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基于子空间的宽带短波探测系统窄带干扰抑制技术研究

刘松  
【摘要】:宽带短波探测系统在电离层参数获取和短波信道特性研究中发挥着重要作用。但短波信道窄带干扰密集,严重影响了探测信号的捕获与信道参数的精确提取。系统复杂度与短波信道特性又限制了探测系统处理增益的提高,系统自身抗干扰能力受限。因此采取窄带干扰抑制技术来提高接收探测信号质量,对于增强探测效果具有重要意义。 结合短波电离层信道特性,论文首先介绍了宽带短波探测系统工作原理与探测序列特性,着重分析了接收基带探测信号模型与窄带干扰模型。并由子空间角度得出了窄带干扰能量集中于一个低秩子空间内的结论,为后续抑制算法研究提供了理论依据。经干扰模型仿真与实测干扰比对,验证了干扰模型能够较好地模拟出实际窄带干扰在能量分布与频带占用等方面的特征,为后续算法研究提供了合理的仿真环境。 针对Hankel矩阵奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD)干扰抑制算法导致的探测信号失真问题,论文提出了一种改进的低失真干扰抑制算法;并结合探测系统信号与窄带干扰实际特点,提出了一种基于能量分布的干扰维数估计算法。该抑制算法由探测信号加噪声子空间中估计有用功率,通过保留干扰分量中的有用功率达到低失真抑制效果。此外,考虑数据处理的实时需要,依据探测系统基带信号频谱对称特性提出了基于自适应子空间跟踪的快速低失真干扰抑制算法,较好地解决了非对称干扰下抑制算法的信号失真问题。 依据干扰规避技术基本原理,论文基于截断形式数据矩阵SVD所得分量信号的正交特性与能量聚集性质,提出了一种能够规避干扰的探测序列时域生成算法,且据此设计了改进的探测系统方案。结合变换域通信系统(Transform Domain Communication System,TDCS)基本原理,利用特征值分解算法(Eigenvalue Value Decomposition, EVD)分离窄带干扰,得到了一种能够规避干扰的探测序列变换域生成算法,并设计了相应的探测系统改进方案。仿真结果表明,两种改进后系统获得了较传统探测系统更强的抗窄带干扰能力,为保证干扰密集条件下的正常探测提供了良好的解决方案。 基于现行的宽带短波探测系统实测平台,论文最后利用实测数据分析了所提低失真抑制算法的抑制性能,从干扰类型、干扰数量及算法耗时等方面比对了各抑制算法的处理特点,给出了算法的适用场景。


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