本發(fā)明涉及vhf頻段信號處理領域，具體是一種vhf頻段的自適應濾波響應方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、vhf頻段(very?high?frequency，特高頻)位于30mhz至300mhz的頻率范圍內，是無線通信領域的一個重要頻段。在vhf頻段中，信號具有相對較好的傳播特性，尤其是在視距傳播和地面反射傳播方面，使其成為航空、航海、電視廣播和軍事通信等領域的理想選擇。隨著無線通信技術的快速發(fā)展，vhf頻段的應用場景不斷擴展，包括了自動識別系統(tǒng)(ais)、專用業(yè)務(asm)和vhf數(shù)據(jù)交換(vde)等多種通信方式。然而，vhf頻段的電磁環(huán)境復雜，設備間的相互干擾問題日益突出，尤其是在密集的城市環(huán)境或者電子設備密集的區(qū)域。此外，由于vhf頻段的信號波長較長，多徑效應和反射路徑信號對通信質量的影響尤為明顯。

2、盡管vhf頻段的通信技術在多個領域得到了廣泛應用，但現(xiàn)有技術在處理信號干擾、多徑效應和反射路徑信號方面仍存在不足。傳統(tǒng)的濾波器設計方法，如維納濾波器，依賴于信號特征的先驗知識，而在實際應用中，這些知識往往難以獲得。此外，固定步長的自適應濾波算法在收斂速度、時變系統(tǒng)跟蹤速度與收斂精度之間存在權衡，難以同時滿足快速收斂和高精度的要求。在復雜的電磁環(huán)境中，如何有效地分離主路徑信號和反射路徑信號，提高信號的傳輸質量和可靠性，是vhf頻段通信技術面臨的一個重要挑戰(zhàn)。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種vhf頻段的自適應濾波響應方法及系統(tǒng)，該方法提高了vhf頻段通信的抗干擾能力，也為復雜電磁環(huán)境下的通信提供了一種有效的解決方案。

2、其中，一種vhf頻段的自適應濾波響應方法，包括以下步驟：

3、s1.接收vhf頻段的混合信號，所述混合信號包括主路徑信號和多個頻率點上的反射路徑信號；對接收的混合信號進行時域和頻域分析，使用傅里葉變換獲取頻率和相位信息；

4、s2.通過延遲檢測算法檢測主路徑信號和反射路徑信號的時間延遲和相位差異；利用自適應濾波算法，通過逐步調整濾波器系數(shù)，對反射路徑信號與主路徑信號進行分離；對提取的反射路徑信號進行特征分析，提取出每個反射路徑信號的幅度、相位和延遲；

5、s3.通過調整相位抵消機制，對反射路徑信號的相位與主路徑信號相位進行相位相消，生成抵消信號；

6、其中，所述步驟s3具體包括以下子步驟：

7、s301.根據(jù)提取反射路徑信號的相位和時延特征，調整反射路徑信號的相位，使每個頻率點上的反射路徑信號的相位與主路徑信號相位之間相差為π，得到相位抵消角度；

8、s302.根據(jù)相位抵消角度，構造用于抵消反射路徑信號的信號，其生成的抵消信號的幅度與原始反射路徑信號的幅度相同；

9、s303.生成的相位抵消信號與接收到的信號疊加，消除反射干擾。

10、進一步的，所述步驟s2具體包括以下子步驟：

11、s201.根據(jù)反射路徑信號在頻域上時延的相位變化，識別每條反射路徑的時延特征；

12、s202.根據(jù)反射路徑信號受到路徑的固定相位偏移，識別不同頻率處的相位差異，提取相位偏移特征；

13、s203.根據(jù)時延特征和相位偏移特征，通過頻域濾波技術分離每一條反射路徑的信號，并通過計算反射路徑信號的幅度相對于主路徑信號的衰減，識別反射路徑的幅度特征；

