航线环境探测跳频信号侦收方法及装置与流程

本发明涉及一种航线环境探测跳频信号侦收方法及装置，属于水下侦收技术领域。

背景技术：

地球上百分之七十左右的面积被海洋覆盖，航海作业规模越来越大，海底探索越来越深入，因此用于水下探索的潜航器不断发展，基于海底航线环境的复杂性以及航线环境侦测以及回收乃至捕捉作业的技术需求，有必要针对电磁信号在海底中容易发生衰减的复杂环境，设计用于航线环境探测跳频信号侦收方法及侦收装置，从而解决航线环境的跳频电磁信号的有效侦收。

技术实现要素：

本发明的目的在于，克服现有技术存在的缺陷，解决上述技术问题，提出航线环境探测跳频信号侦收方法及装置。

本发明采用如下技术方案：航线环境探测跳频信号侦收方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤ss1：利用多波段接收器接收潜航器跳频电磁波信号并通过放大器进行信号放大，将潜航器跳频电磁信号进行时频变换，得到潜航器跳频电磁波信号的时频域信号，求取每个时频点上的空时频分布矩阵；

步骤ss2：获取所述空时频分布矩阵的主特征矢量，根据该主特征矢量得到所述时频域信号的无延迟导向矢量，根据所述无延迟导向矢量的相位构造所述时频域信号的延迟矢量；

步骤ss3：根据接收潜航器跳频电磁波信号的入射角度和阵元位置求取无延迟导向矢量的预设值，并结合所述时频域信号的无延迟导向矢量，将所有时频点进行分类，划分成期望信号时频点和干扰信号时频点；对期望信号时频点和干扰信号时频点分别进行单源点提取，对单源点分类得到期望信号时频点的单源点集合；

步骤ss4：利用单源点集合和所述时频域信号的延迟矢量，计算时频域信号的期望信号延迟矢量，进而求解时频域信号的期望信号导向矢量，结合根据期望信号导向矢量构造的干扰加噪声协方差矩阵，采用波束形成算法接收的潜航器跳频电磁波信号进行空域滤波。

作为一种较佳的实施例，所述步骤ss3中将所有时频点进行分类的公式如下：

；

式中，，为所述无延迟导向矢量的预设值，为潜航器跳频电磁波信号的入射角度，为阵元位置，f为频率，c为光速，m为阵元数，t表示求转置，h表示求共轭转置，为所述时频域信号的无延迟导向矢量，为设定阈值，||·||表示求范数。

作为一种较佳的实施例，所述步骤ss3中进行单源点识别和提取的公式如下：

；

式中，为所述空时频分布矩阵，为所述空时频分布矩阵的特征值，为所述空时频分布矩阵的最大特征值，m为阵元数，为设定阈值，|·|表示求绝对值。

作为一种较佳的实施例，所述步骤ss3中的所述时频域信号的单源点集合是通过k均值聚类方法对单源点分类得到的。

作为一种较佳的实施例，所述步骤ss4中进行波束形成得到潜航器跳频电磁波信号的加权系数，利用该加权系数对潜航器跳频电磁波信号进行加权，实现潜航器跳频电磁波信号的空域滤波；所述潜航器跳频电磁波信号的加权系数的计算式如下：

；

式中，wopt为无人机跳频遥控信号的加权系数，为干扰加噪声协方差矩阵，c为约束矩阵，h为响应矢量，h表示求共轭转置。

本发明还提出航线环境探测跳频信号侦收方法的侦收装置，包括时频变换模块、延迟矢量模块、时频点划分模块、空域滤波模块，所述时频变换模块的输出端与所述延迟矢量模块的输入端相连接，所述延迟矢量模块的输出端与所述时频点划分模块的输入端相连接，所述时频点划分模块的输出端与所述空域滤波模块的输入端相连接。

