為t₀時(shí)刻，則

其中S(ω)為目標(biāo)信號s(t)的傅里葉變換。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明結(jié)合頻域自適應(yīng)線譜增強(qiáng)技術(shù)，公開了一種頻域自適應(yīng)匹配濾波器方法，使匹配濾波器的檢測性能得到了明顯改善，與經(jīng)典匹配濾波器相比，本發(fā)明方法處理增益顯著提高，檢測閾降低約5dB，接收機(jī)工作特性曲線明顯優(yōu)于匹配濾波器，從而證明了頻域自適應(yīng)匹配濾波器各個(gè)方面的性能都顯著優(yōu)于經(jīng)典匹配濾波器。因此應(yīng)用本發(fā)明的方法可以在比經(jīng)典匹配濾波器的檢測閾更低的信噪比下更可靠地工作，使得從強(qiáng)干擾背景中檢測弱目標(biāo)成為可能，從而提高探測距離。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的原理框圖；

圖2為自適應(yīng)線譜增強(qiáng)器的原理框圖；

圖3a為信噪比-10dB時(shí)采用經(jīng)典匹配濾波器的歸一化處理結(jié)果圖；圖3b為信噪比-10dB時(shí)采用本發(fā)明方法的歸一化處理結(jié)果圖；

圖4為采用經(jīng)典匹配濾波器和本發(fā)明方法的信噪比增益曲線對比圖；

圖5為虛警概率千分之一時(shí)采用經(jīng)典匹配濾波器和本發(fā)明方法的檢測概率曲線對比圖；

圖6為信噪比-16dB時(shí)采用經(jīng)典匹配濾波器和本發(fā)明方法的ROC曲線對比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

結(jié)合圖1具體說明本發(fā)明方法的實(shí)施流程：

(1)分別求出受噪聲污染的接收信號x(t)和經(jīng)典匹配濾波器脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t)的傅里葉變換X(ω)和H(ω)，接收信號x(t)為帶限白色噪聲干擾條件下的除到達(dá)時(shí)間及幅度未知外確知的寬帶線性調(diào)頻信號，x(t)可表示為：

x(t)＝s(t)+n(t)

其中s(t)為確知寬帶線性調(diào)頻信號，n(t)為零均值平穩(wěn)加性帶限白噪聲，t表示時(shí)間，ω表示角頻率；

(2)根據(jù)步驟(1)中的傅里葉變換結(jié)果X(ω)和H(ω)，在頻域進(jìn)行經(jīng)典匹配濾波器處理，得到匹配濾波器頻域輸出Y(ω)，Y(ω)的計(jì)算方法為：

Y(ω)＝X(ω)·H(ω)

其中H(ω)是匹配濾波器的傳輸函數(shù)，為目標(biāo)信號s(t)頻譜的復(fù)共軛，若匹配濾波器輸出信號瞬時(shí)功率信噪比峰值位置為t₀時(shí)刻，則

其中S(ω)為目標(biāo)信號s(t)的傅里葉變換；

(3)根據(jù)步驟(2)中的輸出Y(ω)，在頻域分別對其實(shí)部Re[Y(ω)]和虛部Im[Y(ω)]進(jìn)行自適應(yīng)線譜增強(qiáng)處理，得到頻域自適應(yīng)匹配濾波器的頻域輸出Y_ALE(ω)；

(4)求出步驟(3)中頻域輸出Y_ALE(ω)的傅里葉逆變換，得到頻域自適應(yīng)匹配濾波器的時(shí)域輸出結(jié)果y_ALE(τ)。

步驟(3)中，頻域自適應(yīng)線譜增強(qiáng)處理原理參見圖2，Δ＝mτ₀為一延遲線，τ₀為采樣周期，共延遲m個(gè)采樣周期，Δ應(yīng)使得延遲后信號中的噪聲分量和x(ω)中的互不相關(guān)，同時(shí)，Δ應(yīng)使得延遲后有用信號分量和x(ω)中的仍然相關(guān)。W(ω)為頻域自適應(yīng)線譜增強(qiáng)器的權(quán)系數(shù)矢量，采用LMS算法迭代求出，ε(ω)為估計(jì)誤差，用于調(diào)節(jié)W(ω)，使其達(dá)到最佳。

通過與經(jīng)典匹配濾波器處理效果對比，說明本發(fā)明方法所取得的有益效果。

信噪比-10dB時(shí)采用經(jīng)典匹配濾波器和本發(fā)明方法的歸一化處理結(jié)果圖如圖3a-圖3b所示，從圖3a-圖3b的對比中可以看出采用本發(fā)明方法處理后的輸出信噪比明顯高于匹配濾波器，在輸入信噪比為-10dB時(shí)本發(fā)明方法與匹配濾波器相比取得了更高的處理增益。

圖4為采用經(jīng)典匹配濾波器和本發(fā)明方法的信噪比增益曲線對比圖，每個(gè)輸入信噪比下樣本數(shù)為1000個(gè)，取輸出信噪比均值與輸入信噪比的差值為系統(tǒng)增益。圖示輸入信噪比范圍內(nèi)，本發(fā)明方法的系統(tǒng)增益曲線顯著高于經(jīng)典匹配濾波器。

圖5為虛警概率千分之一時(shí)采用經(jīng)典匹配濾波器和本發(fā)明方法的檢測概率曲線對比圖，從圖中結(jié)果可知，在要求檢測概率一定的情況下，本發(fā)明方法的檢測閾比匹配濾波器降低約5dB，因此可以在信噪比更低的條件下工作。在一定背景干擾下，本發(fā)明方法成功檢測信號的能力比經(jīng)典匹配濾波器更強(qiáng)。

圖6為信噪比-16dB時(shí)采用經(jīng)典匹配濾波器和本發(fā)明方法的ROC曲線對比圖，從圖中可以看出，本發(fā)明方法的ROC曲線明顯優(yōu)于經(jīng)典匹配濾波器。

本發(fā)明結(jié)合頻域自適應(yīng)線譜增強(qiáng)技術(shù)，公開了一種頻域自適應(yīng)匹配濾波器方法，使經(jīng)典匹配濾波器的各項(xiàng)檢測性能得到了明顯改善，應(yīng)用本發(fā)明的方法可以在比經(jīng)典匹配濾波器的檢測閾更低的信噪比下更可靠地工作，并且本發(fā)明方法算法簡單，容易實(shí)現(xiàn)，有望廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、聲吶等電子信息系統(tǒng)的信號檢測領(lǐng)域。