[发明专利]一种脉冲信号频域自适应滤波包络提取方法

说明书

本发明公开了一种脉冲信号频域自适应滤波包络提取方法，该方法包括如下步骤：第一步：获取待处理脉冲信号的采样数据序列；第二步：计算采样数据序列功率谱；第三步：迭代平滑和滤波器带宽参数初始化；第四步：对功率谱进行迭代平滑处理得到平滑功率谱；第五步：提取功率谱主瓣特征参数；第六步：生成自适应滤波参数；第七步：频域自适应滤波；第八步：提取脉冲信号包络。本发明的提取方法通过对脉冲信号主瓣特征的实时提取生成自适应滤波参数，对脉冲信号进行自适应滤波，可在非合作条件下，实现与脉冲信号类型和频率相匹配的包络提取方法，运算量小，实用性强，适合对信号进行实时处理。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，尤其涉及一种脉冲信号频域自适应滤波包络提取方法。

背景技术

信号包络是表征脉冲信号时域特征的重要参数，准确提取脉冲信号包络可为进一步精确估计脉冲信号的到达时间和脉冲宽度提供基础，并可利用两路脉冲信号包络的时延差估计信号的来波方向，在声纳、雷达以及电子战等领域具有重要的理论和应用价值，尤其在雷达和声纳信号处理中所占的地位更为突出。

常用的信号包络提取方法主要有四类，分别为：(1)希尔伯特(Hilbert)变换法；(2)小波变换法；(3)改进的Hilbert变换法，如基于经验模式分解的Hilbert变换(或称为基于希尔伯特—黄变换)的包络提取法，基于盲源提取的Hilbert变换法；(4)基于数学形态学处理的包络提取法。其中Hilbert变换法首先将原始信号转变为复解析信号，然后取复解析信号的模值作为信号的包络，该方法以FFT为基础，实现简单，运算量小，高信噪比下包络提取效果好，但该方法是在整个频率区间上进行的，抑制噪声的能力差，且这种方法对窄带载波信号的包络提取是很有用的，但对于时变的宽带信号，Hilbert变换法不可避免的存在两个缺点：①将信号中的高频成分同时提取出来，从而产生不光滑的毛刺；②不具备自适应分析能力。

小波变换法首先对信号进行小波变换得到解析信号，小波变换相当于利用一系列的带通滤波器对信号进行多通带滤波，因此得的解析信号是经过带通滤波的，由于得到的解析信号的实部和虚部正交，再取解析信号的模值即可获得信号的包络。与Hilbert变换法相比，该方法提取出的包络更为理想，但该方法的难点在于小波变换尺度的选择，尺度选取的合适可以使带通滤波器覆盖频带与信号频率相匹配，包络提取效果好；尺度选取不合适使得带通滤波器覆盖频带与信号频率失配，包络提取效果急剧变差，而尺度的选取很大程度上取决于使用者的经验，通用性差。改进的Hilbert变换法首先是利用某一特定的预处理方法对信号进行滤波去噪处理，然后进一步利用Hilbert变换提取包络，如前述的经验模式分解和盲源提取等，这类方法可提高Hilbert变换法噪声抑制能力，但当前常见的改进方法，实现复杂，且对不同的信号通用性差。基于数学形态学的处理方法，首先利用形态学滤波对信号进行预处理，然后利用形态学闭运算提取信号包络，最后应用形态学开运算来消除噪声包络，这种方法的关键是选取合适的结构元素，而对多类型的脉冲信号，很难找到一个适合各种不同信号的结构元素。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题与不足，本发明提供一种脉冲信号频域自适应滤波包络提取方法，以满足雷达和声纳信号处理的需求。并且，该方法与现有Hilbert变换包络提取法的运算量相当，但相较Hilbert变换法，具有更好的噪声抑制能力和自适应能力，原理清晰，实现简单，工程适用性强。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种脉冲信号频域自适应滤波包络提取方法，包括如下步骤：

(1)获取待处理的脉冲信号采样数据序列：从传感器接收N个采样点的实时采集数据作为待处理的数据序列x(n),n＝0,1,…,N-1，或从存储器中提取包含整个脉冲信号的N个采样点数据作为待处理的数据序列x(n),n＝0,1,…,N-1，所述的N为包含整个脉冲信号的采样点数，取值为2的整数次幂。

(2)根据所述数据序列x(n)计算脉冲信号功率谱P(k)。