[发明专利]基于变异粒子群粒子滤波的单通道扰信盲分离方法

权利要求书

1.一种基于变异粒子群粒子滤波的单通道通信信号与干扰盲分离方法(MPSOPF-SCBSS)，其特征在于，主要包括如下部分：

第一步：根据通信信号和干扰的解析表达式，建立受扰通信信号的状态空间模型，将单通道盲分离问题转化为多参数(一般是通信码元、信道传输参数或信号表达参数)的贝叶斯联合估计问题；

第二步：利用变异粒子群粒子滤波对模型中的通信码元和未知参数向量进行贝叶斯最大后验估计；

第三步：在序贯贝叶斯估计的过程中，利用基于Metropolis-Hastings变异的粒子群优化操作进行粒子重采样，达到减少所需粒子数量和提高扰信分离性能的目的。

2.根据权利要求1所述的基于变异粒子群粒子滤波的单通道通信信号与干扰盲分离实施方法，其特征在于，主要包括如下步骤：

1)将单通道接收的受扰通信信号下变频为基带信号并进行数字化采样，其数学解析式可表示为(以单音干扰为例)：

y(t)=x1(t)+x2(t)+v(t)]]>

=h1ej(2πΔf1t+Δθ1)Σn=-LLang(t-nT-τ)+h2ej(2πΔf2t+Δθ2)+v(t)]]>

其中，y(t)是单通道接收的受扰信号，x₁(t)是通信源信号，x₂(t)是同信道单音干扰，v(t)是高斯白噪声。T是码元周期，g(·)是成型滤波器，L为滤波器的拖尾长度。在合作通信的情况下可以假设上述参数已知。Δf₁是通信信号的残留频偏，Δθ₁是其残留相偏，Δf₁是单音干扰的残留频偏，Δθ₂是其残留相偏，a_n是传输的码元，τ是通信信号的本地定时偏差，h₁和h₂分别是通信信号与干扰在接收端的幅度，这些是待估计的未知参数。需要注意的是，上式中x₁(t)和x₂(t)的表达式应根据通信信号与干扰的类型进行变化，例如，若线性干扰为扫频干扰，则x₂(t)变为：其中Δf₂是扫频干扰起始频率的残余频偏，Δf₃是扫频干扰的调制斜率；

2)建立单通道受扰通信信号的状态空间模型：

根据采样点与码元周期间的关系，若从k-1到k时刻的过程中码元序号发生变化，则状态转移方程如下式所示：

ank=Sank-1+dkf(λk)=f(λk-1)]]>

其中，为(2L+1)×(2L+1)的转移矩阵，为扰动向量，为与第k个采样点对应的码元波形有关的码元向量，为下一个未知码元，λ＝{τ，h₁，h₂，Δf₁，Δf₂，Δθ₁，Δθ₂}表示全部未知参数组成的集合，f(·)为系统参数的状态转移函数；

若码元序号未发生变化，则状态转移方程如下式所示：

ank=ank-1f(λk)=f(λk-1)]]>

单通道受扰通信信号的观测方程为：

单音干扰：yk=h1ej(2πΔf1kTm+Δθ1)ankTgk+h2ej(2πΔf2kTm+Δθ2)+vk]]>

线性扫频干扰：yk=h1ej(2πΔf1kTm+Δθ1)ankTgk+h2ej(2πΔf2kTm+2πΔf3(kTm)2)+vk]]>

其中：m为相对于码元速率的过采样倍数，g_k为矢量形式的成型滤波器；

3)产生初始粒子集合χ1={x1i,w1i}i=1N,]]>xk={ank,λk},]]>N为粒子个数；

4)依据下式计算目前粒子集的似然分布

p(yk|ank+Li∈A,ank-1i,λki)=12πσexp(-(Δ)2σ2)]]>

其中，Δ=yk-(h1)iej(2π(Δf1)ikTm+(Δθ1)i)(anki)Tgk+(h2)iej(2π(Δf2)ikTm+(Δθ2)i),]]>

A为码元取值的集合。根据上式便可获得新采样粒子的似然分布。

5)依据公式wki∝wk-1ip(yk|ank+li∈A,ank-1i,λk)]]>更新粒子对应的权值wki,]]>归一化wki=wli/Σi=1Nwki,]]>并更新粒子集合χk={xki,wki}i=1N;]]>

6)根据公式计算当前粒子集合的退化程度；

7)若N_eff≤N/3，则利用基于Metropolis-Hastings变异规则对粒子群进行重采样，更新粒子权值并返回执行4)；否则进行8)；

8)根据下式计算当前采样时刻的参数估计值和码元估计值并根据状态转移方程计算下一采样时刻参数和码元的预测值，转而执行4)。

λkLMMSE=Σi=1Nwkiλki]]>

ankMAP=argmaxank∈A{Σi=1Nwkiδ(ank+Di)}]]>

3.根据权利要求1和2所述的单通道通信信号与干扰盲分离方法处理的信号类型，其特征在于：

1)针对无线通信中的通信信号抗干扰处理：即以要求1和2为实现依据的，无线通信(如卫星通信、移动通信、短波通信等)中单通道通信信号与干扰盲分离处理应用，干扰类型包括系统多用户间干扰、系统间干扰、恶意破坏性干扰(单音干扰、窄带干扰、扫频干扰、转发式干扰)；

2)针对无线通信中单通道接收混合信号盲分离处理：即以要求1和2为实现依据的，无线通信中单通道接收到的混合信号盲分离处理应用，例如通信信号与噪声盲分离，通信信号与通信信号盲分离；

3)针对雷达信号处理中的单通道混合信号盲分离处理；即以要求1和2为实现依据的，雷达信号处理中的单通道混合信号盲分离处理应用。