1.一种用于卫星遥感应用系统的信号抗干扰方法,其特征在于,包括:使用卫星天线接收来自遥感卫星的电磁信号,对所述电磁信号进行模数转换,得到数字信号;
对所述数字信号进行预处理,消除直流偏移和高频噪声,提高信号的信噪比;
对预处理后的所述数字信号进行干扰检测,即综合各尺度能量分布,当部分尺度的能量异常高时,则判定所述数字信号中存在干扰;进行所述干扰检测,包括:选择母小波函数进行离散小波变换;
对预处理后的信号进行多尺度分解,得到不同尺度的细节系数和近似系数;
计算细节系数的能量:
2
Ej=∑n|dj(n)|
设定能量阈值Tj,如果Ej>Tj,则认为在尺度j上存在干扰;
综合各尺度能量分布,当某尺度的能量异常高时,则判定所述数字信号中存在干扰;
其中,n为信号序号,j为尺度级别,dj(n)为第j尺度的细节系数,Ej为第j尺度的能量,Tj为第j尺度的能量阈值;
将干扰检测中提取出的细节系数dj(n)、能量Ej、尺度j特征组合成特征向量,输入基于卷积神经网络构建的分类模型中进行干扰分类,输出各干扰类型的概率,选择概率最大的类型作为判定结果;
将待分类的信号特征向量输入所述分类模型中进行计算,输出各干扰类型的概率,选择概率最大的类型作为判定结果,所述分类模型以交叉熵损失函数为目标函数,其数学表达公式如下:其中,C为干扰类型数量,yi为实际标签,pi为模型预测的概率,i为标签序号;
根据输出的所述判定结果,采用对应的自适应滤波算法,对所述数字信号中存在的干扰信号进行抑制,得到净化后的信号;所述干扰类型至少包含窄带干扰、宽带干扰和脉冲干扰,其中:若为窄带干扰,则选择自适应陷波滤波器;
若为宽带干扰,则选择自适应线性预测滤波器;
若为脉冲干扰,则选择中值滤波器或自适应阈值滤波器;
利用母小波函数,对所述净化后的信号进行逆变换,重构信号,恢复原始的遥感信息;
重构公式如下:
xr(n)=∑j(aj(n)+dj(n))其中,dj(n)为第j尺度的细节系数,aj(n)为第j尺度的近似系数,n为信号序号,j为尺度级别,xr(n)为重构信号;
将重构后的信号以数字文件形式保存,并传输至地面站或数据处理中心,以供后续分析和应用。
2.根据权利要求1所述的用于卫星遥感应用系统的信号抗干扰方法,其特征在于,得到所述数字信号,包括:使用卫星天线接收来自遥感卫星的电磁信号,得到模拟射频信号;
通过下变频器将所述模拟射频信号转换为中频信号;
根据奈奎斯特采样定理,以不低于信号最高频率两倍的采样频率对所述中频信号进行采样,得到离散时间信号;
将采样得到的模拟信号值通过量化器转换为数字值;
再将量化后的信号数字值编码成二进制数据,得到所述数字信号。
3.根据权利要求2所述的用于卫星遥感应用系统的信号抗干扰方法,其特征在于,所述量化器转换的量化位数取决于ADC的分辨率。
4.根据权利要求1或2所述的用于卫星遥感应用系统的信号抗干扰方法,其特征在于,对所述数字信号进行预处理至少包含直流偏移消除和高频噪声消除,其中,所述直流偏移消除通过计算所述数字信号均值进而消除直流偏移,所述高频噪声消除通过设计低通滤波器进行滤波处理,进而消除高频噪声。
5.根据权利要求1所述的用于卫星遥感应用系统的信号抗干扰方法,其特征在于,所述基于卷积神经网络构建分类模型,包括:输入层:接收特征向量,形状表示为(Nfeatures,1),其中,Nfeatures为特征向量的长度;
卷积层:使用多个卷积核对输入的所述特征向量进行卷积,提取高层次特征;
激活函数:使用ReLU函数引入非线性;
池化层:采用最大池化,减少特征维度,防止过拟合;
全连接层:将卷积层提取的特征映射到分类空间;
输出层:使用Softmax激活函数,输出各干扰类型的概率分布。
6.根据权利要求1所述的用于卫星遥感应用系统的信号抗干扰方法,其特征在于,为了恢复所述重构信号的时域表示,确保其有效信息的完整保留,还需对其进行信号校正,其中:如果采用的自适应滤波算法引入了幅度衰减,则使用增益因子进行校正;
如果采用的自适应滤波算法引入了相位延迟,则使用相位补偿技术进行校正。