[发明专利]一种基于邻值统计的宽带频谱信噪分离方法

说明书

本发明涉及一种基于邻值统计的宽带频谱信噪分离方法，其包括以下步骤：步骤S1，提供给定电波环境宽带频谱；步骤S2，选取频谱样本；步骤S3，计算频谱噪声的标准差；步骤S4，确定邻值比较判别值；步骤S5，计算获得用于邻值比较的初始噪声信号；步骤S6，通过频谱噪声提取法，获得频谱噪声数据；以及步骤S7，进行信号提取，实现信噪分离。本发明简单实用，计算速度快，准确率相对较高，适应实时频谱分析及信号统计。

技术领域

本发明涉及射电天文技术领域，尤其涉及一种基于邻值统计的宽带频谱信噪分离方法。

背景技术

大口径射电望远镜具有极高的系统灵敏度，且系统内、系统间及台址内电子设备从多。随着高频电子技术、高速数字处理技术的发展和应用，数字接收机、数字终端、商用设备、电气设备及台址光学观测设备的建设，使得台址电磁环境变得尤为复杂。

射频干扰(radio frequency interference，RFI)的强度和频谱密度会使得观测结果深受射频干扰的影响以致失去使用价值。尤其利用单天线射电望远镜进行的观测(连续谱或光谱)最易受到干扰的影响，其原因是：积分时间的增加虽然提高了望远镜对天文信号的灵敏度，但也同等程度地提高了其对射频干扰信号的灵敏度。

由此可见，射频干扰对天文观测的影响越来越大，主要体现在以下几个方面：

1、具有极化特征干扰信号影响，射电望远镜装备的接收机极化器多为线极化双通道输出，通过对天文观测终端的输入功率统计，接收机双通道功率差异性较大，且垂直极化通道功率较强，随着射电望远镜俯仰角度的升高，垂直极化通道功率呈减弱趋势，由此认为来自地面的垂直极化信号进入接收系统，影响天文观测；

2、突发干扰信号影响，某个时间进入接收系统的干扰信号大幅增加，严重恶化观测数据，大量干扰信号的存在，导致此时间段的观测数据不在有效；

3、固定窄带干扰影响，此类干扰信号大多来自自身电子设备电磁辐射，窄带干扰数量越多，天文数据的有用信息损失越多，如脉冲星观测数据处理时，存在窄带干扰的通道被屏蔽，意味着窄带干扰越多，有用的频谱通道越少。

4、空间无线电业务影响，空间移动通信、飞机导航、雷达测距、卫星通讯等电磁干扰影响射电天文观测业务。

射电天文台站的电波环境测试要求测试系统具有优异的噪声系数，能够测得台站微弱的干扰信号；每次测试覆盖范围为测试天线3dB波束宽度，通过转动测试天线覆盖台站360度天区；其次，通过垂直极化测试和水平极化测试，分析台站极化信号对天文观测的影响；另外，通过相对实时的电波环境测试，分析同一方向干扰信号的变化趋势及工作日及节假日干扰信号的差异性。综上，射电天文台站电波环境测试具有宽带、极化性、重复性、实时性等特点，有效的干扰信号提取方法对研究台站干扰信号特征、干扰源查找、台站无线电管理及消干扰策略提供重要依据。

噪声和信号分离在无线电监测技术领域应用较多，长期的无线电监测，产生大量的频谱数据，有效分离频谱噪声和信号，对于研究有用信号非常有意义。而对于射电天文业务，主要运用高灵敏度射电望远镜接收宇宙中微弱的天体信号，而地面及空间其它信号进入射电望远镜接收系统，并称之为干扰信号；从电波环境频谱中有效分析噪声和干扰信号，对研究和统计射电天文台站干扰信号特征及规律非常重要。

国内的射电天文技术领域，在选择台址时进行详细的电波环境测试，通过分析台站各个方向无线电频谱及频率占用度，评估台站无线电环境优劣。而对于现有射电天文台站，射电望远镜建设过程中缺乏电磁兼容性设计，自身电子设备产生的电磁干扰成为台站主要的干扰源；通过提取不同方向、不同极化、不同时间电波环境频谱中的干扰信号，统计和分析干扰信号特征可以对研究台站干扰信号特征、干扰源查找、台站无线电管理及消干扰策略提供重要依据。而目前射电天文领域从事电波环境测试及干扰缓解方面的技术人员并不多，针对电波环境频谱提取干扰信号的研究更是少之又少，同领域相关技术文献并未找到。