基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法及装置，相关方案不仅能够从噪声中检测周期性的弱信号，并且不受采样过程中引入的偶数倍采样周期的周期性弱干扰信号的影响；而且，由于中位数本身是一个抗极值干扰的统计量，因此，该方法具有较好的稳健性。此外，该方案还存在一个潜在的特性：由于左右差中的最大值与周期性弱信号的信噪比呈正相关性，因此，对于确定形状的周期性弱信号，还能够用于估算信号的信噪比。

【技术实现步骤摘要】
基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法及装置
本专利技术涉及信号处理
，尤其涉及一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法及装置。
技术介绍
对于信噪比(SNR，Signal-to-NoiseRatio)很低以至于信号波形被淹没在噪声中的周期性弱信号，直接观察波形无法判断弱信号是否存在，因此需要通过专门的方法来检测。周期性弱信号的检测在通信、机械探伤、神经生物学等诸多领域被广泛应用。一种简单有效的检测方法是数字累加法，该方法通过ADC(Analog-to-DigitalConverter，模数转换器)对信号进行采样，ADC的采样率恰好是待检测的弱信号的重复频率的整数倍。通过对多个重复周期的信号波形进行对应采样点累加，可以提高弱信号的信噪比，当累加次数足够多时，弱信号对应的累加和将明显区别于噪声对应的累加和，使得弱信号的存在能够被检测出来。该方法在GERHARDSCHMIDT等人的论文(ComplementaryCodeandDigitalFilteringforDetectionofWeakVHFRadarSignalsfromtheMesosphere，1979年)中被报道过。早期的ADC，其数据时钟和采样时钟是同一个时钟。随着ADC采样率的不断提高，出现了一些类型的ADC，其采样时钟频率为数据时钟频率的偶数倍，这种设计可以降低ADC的采样数据向后端传输的难度，例如：TEXASINSTRUMENTS公司的ADS5400芯片。然而，在这种设计下，由于ADC的内部电路部分地工作在与采样率不同的时钟频率下，在ADC的采样数据中，会混入周期性的弱干扰信号，该弱干扰信号的周期是ADC采样周期的偶数倍。由于该弱干扰信号是ADC的内部电路产生的，因此无法通过ADC之前的模拟滤波电路消除。当弱干扰信号的信噪比无法被视为远远小于待检测的周期性弱信号的信噪比时，弱干扰信号的存在可能会严重地影响数字累加法的检测结果，甚至可能会造成数字累加法的失效。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法及装置，以消除偶数倍采样周期的弱干扰信号对周期性弱信号检测的影响。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法，包括：利用ADC采样一个可能存在周期性弱信号的模拟信号后得到采样数据，所述ADC的采样率是所述周期性弱信号的重复频率的N倍，N＝4P，P为正整数，所述采样数据的数量为N×L+P，L为正整数；所述周期性弱信号信噪比小于设定的最低指标；将采样数据按照序号输出为两路，从而得到两组采样数据，两组采样数据之间存在P个数据的延迟，每一组采样数据都分割为L段，每一段采样数据的数量为4P，两组数据存在部分重叠；通过伪中位数提取方法计算出每一段采样数据的左右伪中位数；再以组为单元，对组内所有左伪中位数与右伪中位数分别求和，再计算求和结果差值的绝对值作为左右差，从而得到两个左右差；将左右差中的最大值与设定的阈值进行比较；若左右差中的最大值大于阈值，则认定周期性弱信号存在，通过左右差中的最大值计算信噪比；否则，则认定周期性弱信号不存在。一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测装置，包括：ADC与数字检测单元；其中：ADC，用于采样一个可能存在周期性弱信号的模拟信号，得到采样数据，所述ADC的采样率是所述周期性弱信号的重复频率的N倍，N＝4P，P为正整数，所述采样数据的数量为N×L+P，L为正整数；所述周期性弱信号信噪比小于设定的最低指标；数字检测单元包括：数据划分与延迟单元、左右差计算单元、两输入最大值计算单元、以及过阈甄别单元；数据划分与延迟单元，用于将采样数据按照序号输出为两路，从而得到两组采样数据，两组采样数据之间存在P个数据的延迟，每一组采样数据都分割为L段，每一段采样数据的数量为4P，两组数据存在部分重叠；左右差计算单元，通过伪中位数提取方法计算出每一段采样数据的左右伪中位数；再以组为单元，对组内所有左伪中位数与右伪中位数分别求和，再计算求和结果差值的绝对值作为左右差，从而得到两个左右差；两输入最大值计算单元，用于选出左右差中的最大值；过阈甄别单元，用于将左右差中的最大值与设定的阈值进行比较；若左右差中的最大值大于阈值，则认定周期性弱信号存在，通过左右差中的最大值计算信噪比；否则，则认定周期性弱信号不存在。