作为一种较佳的实施例，所述时频变换模块利用多波段接收器接收潜航器跳频电磁波信号并通过放大器进行信号放大，将潜航器跳频电磁信号进行时频变换，得到潜航器跳频电磁波信号的时频域信号，求取每个时频点上的空时频分布矩阵。

作为一种较佳的实施例，所述延迟矢量模块获取所述空时频分布矩阵的主特征矢量，根据该主特征矢量得到所述时频域信号的无延迟导向矢量，根据所述无延迟导向矢量的相位构造所述时频域信号的延迟矢量。

作为一种较佳的实施例，所述时频点划分模块根据接收潜航器跳频电磁波信号的入射角度和阵元位置求取无延迟导向矢量的预设值，并结合所述时频域信号的无延迟导向矢量，将所有时频点进行分类，划分成期望信号时频点和干扰信号时频点；对期望信号时频点和干扰信号时频点分别进行单源点提取，对单源点分类得到期望信号时频点的单源点集合。

作为一种较佳的实施例，所述空域滤波模块利用单源点集合和所述时频域信号的延迟矢量，计算时频域信号的期望信号延迟矢量，进而求解时频域信号的期望信号导向矢量，结合根据期望信号导向矢量构造的干扰加噪声协方差矩阵，采用波束形成算法接收的潜航器跳频电磁波信号进行空域滤波。

本发明所达到的有益效果：本发明针对用于水下探索的潜航器存在基于海底环境的复杂性以及航线环境侦测以及回收乃至捕捉作业的技术需求，同时有必要针对电磁信号在海底中容易发生衰减的复杂环境，设计航线环境探测跳频信号侦收方法及侦收装置，从而解决航线环境的跳频电磁信号的有效侦收的技术问题，通过采用多波段接收器对接收的潜航器跳频电磁波信号进行放大后，通过将潜航器跳频电磁信号进行时频变换，得到潜航器跳频电磁波信号的时频域信号，求取每个时频点上的空时频分布矩阵；获取所述空时频分布矩阵的主特征矢量，根据该主特征矢量得到所述时频域信号的无延迟导向矢量，根据所述无延迟导向矢量的相位构造所述时频域信号的延迟矢量；根据接收潜航器跳频电磁波信号的入射角度和阵元位置求取无延迟导向矢量的预设值，并结合所述时频域信号的无延迟导向矢量，将所有时频点进行分类，划分成期望信号时频点和干扰信号时频点；对期望信号时频点和干扰信号时频点分别进行单源点提取，对单源点分类得到期望信号时频点的单源点集合，利用单源点集合和所述时频域信号的延迟矢量，计算时频域信号的期望信号延迟矢量，进而求解时频域信号的期望信号导向矢量，结合根据期望信号导向矢量构造的干扰加噪声协方差矩阵，采用波束形成算法接收的潜航器跳频电磁波信号进行空域滤波，通过加权系数从而有效滤除潜航器的电磁信号的干扰和噪声，从整体上解决用于水下探索的潜航器存在基于海底环境的复杂性以及航线环境探测以及回收乃至捕捉作业的技术需求，同时有必要针对电磁信号在海底中容易发生衰减的复杂环境，设计航线环境探测跳频信号侦收方法及侦收装置，从而解决潜航器的跳频电磁信号的有效侦收的技术问题。

附图说明

图1是本发明的航线环境探测跳频信号侦收方法的流程图。

图2是本发明的航线环境探测跳频信号侦收装置的拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提出潜航器的跳频信号侦收方法，包括如下步骤：

步骤ss1：时频变换步骤，具体包括：利用多波段接收器接收潜航器跳频电磁波信号并通过放大器进行信号放大，将潜航器跳频电磁信号进行时频变换，得到潜航器跳频电磁波信号的时频域信号，求取每个时频点上的空时频分布矩阵；

步骤ss2：延迟矢量步骤，具体包括：获取所述空时频分布矩阵的主特征矢量，根据该主特征矢量得到所述时频域信号的无延迟导向矢量，根据所述无延迟导向矢量的相位构造所述时频域信号的延迟矢量；

