[发明专利]基于方差中值滤波的极/超低频信道大气噪声抑制方法

说明书

本发明涉及无线电长波通信技术领域，具体涉及一种基于方差中值滤波的极/超低频信道大气噪声抑制方法。构建多参考磁矢量传感系统，多通道同步接收极/超低频信号，得到磁感应输出样点矩阵X；按照通道样点时序，对X进行分组，估计各分组的方差，得到方差矩阵D；基于大数判决准则，对D进行脉冲检测、两级自适应中值滤波；根据第二级中值滤波输出和第一级中值滤波的输入进行序列重建，得到输出矩阵Y；对Y进行工频谐波干扰和残存大气噪声抑制。以样点分组的方差作为自适应中值滤波器的输入，增强了脉冲性，基于大数判决准则判定方差矩阵各元素的脉冲状态，提高了脉冲检测准确率，改进了传统中值滤波在局部高密度脉冲噪声条件下性能低下的缺陷。

技术领域

本发明涉及无线电长波通信技术领域，具体涉及一种基于方差中值滤波的极/超低频信道大气噪声抑制方法。

背景技术

极/超低频通信(3Hz～300Hz)的信号衰减率小，能够穿透地层和海水到达一定的深度，因而在矿井应急通信与定位、水下无人航行器导航等领域获得了一定的应用前景。影响极/超低频通信性能的主要因素是接收端信噪比。通常，极/超低频通信的电磁干扰主要来源于信道大气噪声和本地人为干扰。信道大气噪声由自然界雷电活动引发。我国南海区域雷暴活动频繁，尤其是在夏季。在实际通信应用中，如遇本地发生雷电，大气噪声干扰表现为一簇强烈脉冲，这些脉冲会严重恶化接收信噪比，造成错报甚至漏报，使得可靠通信无法建立。极/超低频信道大气噪声呈非高斯性，传统的线性最优滤波理论难以取得理想的抑制效果。本地人为干扰是指由人类活动引发的电磁干扰，在极/超低频通信中主要表现为工频谐波干扰，这些干扰广泛存在于电力线和电力电子设备附近。上述干扰通过多种方式耦合至接收天线，给极/超低频通信带来严重影响，因此干扰抑制是极/超低频通信走向应用必须解决的一个关键问题。

针对极/超低频信道大气噪声的处理，人们已经提出了多种方法，按其思路可分为三类：1)基于噪声模型参数估计的最优接收处理，在已知大气噪声的统计模型(一阶概率密度函数)的前提下，通过比较似然比与一个固定的门限值，完成接收判决；2)非线性处理(次优接收机)，如判决器(Hard Limiter)、限幅器(Clipper)和凿孔器(Hole Puncher)，直接对接收序列的幅值进行压缩，除判决器外，其他两种非线性处理均需要依据噪声统计模型参数来确定最优触发电平；3)中值滤波处理，以滑动窗中样点的中值替换中心样点值来实现脉冲的平滑处理。上述1)和2)本质上都属于一种参数化处理方式，该类方法依赖于大气噪声的统计模型假设，然而目前获得应用的大气噪声统计模型有多种，如Field-Lewinstein模型(经验模型)、Middleton的class A和class B模型(统计物理模型)等，每种模型均有不同的参数设置，这就为模型的选用带来困难。同时，为获取模型参数，需要完成建模、验模以及参数估计等一系列操作，运算复杂度极高。3)所述中值滤波是一种非参数化的脉冲处理方法，该技术无需脉冲噪声统计模型假设，运算复杂度低，以其良好的脉冲抑制能力和波形细节保护能力，在处理图像脉冲噪声如椒盐噪声和随机值噪声等方面获得广泛应用。然而，中值滤波存在两个缺陷：1)、脉冲抑制性能依赖于噪声的脉冲性(impulsiveness)的大小；2)、对于高密度脉冲噪声，中值滤波需要在脉冲抑制和波形细节损失两个方面进行折衷。

为了最大限度抑制带外干扰以降低噪声对信号检测的影响，工程应用中的极/超低频接收机应属于窄带接收机。在该条件下，大气噪声带宽大于接收机带宽，噪声将在接收机上产生显著的暂态响应，表现为脉冲时域波形被展宽，高频部分被滤除，脉冲性降低，接收序列呈现连续的非孤立脉冲点，局部脉冲密度显著增大，此时，常用的中值滤波技术往往难以取得令人满意的脉冲抑制效果。

发明内容

针对上述现有方法在极/超低频信道大气噪声抑制方面存在的不足，本发明的目的在于提出一种基于方差中值滤波的极/超低频信道大气噪声抑制方法，以有效抑制大气噪声，提高极/超低频通信接收信噪比。

本发明的技术方案为：一种基于方差中值滤波的极/超低频信道大气噪声抑制方法，包括：