基于黎曼中值的频谱感知的方法、装置以及设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于黎曼中值的频谱感知的方法、装置、设备以及计算机可读存储介质，包括：对噪声环境进行采样得到第一采样矩阵，以便根据所述第一采样矩阵得到第一协方差矩阵；对待感知的无线信号进行采样得到第二采样矩阵，以便根据所述第二采样矩阵得到第二协方差矩阵；依据梯度下降算法计算预设个数第一协方差矩阵的黎曼中值矩阵；根据所述第二协方差矩阵与所述黎曼中值矩阵的几何距离与预设门限的比较结果，判断所述待感知无线信号中是否存在频谱信号。利用本发明专利技术所提供的方法、装置、设备以及计算机可读存储介质，增加了频谱检测器检测性能的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于黎曼中值的频谱感知的方法、装置以及设备
本专利技术涉及认知无线电
，特别是涉及一种基于黎曼中值的频谱感知的方法、装置、设备以及计算机可读存储介质。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展，无线频谱资源日益紧张，然而当前已分配的频谱的利用率普遍偏低，这说明传统的频谱分配方法并没有将频带完全利用起来。因此，在有限的频谱资源中提高频谱资源的利用率决定着无线通信技术的发展，也是无线通信的关键技术。在这种情况下，认知无线电应运而生，频谱感知是认知无线电技术的核心。现有的频谱感知方法有很多，但是都存在一些问题。信息几何是近年来新兴的理论体系。而现有技术中基于信息几何的信号检测方法较少，在雷达回波检测中有一些应用。而雷达信号处理是信号处理的一个重要的分支，有着广泛的应用背景。在这一领域有代表性的实现方案是Barbaresco等基于正定矩阵流形实现脉冲Doppler雷达矩阵CFAR检测的研究。该方案基于有限个脉冲采样的样本协方差矩阵，建立Toeplitz正定矩阵流行，流形中每一个点对应于一个参考单元的样本协方差矩阵Ri，这些协方差矩阵构成一个具有负曲率的流形空间。在该流形中，首先计算各参考单元对应的协方差矩阵的Riemann均值(几何均值)，用于估计杂波功率；而后利用协方差矩阵之间的几何距离，计算待检测单元RD和参考单元的Riemann均值之间的距离，与门限比较给出检测结果。这方法同样被用于频谱感知上，将其脉冲信号改成感知的频谱信号。现有技术主要是应用传统的频谱感知算法，这其中包括能量检测、循环平稳特征检测和匹配滤波检测。能量检测算法的缺点是容易受到噪声波动的影响，检测性能对噪声的不确定性十分敏感；循环平稳特征检测算法的缺点是复杂度较高，同时降低了系统的灵敏度；而匹配滤波检测算法的缺点是需要授权用户信号的先验信息，通用性较差。除此之外，上面介绍的正定矩阵CFAR检测方案同样具有缺点，因为杂波功率是通过Riemann均值计算得出，所以当样本数据出现异常值(离群值)时，Riemann均值可能发生较大的改变，因此，现有技术中认知无线电频谱感知的方法检测性能不够稳定，感知效率较低。综上所述可以看出，如何使频谱检测器的检测性能稳定是目前有待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于黎曼中值的频谱感知的方法、装置、设备以及计算机可读存储介质，已解决现有技术中频谱检测器检测性能不稳定的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于黎曼中值的频谱感知的方法，包括：对噪声环境进行采样得到第一采样矩阵，以便根据所述第一采样矩阵得到第一协方差矩阵；对待感知的无线信号进行采样得到第二采样矩阵，以便根据所述第二采样矩阵得到第二协方差矩阵；依据梯度下降算法计算预设个数第一协方差矩阵的黎曼中值矩阵；根据所述第二协方差矩阵与所述黎曼中值矩阵的几何距离与预设门限的比较结果，判断所述待感知无线信号中是否存在频谱信号。优选地，所述根据所述第二协方差矩阵与所述黎曼中值矩阵的几何距离与预设门限的比较结果，判断所述待感知无线信号中是否存在频谱信号包括：利用统计流行度量方法，分别计算所述第一协方差矩阵和所述第二协方差矩阵与所述黎曼中值矩阵的几何距离T和几何距离D；比较所述几何距离T和所述几何距离D的大小；当D>T时，则所述待感知的无线信号中存在频谱信号。优选地，所述利用统计流行度量计算方法，分别计算所述第一协方差矩阵和所述第二协方差矩阵与所述黎曼中值矩阵的几何距离T和几何距离D包括：利用测地线距离分别度量所述第一协方差矩阵和所述第二协方差矩阵与所述黎曼中值矩阵的几何距离T和几何距离D。优选地，所述依据梯度下降算法计算预设个数第一协方差矩阵的黎曼中值矩阵包括：利用矩阵算数平均法计算预设个数第一协方差矩阵的黎曼中值矩阵的初始值；将所述初始值作为梯度下降算法的输入值，利用迭代算法得到预设个数第一协方差矩阵的黎曼中值矩阵。优选地，所述依据梯度下降算法计算预设个数第一协方差矩阵的黎曼中值矩阵包括：利用矩阵算数平均法计算N个第一协方差矩阵B1,B2,…,BN的黎曼中值矩阵的初始值R1；结合迭代算法将R1作为梯度下降算法的输入值：求得N个第一协方差矩阵的黎曼中值输出值RM；其中，GRn＝{k/Bk≠Rn}；Rn(n＝1,2,…,M-1)为第n个黎曼中值计算值；Rn+1为第n+1个黎曼中值计算值；Bk表示N个第一协方差矩阵B1,B2,…,BN阵的集合。