时频域联合的频谱检测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种时频域联合的频谱检测方法和系统，该方法包括：设定接收机的中心频点和带宽；对带宽内的信号进行多次扫描；根据多次扫描结果分别估算信噪比和计算频谱的峰度值；根据多次扫描结果的信噪比和频谱的峰度值满足以下任一项条件则判定存在稳定信号：如果各次扫描得到信号中信噪比估计值超过预设信噪比阈值的信号个数占比多于第一预设占比阈值；如果各次扫描得到信号的频谱中峰度值超过预设峰度值阈值的信号个数占比多于第二预设占比阈值。本发明专利技术具有如下优点：通过在时域估算信噪比，在频域计算信号峰度值，然后再通过“或”准则做出是否有信号存在的最终判决，实现了信号的快速、准确检测，解决了在低信噪比环境下频谱检测的难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线电探测领域，涉及一种时频域联合的频谱检测方法和系统。
技术介绍
随着无线技术的飞速发展，无线通信与探测业务飞速发展，无线频谱越来越成为一种稀缺资源。当前固定的频谱分配方式造成了固定的频段只能被固定的业务所使用，而这些固定业务往往并不是全时占用这些频段，造成了一方面频谱资源严重缺乏，另一方面某些已分配的频谱资源又被浪费。为了解决这个问题，认知无线电技术的提出就是通过频谱感知技术搜索空闲的授权频谱，在不干扰授权用户通信的前提下，实现动态的频谱接入，以提高频谱使用效率。能否准确的识别空闲频谱以及授权用户的存在，即频谱检测技术是认知无线电技术能否实际应用的关键技术之一。此外，雷达对目标的检测也可归结为频谱检测技术。现有的频谱检测方法有能量检测、匹配滤波器检测、循环平稳检测等，但这些方法存在计算量过大、需要预先知道授权用户信号特征或者在低信噪比环境下很难检测的问题，因而在实际环境中应用效果较差。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种基于时频域联合频谱检测方法，通过在时域估算信号信噪比，在频域计算频谱的峰度值，时频域联合大大提高了信号检测率，并具有较小的计算量，解决了在低信噪比或噪声波动的环境下的频谱检测难题。为了实现上述目的，本专利技术的实施例公开了一种基于时频域联合频谱检测方法，包括以下步骤：S110：设定接收机的中心频点和带宽；S120：对所述带宽内的信号进行多次扫描；S130：根据多次扫描结果分别估算信噪比和计算频谱的峰度值，其中，对于任一选定扫描结果，通过以下方式分别估算所述选定扫描结果的信噪比和计算频谱的峰度值：根据一次扫描得到的时域信号计算信号和噪声的总能量以及信号的总能量，根据所述信号和噪声的总能量以及所述信号的总能量得到所述信号的信噪比的估计值；根据一次扫描得到的时域信号经过傅立叶变换得到所述时域信号的频谱，计算所述频谱的均值和方差，根据所述频谱的均值和方差计算所述频谱的峰度值；S4：根据多次扫描结果的信噪比和频谱的峰度值满足以下任一项条件则判定存在稳定信号：如果多次扫描结果中，各次扫描得到的信号中信噪比估计值超过预设信噪比阈值的信号个数占比多于第一预设占比阈值；如果多次扫描结果中，各次扫描得到信号的频谱中峰度值超过预设峰度值阈值的信号个数占比多于第二预设占比阈值。根据本专利技术实施例的基于时频域联合频谱检测方法，分别通过在时域估算信噪比，在频域计算信号峰度值，然后再通过“或”准则做出是否有信号存在的最终判决，实现了信号的快速、准确检测，解决了在低信噪比或噪声波动的环境下的频谱检测难题。另外，根据本专利技术上述实施例的基于时频域联合频谱检测方法，还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，对于任一选定扫描结果，通过以下方式估算所述选定扫描结果的信噪比：假设多次扫描得到N个时域信号，对于其中任意一次扫描得到的时域信号：利用所述时域信号的自相关函数得到信号和噪声的总能量；利用所述时域信号的自相关函数估计信号的能量；利用得到的噪声和信号总能量以及信号能量得到噪声的能量；利用信号能量和噪声能量计算所述时域信号的信噪比。进一步地，对于任一选定扫描结果，通过以下方式计算频谱的峰度值：假设多次扫描得到的N个时域信号经过傅里叶变换得到N个对应的频谱，对于其中任意一个频谱：计算所述频谱的均值；计算所述频谱的方差；利用得到的频谱和方差计算所述频谱的峰度值。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于时频域联合频谱检测系统，解决了在低信噪比或噪声波动的环境下的频谱检测难题。为了实现上述目的，本专利技术的实施例公开了一种基于时频域联合频谱检测系统，包括：扫描模块，用于根据设定接收机的中心频点和带宽，对所述带宽内的信号进行多次扫描；信噪比估算模块，用于根据多次扫描结果分别估算信噪比；频谱的峰度值计算模块，用于根据多次扫描结果分别计算频谱的峰度值；判定模块，用于根据多次扫描结果的信噪比和频谱的峰度值满足以下任一项条件则判定存在稳定信号：如果多次扫描结果中，各次扫描得到信号中信噪比估计值超过预设信噪比阈值的信号个数占比多于第一预设占比阈值；如果多次扫描结果中，各次扫描得到信号的频谱中峰度值超过预设峰度值阈值的信号个数占比多于第二预设占比阈值；其中，对于任一选定扫描结果，通过以下方式分别估算所述选定扫描结果的信噪比和计算频谱的峰度值：根据一次扫描得到的时域信号计算信号和噪声的总能量以及信号的总能量，根据所述信号和噪声的总能量以及所述信号的总能量得到所述信号的信噪比的估计值；根据一次扫描得到的时域信号经过傅立叶变换得到所述时域信号的频谱，计算所述频谱的均值和方差，根据所述频谱的均值和方差计算所述频谱的峰度值。