14、s204.綜合時延特征、相位偏移特征和幅度衰減特征，形成反射路徑信號的信號特征集。

15、進一步的，，所述步驟s301中，調整反射路徑信號的相位，使每個頻率點上的反射路徑信號的相位與主路徑信號相位之間相差為π，得到相位抵消角度具體表示為：

16、θcancel,i＝π-θi；

17、進一步展開得到：

18、θcancel,i＝π-(φtotal,i(fi)+2πfkτi)；

19、其中，所述θcancel,i表示抵消信號的相位角度，所述θi表示第i個頻率點上的反射路徑信號的原始相位，所述φtotal,i表示第i個頻率點上的反射路徑信號的總相位，所述fi表示頻率點i，所述τi表示第i個頻率點上的反射路徑信號的時延。

20、進一步的，所述步驟s302中，構造用于抵消反射路徑信號的信號具體流程為：

21、根據(jù)抵消信號的幅度與原始反射路徑信號相同：

22、

23、代入相位抵消角度：

24、scancel,i(f)＝aref,icos(2πft+π-θi)；

25、其中，所述scancel,i(f)表示第i個頻率點上的反射路徑信號的抵消信號在頻域上的表達，所述f表示頻率，所述aref,i表示第i個頻率點上的反射路徑信號的幅度，所述表示用于抵消第i個頻率點上的反射路徑信號的復數(shù)形式的抵消信號，j為虛數(shù)單位，e為自然常數(shù)，所述θcancal,i表示抵消信號的相位角度，所述fi表示頻率點i，所述δ(·)表示狄拉克沖擊函數(shù)，所述t表示信號的瞬時狀態(tài)，所述θi表示第i個頻率點上的反射路徑信號的原始相位。

26、進一步的，所述步驟s303中，生成的相位抵消信號與接收到的信號疊加具體表示為：

27、將得到的抵消信號進行二次傅里葉變換，將頻域轉換為時域：

28、scancel,i(t)＝aref,icos(2πft+θcancel,i)

29、在疊加過程中，將主路徑信號與抵消信號結合，消除干擾，經過相位抵消，新生成的信號只包含主路徑信號：

30、

31、其中，所述scancel,i(t)表示第i個頻率點上的反射路徑信號的抵消信號在時域上的表達，所述aref,i表示第i個頻率點上的反射路徑信號的幅度，所述θcancel,i表示抵消信號的相位角度，所述f表示頻率，所述t表示信號的瞬時狀態(tài)，所述ynew(t)表示疊加后的新信號在時域的表達，所述smain(t)表示主路徑信號在時域的表達，所述sref,i(t)表示第i個頻率點上的反射路徑信號在時域的表達，所述n表示反射路徑的數(shù)量，所述i表示索引。

32、進一步的，一種vhf頻段的自適應濾波響應系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于上述任一一項所述的一種vhf頻段的自適應濾波響應方法實現(xiàn)，包括：

33、信號預處理模塊，用于接收vhf頻段的混合信號，所述混合信號包括主路徑信號和多個頻率點上的反射路徑信號；對接收的混合信號進行時域和頻域分析，使用傅里葉變換獲取頻率和相位信息；

34、信號分離模塊，用于通過延遲檢測算法檢測主路徑信號和反射路徑信號的時間延遲和相位差異；利用自適應濾波算法，通過逐步調整濾波器系數(shù)，對反射路徑信號與主路徑信號進行分離；對提取的反射路徑信號進行特征分析，提取出每個反射路徑信號的幅度、相位和延遲；

35、信號抵消模塊，用于通過調整相位抵消機制，對反射路徑信號的相位與主路徑信號相位進行相位相消，生成抵消信號；

36、其中，所述信號抵消模塊具體包括：

37、相位抵消角度計算單元，根據(jù)提取反射路徑信號的相位和時延特征，調整反射路徑信號的相位，使每個頻率點上的反射路徑信號的相位與主路徑信號相位之間相差為π，得到相位抵消角度；