本专利技术还提供了一种基于黎曼中值的频谱感知的装置，包括：第一采样模块，用于对噪声环境进行采样得到第一采样矩阵，以便根据所述第一采样矩阵得到第一协方差矩阵；第二采样模块，用于对待感知的无线信号进行采样得到第二采样矩阵，以便根据所述第二采样矩阵得到第二协方差矩阵；计算模块，用于依据梯度下降算法计算预设个数第一协方差矩阵的黎曼中值矩阵；判断模块，用于根据所述第二协方差矩阵与所述黎曼中值矩阵的几何距离与预设门限的比较结果，判断所述待感知无线信号中是否存在频谱信号。优选地，所述判断模块具体用于：利用统计流行度量方法，分别计算所述第一协方差矩阵和所述第二协方差矩阵与所述黎曼中值矩阵的几何距离T和几何距离D；比较所述几何距离T和所述几何距离D的大小；当D>T时，则所述待感知的无线信号中存在频谱信号。优选地，所述计算模块具体用于：利用矩阵算数平均法计算预设个数第一协方差矩阵的黎曼中值矩阵的初始值；将所述初始值作为梯度下降算法的输入值，利用迭代算法得到预设个数第一协方差矩阵的黎曼中值矩阵。本专利技术还提供了一种基于黎曼中值的频谱感知的设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述一种基于黎曼中值的频谱感知的方法的步骤。本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种基于黎曼中值的频谱感知的方法的步骤。本专利技术所提供的基于黎曼中值的频谱感知的方法、装置、设备以及计算机可读存储介质，对噪声环境进行采样，获得噪声采样矩阵，根据噪声采样矩阵获得噪声协方差矩阵；对待感知的无线信号进行采样，获得待感知的无线信号矩阵，从而获得待感知的无线信号协方差矩阵；利用梯度下降算法，计算预设个数噪声协方差矩阵的黎曼中值；将黎曼中值和噪声协方差之间的几何距离作为门限，与待感知的信号协方差矩阵和黎曼中值的几何距离进行比较，从而得出频谱检测结果。现有技术中通过黎曼均值设置感知门限，而如果采样得到的噪声信号矩阵中包括离群值时，计算得出的噪声协方差矩阵的黎曼均值偏差大；相对于黎曼均值，本专利技术利用梯度下降算法计算得到的黎曼中值是趋于稳定的值，因此利用黎曼中值的频谱检测器的检测性能显著提高，并且感知效率更高，除此之外，黎曼中值对于采样数据中的离群值更具有鲁棒性。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所提供的基于黎曼中值的频谱感知的方法的第一种具体实施例的流程图；图2为本专利技术所提供的基于黎曼中值的频谱感知的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于黎曼中值的频谱感知的方法，其特征在于，包括：对噪声环境进行采样得到第一采样矩阵，以便根据所述第一采样矩阵得到第一协方差矩阵；对待感知的无线信号进行采样得到第二采样矩阵，以便根据所述第二采样矩阵得到第二协方差矩阵；依据梯度下降算法计算预设个数第一协方差矩阵的黎曼中值矩阵；根据所述第二协方差矩阵与所述黎曼中值矩阵的几何距离与预设门限的比较结果，判断所述待感知无线信号中是否存在频谱信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于黎曼中值的频谱感知的方法，其特征在于，包括：对噪声环境进行采样得到第一采样矩阵，以便根据所述第一采样矩阵得到第一协方差矩阵；对待感知的无线信号进行采样得到第二采样矩阵，以便根据所述第二采样矩阵得到第二协方差矩阵；依据梯度下降算法计算预设个数第一协方差矩阵的黎曼中值矩阵；根据所述第二协方差矩阵与所述黎曼中值矩阵的几何距离与预设门限的比较结果，判断所述待感知无线信号中是否存在频谱信号。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二协方差矩阵与所述黎曼中值矩阵的几何距离与预设门限的比较结果，判断所述待感知无线信号中是否存在频谱信号包括：利用统计流行度量方法，分别计算所述第一协方差矩阵和所述第二协方差矩阵与所述黎曼中值矩阵的几何距离T和几何距离D；比较所述几何距离T和所述几何距离D的大小；当D>T时，则所述待感知的无线信号中存在频谱信号。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用统计流行度量计算方法，分别计算所述第一协方差矩阵和所述第二协方差矩阵与所述黎曼中值矩阵的几何距离T和几何距离D包括：利用测地线距离分别度量所述第一协方差矩阵和所述第二协方差矩阵与所述黎曼中值矩阵的几何距离T和几何距离D。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据梯度下降算法计算预设个数第一协方差矩阵的黎曼中值矩阵包括：利用矩阵算数平均法计算预设个数第一协方差矩阵的黎曼中值矩阵的初始值；将所述初始值作为梯度下降算法的输入值，利用迭代算法得到预设个数第一协方差矩阵的黎曼中值矩阵。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述依据梯度下降算法计算预设个数第一协方差矩阵的黎曼中值矩阵包括：利用矩阵算数平均法计算N个第一协方差矩阵B1,B2,…,BN的黎曼中值矩阵的初始值R1；结合迭代算法将R1作为梯度下降算法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李江帆，王永华，万频，赵家俊，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44