根据本专利技术实施例的基于时频域联合频谱检测系统，分别通过在时域估算信噪比，在频域计算信号峰度值，然后再通过“或”准则做出是否有信号存在的最终判决，实现了信号的快速、准确检测，解决了在低信噪比或噪声波动的环境下的频谱检测难题。另外，根据本专利技术上述实施例的基于时频域联合频谱检测系统，还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，所述信噪比估算模块通过以下方式估算所述选定扫描结果的信噪比：假设多次扫描得到N个时域信号，对于其中任意一次扫描得到的时域信号：利用所述时域信号的自相关函数得到信号和噪声的总能量；利用所述时域信号的自相关函数估计信号的能量；利用得到的噪声和信号总能量以及信号能量得到噪声的能量；利用信号能量和噪声能量计算所述时域信号的信噪比。进一步地，所述频谱的峰度值计算模块通过以下方式计算频谱的峰度值：假设多次扫描得到的N个时域信号经过傅里叶变换得到N个对应的频谱，对于其中任意一个频谱：计算所述频谱的均值；计算所述频谱的方差；利用得到的频谱和方差计算所述频谱的峰度值。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术一个实施例的基于时频域联合频谱检测方法的流程图；图2是本专利技术一个实施例的基于时频域联合频谱检测系统的结构框图。图3是910MHz～930MHz频带内200次扫频得到的信号中的其中一个信号的频谱。图4是930MHz～950MHz频带内200次扫频得到的信号中的其中一个信号的频谱。图5分别画出了910MHz～930MHz和930MHz～950MHz频带范围内200次扫频得到的信号的估计信噪比。图6分别画出了910MHz～930MHz和930MHz～950MHz频带范围内200次扫频得到的信号频谱的峰度值。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时频域联合频谱检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S110：设定接收机的中心频点和带宽；S120：对所述带宽内的信号进行多次扫描；S130：根据多次扫描结果分别估算信噪比和计算频谱的峰度值，其中，对于任一选定扫描结果，通过以下方式分别估算所述选定扫描结果的信噪比和计算频谱的峰度值：根据一次扫描得到的时域信号计算信号和噪声的总能量以及信号的总能量，根据所述信号和噪声的总能量以及所述信号的总能量得到所述信号的信噪比的估计值；根据一次扫描得到的时域信号经过傅立叶变换得到所述时域信号的频谱，计算所述频谱的均值和方差，根据所述频谱的均值和方差计算所述频谱的峰度值；S140：根据多次扫描结果的信噪比和频谱的峰度值满足以下任一项条件则判定存在稳定信号：如果多次扫描结果中，各次扫描得到信号中信噪比估计值超过预设信噪比阈值的信号个数占比多于第一预设占比阈值；如果多次扫描结果中，各次扫描得到信号的频谱中峰度值超过预设峰度值阈值的信号个数占比多于第二预设占比阈值。

【技术特征摘要】
1.一种基于时频域联合频谱检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S110：设定接收机的中心频点和带宽；S120：对所述带宽内的信号进行多次扫描；S130：根据多次扫描结果分别估算信噪比和计算频谱的峰度值，其中，对于任一选定扫描结果，通过以下方式分别估算所述选定扫描结果的信噪比和计算频谱的峰度值：根据一次扫描得到的时域信号计算信号和噪声的总能量以及信号的总能量，根据所述信号和噪声的总能量以及所述信号的总能量得到所述信号的信噪比的估计值；根据一次扫描得到的时域信号经过傅立叶变换得到所述时域信号的频谱，计算所述频谱的均值和方差，根据所述频谱的均值和方差计算所述频谱的峰度值；S140：根据多次扫描结果的信噪比和频谱的峰度值满足以下任一项条件则判定存在稳定信号：如果多次扫描结果中，各次扫描得到信号中信噪比估计值超过预设信噪比阈值的信号个数占比多于第一预设占比阈值；如果多次扫描结果中，各次扫描得到信号的频谱中峰度值超过预设峰度值阈值的信号个数占比多于第二预设占比阈值。2.根据权利要求1所述的基于时频域联合频谱检测方法，其特征在于，对于任一选定扫描结果，通过以下方式估算所述选定扫描结果的信噪比：假设多次扫描得到N个时域信号，对于其中任意一次扫描得到的时域信号：利用所述时域信号的自相关函数得到信号和噪声的总能量；利用所述时域信号的自相关函数估计信号的能量；利用得到的噪声和信号总能量以及信号能量得到噪声的能量；利用信号能量和噪声能量计算所述时域信号的信噪比。3.根据权利要求1所述的基于时频域联合频谱检测方法，其特征在于，对于任一选定扫描结果，通过以下方式计算频谱的峰度值：假设多次扫描得到的N个时域信号经过傅里叶变换得到N个对应的频谱，对于其中任意一个频谱：计算所述频谱的均值；计算所述频谱的方差；利用得到的频谱和方差计算所述频谱的峰度值。4.一种基于时频域联合频...

【专利技术属性】
技术研发人员：王剑，李刚，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11