[其他]自适应最佳滤波器

说明书

自适应最佳滤波器是一种信号处理装置。

随着电子技术的发展，在今天限制雷达、声纳系统性能（作用距离、分辨力等）的主要因素已经不是像元、器件噪声这一类白噪声干扰，而是那些由雷达发射机本身辐射的电磁波受到地物、海浪、云层、雨、雪、飞鸟、敌方施放的假目标、反射器、干扰丝、箔条等散射回来的雷达辐射能量的干扰，即杂波干扰。这类干扰最大的特点是它具有极强的相关性;或等价地说，这类干扰的功率谱是有色的。一般说来这类干扰的危害不能简单地用增加发射机功率的方法来削弱。目前解决这一问题的方法除了从改善天线方向性，设计合理的信号形式外，主要有两种方法：一是采用动目标显示器（MTI），或称对消器。它利用运动目标（比如飞机、导弹等）相对背景杂波源（地物等）有相对运动，从而它们一般具有较大的多卜勒频移，因而只需在接收机中设置一个数字式高通滤波器就可以削弱杂波的功率。二是采用脉冲多卜勒（PD）雷达体制。这种体制也是利用了杂波与动目标信息具有不同的多卜勒频移，从而在频域上来区分提取动目标信息的。PD雷达可以看成是MTI加匹配滤波器的结合体。如果MTI能真正使有色杂波白色化（把有色谱变成白谱），则PD雷达可以近似地看成是有色噪声背景下对已知信号的最佳处理器。但现有的MTI系统往往不能做到此点。主要理由有两个：一是MTI能滤除杂波，必须要求杂波具有平均为零的多卜勒频移。这一方面要求雷达工作频率十分稳定，同时，若雷达平台移动时（比如机载、舰载雷达）还必须精确地自动补偿掉这个运动，才能较好地达到上述要求。显然，这种办法对于运动的杂波体，如鸟群、风暴、雨雪以及人为箔条干扰等则不能有效地加以抑制;其二，采用闭环式主杂波跟踪系统第一个问题可以得到某种程度的解决，比如1973年美国专利“MTI雷达”（U.S.Patent    3.742.500）提出了一种将对消器凹口自动地调整在杂波平均多卜勒频率上的办法，可以在一定程度上抑制掉运动杂波。但是一般闭环式主杂波跟踪系统只解决了对消器凹口定位问题，而不能调整对消器本身凹口的形状参量（形状、宽度、深度等）。因而它不能达到与真实杂波功率谱很好的“匹配”（即并非是它的逆），从而它远非最佳处理，特别是在同一距离单元内有两种以上不同类型的杂波体时，上述方法均无能为力。

本发明提出了一种在强的运动杂波背景下提取动目标信息的最佳处理器的新方案，即自适应最佳滤波器（AOF），它既能够自动地将滤波器频响凹口对准杂波的平均多卜勒频移点，又能够调整凹口的形状参数（形状、宽度、深度）等，使之与真实杂波谱相“匹配”。在信号出现时，其输出可以达到或逼近于理想最佳滤波器所能达到的最大信噪比（信号峰值功率与噪声平均功率之比）。发明者论文（王永德“自适应最佳滤波器”第一届（84）全国信号处理学术会议论文集，二卷523～528）阐述了这种滤波器的基本原理。本发明在此基础上针对一般杂波的自回归模型（AR）的特点，提出了一种自适应逆谱滤波器（AISF）级联匹配滤波器实现AOF的改进方案，见图2。比之于原型AOF它又具有以下两个优点：一是设备大为简化。原型AOF要求的价数等于信号样点数，因而当样点数太大时工程实现较为困难，而一般改进的AOF只需2～8价就够了;二是，它具有对有用信号不同多卜勒频移的适应性。而原型的AOF以及一般的脉冲多卜勒处理器并不具备此优点。