38、抵消信號生成單元，用于根據(jù)相位抵消角度，構造用于抵消反射路徑信號的信號，其生成的抵消信號的幅度與原始反射路徑信號的幅度相同；

39、信號疊加單元，用于生成的相位抵消信號與接收到的信號疊加，消除反射干擾。

40、進一步的，所述信號分離模塊具體包括：

41、時延特征提取模塊，用于根據(jù)反射路徑信號在頻域上時延的相位變化，識別每條反射路徑的時延特征；

42、相位偏移特征提取模塊，用于根據(jù)反射路徑信號受到路徑的固定相位偏移，識別不同頻率處的相位差異，提取相位偏移特征；

43、幅度特征提取模塊，用于根據(jù)時延特征和相位偏移特征，通過頻域濾波技術分離每一條反射路徑的信號，并通過計算反射路徑信號的幅度相對于主路徑信號的衰減，識別反射路徑的幅度特征；

44、特征整合模塊，用于綜合時延特征、相位偏移特征和幅度衰減特征，形成反射路徑信號的信號特征集。

45、進一步的，所述相位抵消角度計算單元中，調整反射路徑信號的相位，使每個頻率點上的反射路徑信號的相位與主路徑信號相位之間相差為π，得到相位抵消角度具體表示為：

46、θcancel,i＝π-θi；

47、進一步展開得到：

48、θcancel,i＝π-(φtotal,i(fi)+2πfkτi)；

49、其中，所述θcancel,i表示抵消信號的相位角度，所述θi表示第i個頻率點上的反射路徑信號的原始相位，所述φtotal,i表示第i個頻率點上的反射路徑信號的總相位，所述fi表示頻率點i，所述τi表示第i個頻率點上的反射路徑信號的時延。

50、進一步的，所述抵消信號生成單元中，構造用于抵消反射路徑信號的信號具體流程為：根據(jù)抵消信號的幅度與原始反射路徑信號相同：

51、

52、代入相位抵消角度：

53、scancel,i(f)＝aref,icos(2πft+π-θi)；

54、其中，所述scancel,i(f)表示第i個頻率點上的反射路徑信號的抵消信號在頻域上的表達，所述f表示頻率，所述aref,i表示第i個頻率點上的反射路徑信號的幅度，所述表示用于抵消第i個頻率點上的反射路徑信號的復數(shù)形式的抵消信號，j為虛數(shù)單位，e為自然常數(shù)，所述θcancel,i表示抵消信號的相位角度，所述fi表示頻率點i，所述δ(·)表示狄拉克沖擊函數(shù)，所述t表示信號的瞬時狀態(tài)，所述θi表示第i個頻率點上的反射路徑信號的原始相位。

55、進一步的，所述信號疊加單元中，生成的相位抵消信號與接收到的信號疊加具體表示為：將得到的抵消信號進行二次傅里葉變換，將頻域轉換為時域：

56、scancel,i(t)＝aref,icos(2πft+θcancel,i)

57、在疊加過程中，將主路徑信號與抵消信號結合，消除干擾，經過相位抵消，新生成的信號只包含主路徑信號：

58、

59、其中，所述scancel,i(t)表示第i個頻率點上的反射路徑信號的抵消信號在時域上的表達，所述aref,i表示第i個頻率點上的反射路徑信號的幅度，所述θcancel,i表示抵消信號的相位角度，所述f表示頻率，所述t表示信號的瞬時狀態(tài)，所述ynew(t)表示疊加后的新信號在時域的表達，所述smain(t)表示主路徑信號在時域的表達，所述sref,i(t)表示第i個頻率點上的反射路徑信號在時域的表達，所述n表示反射路徑的數(shù)量，所述i表示索引。

60、發(fā)明的有益效果是：

61、本發(fā)明通過自適應濾波響應方法，有效地解決了vhf頻段通信中的信號干擾和多徑效應問題，并通過時域和頻域分析，結合延遲檢測算法和自適應濾波算法，實現(xiàn)了對反射路徑信號與主路徑信號的精確分離。進一步地，通過相位抵消機制，消除了反射路徑信號的干擾，顯著提高了信號的傳輸質量。