一种数字域自干扰抑制方法与流程

本技术涉及雷达侦察，特别涉及一种数字域自干扰抑制方法。

背景技术：

1、目前无线电设备常采用半双工方式实现发送和接收，常用的半双工方式主要为频分复用(frequency division duplexing,fdd)和时分复用(time division duplexing,tdd)。为了提高资源利用率，无线电设备需要同时具备处理电子侦察、雷达探测、电子对抗、通信导航等一系列多目标任务的多功能一体化能力，这对无线电设备提出了收发同时、同频全双工等工作模式需求。同时收发技术能提升无线电设备以下性能：(1)实现雷达、通信、电子对抗同时多功能工作；(2)为全双工通信网络提供更高的吞吐量和频率效率；(3)实现侦察与干扰同时连续工作；(4)改善空间分离的不同频段孔径间的电磁兼容性。

2、无线电设备安装空间一般狭小，发射机与接收机天线安装距离较近，况且发射电平远高于接收机所需的接收电平，发射机会对接收机造成强烈的电磁干扰，这种对接收机的干扰被称为同址干扰。同址干扰很可能造成接收机阻塞，导致接收机无法正常工作。因此同时收发技术的关键是如何有效地抑制同址干扰，实现收发隔离。目前主要通过空间域、射频域和数字域对消技术来达到自干扰抑制的效果。在空间域，通过改善天线布局、增加隔离介质或开扼流槽，利用自适应波束形成调节收发天线隔离等手段增加收发阵面间的隔离度；射频域干扰对消，包括自干扰参考信号产生、时延与幅度调节和射频对消反信号合成等处理；数字域常采用自适应滤波消除残余的自干扰信号。常用的自适应滤波器有两种，分别是基于维纳滤波的最小均方误差算法(least mean-square algorithm，lms)和基于最小二乘估计的递归最小二乘算法(recursive least square algorithm,rls)。数字域自干扰抑制方法具有可编程/灵活性强的优点。rls算法的收敛性和稳定性比lms好，因此本专利选择rls算法训练滤波器系数。

3、目前自干扰抑制技术研究主要针对无线电通信领域，电子对抗领域研究较少。无线电瞬时带宽典型值一般是10-100mbps，然而雷达侦察瞬时带宽往往是无线通信所需带宽的几十倍甚至上百倍，瞬时带宽一般要求1ghz以上。

4、基于此，目前缺少针对电子对抗领域大带宽背景下的数字域自干扰抑制方法。

技术实现思路

1、本技术提供了一种数字域自干扰抑制方法，可用于解决电子对抗领域大带宽背景下的数字域自干扰抑制的技术问题。

2、本技术提供一种数字域自干扰抑制方法，方法包括：

3、训练模式和工作模式，训练模式用于完成参考通道和接收通道的同步工作；工作模式用于完成自适应滤波器的系数估计和自干扰重建对消；

4、训练模式包括以下步骤：

5、步骤11，自检源发射点频连续波，经功分器从天线后端接入接收通道和参考通道；

6、步骤12，将参考信号和接收信号进行串并转换，降低处理数据率，以适应fpga的处理速率；

7、步骤13，ad实信号正交化：分别选择1支路接收和1支路参考信号进行hilbert正交化处理，构成复信号；对两通道信号进行共轭相乘处理，通过多点累加处理求得两通道相位差；

8、步骤14，确定通道间相对时延：通过相位差计算得到接收通道和参考通道的相对延时，对参考通道数控延时，保证接收通道和参考通道同步；

9、工作模式包括以下步骤：

10、步骤21，根据实际应用场景的信道测试数据确定自适应滤波器阶数m；

11、步骤22，估计自适应滤波器系数：训练rls估计滤波器系数，将接收通道信号作为期望信号，通过对参考信号滤波，输出信号与期望信号作对比，误差值继续调节滤波器权重；

12、步骤23，通过滤波器系数对参考信号加权处理，重建自干扰信号；

13、步骤24，在各支路中接收信号减去拟合的自干扰信号，进行自干扰抑制。

14、可选的，步骤13，ad实信号正交化，包括：

15、对ad信号进行hilbert变换，然后将变换后的信号和原来的信号重组构成复信号。

16、通过fir滤波器设计hilbert变换器，设滤波器参数如下：归一化通带为[0.0937,0.9375]，通带纹波小于0.2db，通带内满足线性相位；当fir滤波器阶数31时，fir滤波器系数奇对称，群延时为15，镜像频率抑制能力接近40dbc；

