[發(fā)明專利]一種基于硬閾值判決的窄帶信號增強(qiáng)方法

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• 申請日: 2021-11-15
• 公開（公告）號: CN114063048A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉旭妍
• 申請（專利權(quán)）人: 劉旭妍
• 主分類號: G01S7/539
• 分類號: G01S7/539
• 代理公司: 北京沃知思真知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11942
• 代理人: 王妮

本發(fā)明公開了一種基于硬閾值判決的窄帶信號增強(qiáng)方法，屬于被動聲納信號檢測領(lǐng)域，包括以下步驟：步驟一、對原始采集數(shù)據(jù)進(jìn)行解相關(guān)時間延遲，作為自適應(yīng)濾波器的時域輸入；步驟二、對時域原始采集數(shù)據(jù)進(jìn)行滑動離散傅里葉變換(SDFT)，獲得頻域數(shù)據(jù)；步驟三、初始化頻域自適應(yīng)權(quán)值，將其與頻域數(shù)據(jù)相乘得到自適應(yīng)濾波器的時域輸出；步驟四、用原始采集數(shù)據(jù)減去自適應(yīng)濾波器的時域輸出，得到估計誤差；步驟五、利用迭代公式對頻域自適應(yīng)權(quán)值進(jìn)行更新，并采用硬閾值判決保留幅度較高的權(quán)值，剔除幅度較低的權(quán)值；步驟六、重復(fù)步驟一至步驟五直至收斂。能夠有效增強(qiáng)弱窄帶信號，獲得更高的信號處理增益，提升對窄帶信號的檢測能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于硬閾值判決的窄帶信號增強(qiáng)方法，屬于被動聲納信號檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

水下目標(biāo)輻射的低頻窄帶信號是被動聲納檢測和識別水下目標(biāo)所使用的重要特征之一。由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性，被動聲納通常工作在噪聲強(qiáng)度較高的環(huán)境之下，背景噪聲容易將弱窄帶信號淹沒。在被動聲納的實際工作中，需要使用一些預(yù)處理器對窄帶信號進(jìn)行增強(qiáng)，以提升信噪比，進(jìn)而提升檢測性能。常規(guī)自適應(yīng)窄帶信號增強(qiáng)器是最常用的預(yù)處理器，其利用了窄帶信號與寬帶噪聲的時間相關(guān)半徑差異，使用最小均方自適應(yīng)算法對權(quán)值進(jìn)行實時更新。然而，由于自適應(yīng)權(quán)值誤差的存在，在低信噪比條件下，常規(guī)自適應(yīng)窄帶信號增強(qiáng)方法的性能會顯著下降，嚴(yán)重限制了其應(yīng)用。因此，有必要對自適應(yīng)窄帶信號增強(qiáng)方法進(jìn)行改進(jìn)，以提升其信號處理增益，使其更加適應(yīng)被動聲納的應(yīng)用場景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，而提出的基于硬閾值判決的窄帶信號增強(qiáng)方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種基于硬閾值判決的窄帶信號增強(qiáng)方法，所述窄帶信號增強(qiáng)方法，包括以下步驟：

步驟一、對原始采集數(shù)據(jù)進(jìn)行解相關(guān)時間延遲，作為自適應(yīng)濾波器的時域輸入；

步驟二、對時域原始采集數(shù)據(jù)進(jìn)行滑動離散傅里葉變換(SDFT)，獲得頻域數(shù)據(jù)；

步驟三、初始化頻域自適應(yīng)權(quán)值，將其與頻域數(shù)據(jù)相乘得到自適應(yīng)濾波器的時域輸出；

步驟四、用原始采集數(shù)據(jù)減去自適應(yīng)濾波器的時域輸出，得到估計誤差；

步驟五、利用迭代公式對頻域自適應(yīng)權(quán)值進(jìn)行更新，并采用硬閾值判決保留幅度較高的權(quán)值，剔除幅度較低的權(quán)值；

步驟六、重復(fù)步驟一至步驟五直至收斂。

進(jìn)一步的，用于步驟一中，對原始采集數(shù)據(jù)進(jìn)行解相關(guān)時間延遲，作為自適應(yīng)濾波器的時域輸入，其計算方式為：

x(n-Δ)＝[x(n-Δ)，x(n-Δ-1)，…，x(n-Δ-N+1)]^T

其中，x(n)，n＝1，2，…表示系統(tǒng)時域采集數(shù)據(jù)，N表示設(shè)置的自適應(yīng)濾波器階數(shù)，Δ表示解相關(guān)延遲時間，(.)^T表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算。

進(jìn)一步的，用于步驟二中，對時域原始采集數(shù)據(jù)進(jìn)行滑動離散傅里葉變換(SDFT)，獲得頻域數(shù)據(jù)，其計算方式為：

X_i(n-Δ)＝[X_i(n-1-Δ)-x(n-N-Δ)+x(n-Δ)]e^j2πi/N，i＝0，…，N-1

其中，X_i(n-Δ)表示該時刻的頻域數(shù)據(jù)，X_i(n-1-Δ)表示上一時刻的頻域數(shù)據(jù)，x(n-Δ表示該時刻的時域輸入數(shù)據(jù)，x(n-N-Δ表示比該時刻早N個時刻的時域輸入數(shù)據(jù)，e^j2si/N表示指數(shù)項。

進(jìn)一步的，用于步驟三中，初始化頻域自適應(yīng)權(quán)值，將其與頻域數(shù)據(jù)相乘得到自適應(yīng)濾波器的時域輸出，其計算方式為：