亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        一種基于抽取LMS的距離旁瓣抑制方法*

        2022-09-28 07:25:40魯振興管吉興唐程遠(yuǎn)洪永彬
        電訊技術(shù) 2022年9期
        關(guān)鍵詞:信號方法

        魯振興,管吉興,唐程遠(yuǎn),張 焱,洪永彬,尹 偉

        (1.中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所,石家莊 050081; 2.中國人民解放軍32380部隊,北京 100072)

        0 引 言

        噪聲雷達(dá)作為現(xiàn)代雷達(dá)中一個新的研究領(lǐng)域,由于具有優(yōu)異的低截獲概率特性、抗干擾特性[1-2],以及在目標(biāo)參數(shù)測量方面的良好性能(如無距離、速度模糊),近十幾年來得到了快速的發(fā)展[3-4]。

        在噪聲雷達(dá)的相關(guān)處理中,旁瓣的抑制性能受限于處理時長與信號帶寬之積,在積累增益有限的情況下會產(chǎn)生弱目標(biāo)被發(fā)射信號泄漏、雜波以及強(qiáng)目標(biāo)的旁瓣所淹沒的現(xiàn)象。降低信號旁瓣最直接的方法是增大相關(guān)處理的時間,此時積累時間內(nèi)目標(biāo)的距離走動必須要考慮。然而,受波束駐留時間以及目標(biāo)雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section,RCS)起伏等因素的影響,相關(guān)處理時間不可能任意增大。為了在有限的處理時間之內(nèi)盡量降低信號旁瓣,需要考慮一些非傳統(tǒng)的處理方式,如CLEAN方法[5]、自適應(yīng)脈沖壓縮[6]、最小均方(Least Mean Square,LMS)自適應(yīng)算法等[7]。

        2004年,Rigling[8]將LMS類型的算法用于噪聲雷達(dá)距離旁瓣抑制。直到2012年,Meller等[7]才對該類方法進(jìn)行了較為詳細(xì)地描述。但是,Meller的方法是基于白噪聲假設(shè)的。實(shí)際系統(tǒng)中,為減小信號峰值損失,可能會以明顯大于信號帶寬的速率進(jìn)行采樣[9],從而使得相鄰采樣點(diǎn)之間存在很大的相關(guān)性。此時,LMS算法的收斂速度會很慢,權(quán)系數(shù)在處理片段內(nèi)可能無法收斂。雖然聯(lián)合過程估計方法可以提高算法的收斂速度,但是從回歸系數(shù)到距離單元的轉(zhuǎn)換需要進(jìn)行矩陣乘積[10],其運(yùn)算量仍然很大。

        本文給出一種基于抽取LMS的距離旁瓣抑制方法,通過多個LMS濾波器并行處理,快速收斂獲得低副瓣距離壓縮結(jié)果。

        1 LMS距離旁瓣抑制原理

        假設(shè)噪聲雷達(dá)回波信號中包含P個目標(biāo),其中第i個目標(biāo)的延遲為ni,那么接收信號可以表示為

        式中:ai為第i個目標(biāo)回波信號的復(fù)幅度,Sr(n)為發(fā)射參考信號,S0(n)為接收機(jī)噪聲信號。

        因?yàn)槟繕?biāo)回波可以看作Sr(n)經(jīng)過一個線性濾波器之后的結(jié)果,所以可以設(shè)計一個濾波器,用參考信號經(jīng)該濾波器后的輸出來模擬目標(biāo)回波信號,濾波器的系數(shù)就可以作為回波信號的距離壓縮結(jié)果。

        (1)

        濾波器系數(shù)α0可以采用維納濾波算法進(jìn)行估計,但是該方法需要進(jìn)行矩陣求逆,運(yùn)算量很大,尤其是濾波器階數(shù)較高時。為減小計算量,濾波器系數(shù)可以通過自適應(yīng)的方式進(jìn)行調(diào)整,如圖1所示。實(shí)際中,由于目標(biāo)回波存在一定的多普勒頻率,自適應(yīng)濾波可以適應(yīng)目標(biāo)多普勒頻率的帶來的系數(shù)變化。

        圖1 自適應(yīng)LMS濾波器結(jié)構(gòu)

        LMS算法是一種簡單的隨機(jī)梯度自適應(yīng)濾波算法。它不需要進(jìn)行相關(guān)函數(shù)的計算,也不需要矩陣求逆,僅僅利用瞬時梯度對權(quán)向量進(jìn)行調(diào)整。

        假設(shè)在n時刻濾波器的權(quán)向量為α(n),那么對梯度▽J(n)的瞬時估計為

        (2)

        LMS算法對加權(quán)向量的調(diào)整方法為

        α(n)+μSr(n)e*(n) 。

        (3)

        式中:μ為迭代步長。在算法初始時刻濾波器系數(shù)α(0)可以設(shè)置為某些先驗(yàn)值也可以設(shè)置為0。

        根據(jù)Butterweck的理論[10],為保證LMS算法穩(wěn)定,迭代步長μ的選取應(yīng)該滿足

        (4)

