基于压缩传感理论的数字无参考辐射干扰对消方法研究

According to our prior researches about the radiation interference cancellation (RIC) approaches and equipments, a compressive sensing (CS) theory based digital reference-free RIC approach is proposed based on an experiment platform of the warship communication radiation interference. By exploring the priors of the useful signals, the interference signals and the receiver, a reference-free interference signal estimation method is developed, which can greatly extend the application field of the RIC system. By introducing the CS theory in to the RIC researches, the digital signal processing is aimed at the sparse CS measurements but not the massive data generated by Nyquist sampling. Therefore, the computation complexity is greatly decreased, which are of benefit to the realization of real-time digital RIC system with high performance. Aim at the multi-type high power high-frequency radiation interferences, the sparse representation method, fast adaptive reconstruction approach and time delay matching technique will be studied by the means of theory analysis, numerical simulations and experimentation, which can be used to deal with the multi-source radiation interferences within a platform or form the different platforms. With the accomplishment of this project, high performance approches and new ideals will be presented to deal with the radiation interference, and also suitable to applied in the practical digital reference-free RIC system.

本项目拟在我们对辐射干扰对消方法与系统长期研究所取得的成果基础上，结合已构建的舰艇通信辐射干扰模拟试验平台，提出一种基于压缩传感理论的数字无参考主动辐射干扰对消方法。通过挖掘有用信号、干扰信号和接收机的先验信息，发展不依赖于辐射干扰源的干扰信号估计方法，有利于扩展辐射干扰对消系统的应用范围；通过引入压缩传感理论，将处理的对象从海量的时域采样数据转换为少量的压缩传感测量值，可极大地降低信号处理的复杂度，有利于实时高性能数字系统的实现。以多样大功率短波辐射干扰信号为具体研究对象，采用理论分析、数值仿真与试验相结合的手段，深入研究信号的稀疏表示、快速自适应重建方法及延迟匹配等理论和技术，以期实现无参考条件下快速、有效地对消同平台或异平台间的多源辐射干扰。本项目的完成将为辐射干扰对消技术提供高性能的对消方法和新的研究思路，并将使数字无参考辐射干扰对消技术便于实际应用。

传统的辐射干扰对消系统以时域最小均方滤波算法为理论框架，采用正交矢量合成的实现方式。然而该辐射干扰对消系统的延时匹配精度受环境影响大，难以保证匹配准确度；另一方面，处理多辐射干扰源时，系统复杂度急剧增加。本项目提出了一种压缩传感域无参考辐射干扰对消方法。该方法基于数字化的辐射干扰对消系统，通过对辐射干扰源在压缩传感域的少数测量数据进行自适应加权，从而实现干扰对消。参照传统的最小均方算法，本项目分析了压缩传感域最小均方算法的收敛特性，推导了其最优权值表达式，并进行了仿真验证；该方法直接对接收的辐射干扰信号进行取样和处理，区分有用信号与干扰信号，无需从干扰源进行信号取样。以短波辐射干扰为具体研究对象，采用理论分析与数值仿真相结合的手段，深入研究信号的稀疏表示、快速自适应重建方法及延迟匹配等理论和技术。综合考虑干扰信号稀疏特性和计算复杂度，分别选取了基于傅立叶基和结构化随机矩阵作为压缩基和测量矩阵，采用统计反演理论进行信号重建。仿真结果表明本项目提出的压缩传感域最小均方算法可实现高概率、高性能干扰抑制。搭建了压缩传感域无参考辐射干扰对消系统试验平台，该平台由耦合器、模数转换器、放大器及数字信号处理器件等硬件构成。与传统的开放空间辐射干扰系统相比，本项目提出的对消系统信道特性稳定，不易受外界环境影响，大大降低了延迟匹配难度。在不考虑压缩传感和信号重建计算复杂度的条件下，只需对极少量的压缩传感测量数据进行处理，可从本质上降低计算复杂度。本项目的研究成果将为辐射干扰对消技术提供高性能的对消方法和新的研究思路。