步骤ss3：时频点划分步骤，具体包括：根据接收潜航器跳频电磁波信号的入射角度和阵元位置求取无延迟导向矢量的预设值，并结合所述时频域信号的无延迟导向矢量，将所有时频点进行分类，划分成期望信号时频点和干扰信号时频点；对期望信号时频点和干扰信号时频点分别进行单源点提取，对单源点分类得到期望信号时频点的单源点集合；

步骤ss4：空域滤波步骤，具体包括：利用单源点集合和所述时频域信号的延迟矢量，计算时频域信号的期望信号延迟矢量，进而求解时频域信号的期望信号导向矢量，结合根据期望信号导向矢量构造的干扰加噪声协方差矩阵，采用波束形成算法接收的潜航器跳频电磁波信号进行空域滤波。

作为一种较佳的实施例，所述步骤ss3中将所有时频点进行分类的公式如下：

；

式中，，为所述无延迟导向矢量的预设值，为潜航器跳频电磁波信号的入射角度，为阵元位置，f为频率，c为光速，m为阵元数，t表示求转置，h表示求共轭转置，为所述时频域信号的无延迟导向矢量，为设定阈值，||·||表示求范数。

作为一种较佳的实施例，所述步骤ss3中进行单源点识别和提取的公式如下：

；

式中，为所述空时频分布矩阵，为所述空时频分布矩阵的特征值，为所述空时频分布矩阵的最大特征值，m为阵元数，为设定阈值，|·|表示求绝对值。

作为一种较佳的实施例，所述步骤ss3中的所述时频域信号的单源点集合是通过k均值聚类方法对单源点分类得到的。

作为一种较佳的实施例，所述步骤ss4中进行波束形成得到潜航器跳频电磁波信号的加权系数，利用该加权系数对潜航器跳频电磁波信号进行加权，实现潜航器跳频电磁波信号的空域滤波；所述潜航器跳频电磁波信号的加权系数的计算式如下：

；

式中，wopt为无人机跳频遥控信号的加权系数，为干扰加噪声协方差矩阵，c为约束矩阵，h为响应矢量，h表示求共轭转置。

如图2所示，本发明还提出航线环境探测跳频信号侦收方法的侦收装置，包括时频变换模块、延迟矢量模块、时频点划分模块、空域滤波模块，所述时频变换模块的输出端与所述延迟矢量模块的输入端相连接，所述延迟矢量模块的输出端与所述时频点划分模块的输入端相连接，所述时频点划分模块的输出端与所述空域滤波模块的输入端相连接。

作为一种较佳的实施例，所述时频变换模块利用多波段接收器接收潜航器跳频电磁波信号并通过放大器进行信号放大，将潜航器跳频电磁信号进行时频变换，得到潜航器跳频电磁波信号的时频域信号，求取每个时频点上的空时频分布矩阵。

作为一种较佳的实施例，所述延迟矢量模块获取所述空时频分布矩阵的主特征矢量，根据该主特征矢量得到所述时频域信号的无延迟导向矢量，根据所述无延迟导向矢量的相位构造所述时频域信号的延迟矢量。

作为一种较佳的实施例，所述时频点划分模块根据接收潜航器跳频电磁波信号的入射角度和阵元位置求取无延迟导向矢量的预设值，并结合所述时频域信号的无延迟导向矢量，将所有时频点进行分类，划分成期望信号时频点和干扰信号时频点；对期望信号时频点和干扰信号时频点分别进行单源点提取，对单源点分类得到期望信号时频点的单源点集合。

作为一种较佳的实施例，所述空域滤波模块利用单源点集合和所述时频域信号的延迟矢量，计算时频域信号的期望信号延迟矢量，进而求解时频域信号的期望信号导向矢量，结合根据期望信号导向矢量构造的干扰加噪声协方差矩阵，采用波束形成算法接收的潜航器跳频电磁波信号进行空域滤波。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。