17、分别选择第1路参考信号和第1路接收信号进行正交化，过程中消耗32个乘法器；

18、记hilbert滤波器系数为h，串并转换路数记为n，n为fpga处理时钟周期数，记第1路参考信号为：

19、ref1(n)＝ref(nn) (1)

20、经hilbert变换器得参考复信号的正交分量：

21、

22、参考信号的复信号时域表示为：

23、

24、记第1路接收信号为：

25、rec1(n)＝rec(nn)       (4)

26、经hilbert变换器得接收信号的正交分量：

27、

28、接收信号的复信号时域表示为：

29、

30、可选的，步骤14，确定通道间相对时延，包括：

31、记自检源载频为fc，ad采样频率为fs，接收通道自检信号幅度为av，参考信号自检信号为af，以接收通道为参考，参考通道相对延时记为τ；将接收信号和参考信号分别表示为幅相形式：

32、

33、

34、将参考信号和接收信号共轭相乘，结果记为γ(n)，相位记为φ：

35、

36、

37、采用多点累加求相位，记累积点数为l，相位平均值为

38、

39、从而得到相对延时τ：

40、

41、根据所得到的相对延时τ，对参考信号各支路进行相应的延时，保证参考通道和接收通道同步。

42、可选的，步骤21，根据实际应用场景的信道测试数据确定自适应滤波器系数阶数m：

43、多径时延分布τ和多径功率分布p的形式为：

44、τ＝[τ1 τ2 … τl]      (13)

45、p＝[p1 p2 … pl]       (14)

46、其中，τl和pl分别表示第l条路径的时延和功率；自干扰抑制比g是m，l，τ，和p的函数，表示为：

47、g＝f(m,l,τ,p)      (15)

48、通过实际应用场景的信道测试数据建立函数f；只改变阶数m，保持其他自变量不变，记录自干扰抑制比g最大的阶数m即为目标值。

49、可选的，步骤22，估计自适应滤波器系数，包括：

50、设滤波器阶数为m，记滤波器系数为w0,w1,…,wm-1，向量形式为w；

51、自适应滤波算法的目标在于参考信号通过滤波器构建的输出与期望信号的误差的平方的统计平均最小，因此，定义如下代价函数ξ(n)：

52、

53、其中，e(i)表示期望信号d(i)与滤波器输出信号y(i)之差，当代价函数ξ(n)最小时，滤波器具有最优权值；加权因子β(n,i)为遗忘因子，遗忘因子赋予当前均方误差与过去均方误差不同的权值，强化当前数据的影响，减弱历史数据的影响；遗忘因子定义如式(17)所示：

54、β(n,i)＝λn-i         (17)

55、通过rls算法估计滤波器系数，将参考信号作为观测向量u(n)，接收信号作为期望信号d(n)。

56、可选的，通过rls算法估计滤波器系数包括：

57、步骤221：初始化：其中δ是小的正数，遗忘因子λ取接近于1；

58、步骤222：对每一个n，完成如下迭代：

59、

60、

61、

62、p(n)＝λ-1p(n-1)-λ-1k(n)uh(n)p(n-1)     (21)

63、直至收敛，得到滤波器系数估计向量

64、可选的，步骤23，通过滤波器阶数对参考信号加权处理，重建自干扰信号，包括：

65、记参考通道信号为ref(n)，接收通道信号为s(n)；串并转换的支路数为n；第i支路的参考信号为：

66、refi(m)＝ref(mn+i) (22)

67、第i通道的接收信号为：

68、si(m)＝s(mn+i) (23)

69、由参考信号ref(n)得到第i通道上的自干扰重建信号

70、

71、可选的，步骤24，在各支路中接收信号减去拟合的自干扰信号，进行自干扰抑制，包括：

72、在每个接收通道中，时域接收信号si(m)减去自干扰重建信号得到时域自干扰对消后的信号δsi：

73、

74、本发明首先在训练模式下实现接收通道和参考通道同步；然后在工作模式下，通过rls重构自干扰信号，多路并行实现自干扰抑制的目的。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：针对电子对抗领域中ad高采样率背景下，提供了一种通道间同步方法，其优点是资源消耗低，易于工程实现；同时提供了易于在fpga上实现的宽带数字域自干扰抑制方法。