        式中:Smax為參考信號功率譜的最大值。

        2 基于抽取LMS的距離旁瓣抑制方法

        當(dāng)參考信號為白噪聲時,LMS算法可以具有很快的收斂速度,在處理時間內(nèi)可以達(dá)到收斂狀態(tài),然而,在雷達(dá)系統(tǒng)中,通常會以明顯大于信號帶寬的速率進(jìn)行采樣[9],相鄰采樣點(diǎn)之間存在很大的相關(guān)性。此時,LMS算法的收斂速度會很慢,濾波器系數(shù)在處理時間內(nèi)無法收斂。因此,本文提出一種基于抽取LMS的距離旁瓣抑制方法。

        對參考信號進(jìn)行D倍抽取,使得抽取之后的采樣頻率近似等于信號帶寬,這樣參考信號的相鄰采樣點(diǎn)之間可以認(rèn)為不相關(guān)。抽取之后的參考信號為SD(n)=Sr(nD),以向量形式表示為

        SD(n)=[SD(n),SD(n-1),…,SD(n-KD+1)]T。

        (5)

        式中:KD為抽取后的參考向量長度(對應(yīng)抽取LMS濾波器的長度)。

        同樣,對接收信號也進(jìn)行D倍抽取,根據(jù)初始位置的不同,可以得到D個不同的信號,其中第m個信號為

        xD,m(n)=x(nD-m)。

        (6)

        式中:m=0,1,…,D-1。

        圖2 抽取LMS濾波的原理

        由于接收信號被抽取成了D個不同的信號,因此可以得到D個與圖2結(jié)構(gòu)相同的LMS濾波器。相應(yīng)地,第m個LMS濾波器的權(quán)系數(shù)更新方法為

        (7)

        式中:

        最終,得到KDD個距離單元的距離像為

        α*(n)=[α1,1(n),α2,1(n),…,αD,1(n),α1,2(n),

        α2,2(n),…,αD,KD(n)]H。

        (8)

        3 性能分析

        因?yàn)閰⒖夹盘朣D(n)的相關(guān)矩陣近似為單位陣,第m個LMS濾波器系數(shù)αm(n)的收斂過程與自然模式相同[10]。假設(shè)最優(yōu)濾波器的權(quán)系數(shù)向量為αm,那么在小步長條件下,vm(n)=αm-αm(n)的第i個元素的均方收斂過程為

        (9)

        對于單位幅度的噪聲調(diào)頻信號,λi≈E[|SD(n)|2]≈1(實(shí)際系統(tǒng)中對接收參考信號進(jìn)行濾波后信號幅度會有輕微的損失),所以,算法收斂后第i個權(quán)系數(shù)的方差為

        (10)

        假設(shè)αm中的非零值只有αm,i,那么輸出結(jié)果的峰值旁瓣比(Peak Side Lobe Ratio,PSLR)為

        (11)

        圖3 PSLR隨輸入信噪比的變化(BT=35 dB,μ=1.5×10-3)

        4 仿真分析

        4.1 距離像的仿真分析

        仿真中采用帶寬10 MHz、采樣率30 MHz的噪聲調(diào)頻信號。不過為了使抽取后的信號滿足采樣定理,使參考信號和接收信號在進(jìn)入抽取LMS濾波器之前經(jīng)過帶寬為9.8 MHz的低通濾波器,以濾除邊帶成分。算法中令抽取倍數(shù)D=3,濾波器長度KD=300,步長參數(shù)μ=1.5×10-3。

        假設(shè)兩個目標(biāo)的延遲分別為100和500個距離單元,功率比為30 dB,弱目標(biāo)信噪比為0 dB。在處理時長為300 μs的情況下,圖4給出了相關(guān)處理算法、抽取LMS算法以及LMS算法得到的距離像,其中后兩種算法的距離像初始值(迭代初值)均為0,LMS算法中濾波器長度為900,步長參數(shù)與抽取LMS算法相同。由于此時的相關(guān)處理增益僅為35 dB,弱目標(biāo)的相關(guān)峰值僅比強(qiáng)目標(biāo)的噪聲基底大5 dB,所以在圖4(a)中,弱目標(biāo)無法被檢測出。而LMS方法的收斂速度很慢,在300 μs的處理時間內(nèi)遠(yuǎn)沒有達(dá)到收斂狀態(tài),此時在圖4(c)中弱目標(biāo)也無法被檢測。在抽取LMS算法中,距離像的噪聲基底明顯降低,弱目標(biāo)可以被檢測。但是,由于之前對信號進(jìn)行了濾波處理(濾波器頻域響應(yīng)近似為矩形),算法輸出的距離像旁瓣較高。此時通過對輸出距離像進(jìn)行“頻域加窗”處理(通過時域卷積實(shí)現(xiàn))[7],可以使距離旁瓣明顯降低。通過漢寧窗處理之后,得到的距離壓縮結(jié)果如圖4(d)所示。

        (a)傳統(tǒng)相關(guān)處理

        圖5給出了當(dāng)強(qiáng)目標(biāo)的距離延遲為100.5個采樣點(diǎn)時,抽取LMS算法得到的(加窗處理后的)距離壓縮結(jié)果,可以看出目標(biāo)的分?jǐn)?shù)延遲對算法性能并沒有太大影響。

        圖5 分?jǐn)?shù)延遲情況下抽取LMS算法得到的距離壓縮結(jié)果

        4.2 弱目標(biāo)檢測概率的仿真分析

        假設(shè)強(qiáng)目標(biāo)和弱目標(biāo)的幅度分別為a1和a2,延遲分別為τ1和τ2(仍假設(shè)τ2=500Δt)。在不同信噪比及強(qiáng)目標(biāo)延遲情況下,圖6 給出了小目標(biāo)檢測概率隨兩目標(biāo)回波功率比的變化,其中檢測門限按照虛警概率Pfa=1.2×10-4進(jìn)行設(shè)置。由圖6也可以看出,當(dāng)信噪比較大時,抽取LMS算法的性能要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)相關(guān)處理方法;而在0 dB信噪比下,抽取LMS算法與相關(guān)處理方法性能基本相同。圖6中抽取LMS算法相對于相關(guān)處理方法的性能改善大小與圖3給出的理論結(jié)果基本一致。另外,可以看出目標(biāo)的分?jǐn)?shù)延遲對算法性能的影響很小。

        (a)SNR1=20 dB,τ1=100Δt

        4.3 峰值旁瓣比隨輸入信噪比的變化

        假設(shè)回波中僅存在一個目標(biāo),目標(biāo)位于第50個距離單元,步長μ=3×10-3,其他參數(shù)不變,此時通過仿真得到峰值旁瓣比隨目標(biāo)信噪比的變化如圖7所示??梢钥闯?,該方法得到的峰值旁瓣比隨輸入信噪比的提高而增大,并且仿真結(jié)果與理論分析一致。

        圖7 抽取LMS算法PSLR隨信噪比的變化(μ=3×10-3)

        5 結(jié) 論

        本文針對噪聲雷達(dá)回波信號相關(guān)處理中存在的距離旁瓣較高的問題,提出了一種基于抽取LMS的距離旁瓣抑制方法,通過多組抽取LMS濾波器計算距離壓縮結(jié)果。對算法的性能進(jìn)行了理論分析,得到的PSLR正比于輸入信噪比,而不受信號時寬帶寬積的限制。通過數(shù)字仿真對算法的性能進(jìn)行了驗(yàn)證,與傳統(tǒng)的相關(guān)處理方法相比,所提方法可以明顯提高距離旁瓣抑制能力,并且PSLR與理論分析一致。

        猜你喜歡
        信號方法
        信號
        鴨綠江(2021年35期)2021-04-19 12:24:18
        完形填空二則
        學(xué)習(xí)方法
        孩子停止長個的信號
        可能是方法不對
        用對方法才能瘦
        Coco薇(2016年2期)2016-03-22 02:42:52
        基于LabVIEW的力加載信號采集與PID控制
        一種基于極大似然估計的信號盲抽取算法
        四大方法 教你不再“坐以待病”!
        Coco薇(2015年1期)2015-08-13 02:47:34
        賺錢方法
        一区二区黄色素人黄色| 欧美大屁股xxxxhd黑色| 内射交换多p国产| 国产亚洲精品hd网站| 亚洲精品中文字幕熟女| 亚洲欧洲av综合色无码| 九九精品国产亚洲av日韩| 亚洲免费不卡| 国产一区二区毛片视频| av免费播放网站在线| 97夜夜澡人人双人人人喊| 亚洲三级黄色| 中文字幕人妻一区色偷久久| 男人的天堂一区二av| 国产精品福利自产拍在线观看| 高清国产日韩欧美| 日韩精品av在线一区二区| 成人性生交大片免费入口| 无码精品久久久久久人妻中字| 久久精品国产热| 久久精品国产亚洲不卡| 国产精品视频永久免费播放| 亚洲乱码av中文一区二区| 国产一级淫片免费大片| 久久99精品久久只有精品| 337p日本欧洲亚洲大胆| 极品熟妇大蝴蝶20p| 女优免费中文字幕在线| 亚洲一区二区三区高清在线| 少妇性饥渴bbbbb搡bbbb| 亚洲V在线激情| 国产伦奸在线播放免费| 国产a√无码专区亚洲av| av大片在线无码免费| 亚洲区1区3区4区中文字幕码| 日本一区二区三区免费精品| 欧洲极品少妇| 午夜无码无遮挡在线视频| 中美日韩在线一区黄色大片| 国产精品狼人久久久久影院| 亚洲国产另类久久久精品小说|