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，不仅能够从噪声中检测周期性的弱信号，并且不受采样过程中引入的偶数倍采样周期的周期性弱干扰信号的影响；而且，由于中位数本身是一个抗极值干扰的统计量，因此，该方法具有较好的稳健性。此外，该方案还存在一个潜在的特性：由于左右差中的最大值与周期性弱信号的信噪比呈正相关性，因此，对于确定形状的周期性弱信号，还能够用于估算信号的信噪比。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测装置的示意图；图3为本专利技术实施例提供的数字检测单元的示意图；图4为本专利技术实施例提供的左右差计算单元的示意图；图5为本专利技术实施例提供的K输入中位数提取单元的示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法，如图1所示，其主要包括：1、利用ADC采样一个可能存在周期性弱信号的模拟信号后得到采样数据，所述ADC的采样率是所述周期性弱信号的重复频率的N倍，N＝4P，P为正整数，所述采样数据的数量为N×L+P，L为正整数；所述周期性弱信号信噪比小于设定的最低指标。本专利技术实施例中，可以先通过滤波器对模拟信号进行滤波后，再进入ADC进行采样。2、将采样数据按照序号输出为两路，从而得到两组采样数据，两组采样数据之间存在P个数据的延迟，每一组采样数据都分割为L段，每一段采样数据的数量为4P；通过伪中位数提取方法计算出每一段采样数据的左右伪中位数；再以组为单元，对组内所有左伪中位数与右伪中位数分别求和，再计算求和结果差值的绝对值作为左右差，从而得到两个左右差。本步骤优选实施方式如下：第一组采样数据为：序号从1～N×L的采样数据；第二组采样数据为：序号从P+1～N×L+P的采样数据；第一组采样数据计算出的左右伪中位数序列记为ML[i]、MR[i]；第二组采样数据计算出的左右伪中位数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法，其特征在于，包括：/n利用ADC采样一个可能存在周期性弱信号的模拟信号后得到采样数据，所述ADC的采样率是所述周期性弱信号的重复频率的N倍，N＝4P，P为正整数，所述采样数据的数量为N×L+P，L为正整数；所述周期性弱信号信噪比小于设定的最低指标；/n将采样数据按照序号输出为两路，从而得到两组采样数据，两组采样数据之间存在P个数据的延迟，每一组采样数据都分割为L段，每一段采样数据的数量为4P，两组数据存在部分重叠；通过伪中位数提取方法计算出每一段采样数据的左右伪中位数；再以组为单元，对组内所有左伪中位数与右伪中位数分别求和，再计算求和结果差值的绝对值作为左右差，从而得到两个左右差；/n将左右差中的最大值与设定的阈值进行比较；若左右差中的最大值大于阈值，则认定周期性弱信号存在，通过左右差中的最大值计算信噪比；否则，则认定周期性弱信号不存在。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法，其特征在于，包括：
利用ADC采样一个可能存在周期性弱信号的模拟信号后得到采样数据，所述ADC的采样率是所述周期性弱信号的重复频率的N倍，N＝4P，P为正整数，所述采样数据的数量为N×L+P，L为正整数；所述周期性弱信号信噪比小于设定的最低指标；
将采样数据按照序号输出为两路，从而得到两组采样数据，两组采样数据之间存在P个数据的延迟，每一组采样数据都分割为L段，每一段采样数据的数量为4P，两组数据存在部分重叠；通过伪中位数提取方法计算出每一段采样数据的左右伪中位数；再以组为单元，对组内所有左伪中位数与右伪中位数分别求和，再计算求和结果差值的绝对值作为左右差，从而得到两个左右差；
将左右差中的最大值与设定的阈值进行比较；若左右差中的最大值大于阈值，则认定周期性弱信号存在，通过左右差中的最大值计算信噪比；否则，则认定周期性弱信号不存在。


2.根据权利要求1所述的一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法，其特征在于，所述将所有采样数据按照序号划分为两组，每一组都分割为L段，每一段采样数据的数量为4P，通过伪中位数提取方法计算出每一段采样数据的左右伪中位数；再以组为单元，对组内所有左伪中位数与右伪中位数分别求和，再计算求和结果差值的绝对值作为左右差，从而得到两个左右差包括：
第一组采样数据为：序号从1～N×L的采样数据；第二组采样数据为：序号从P+1～N×L+P的采样数据；
第一组采样数据计算出的左右伪中位数序列记为ML[i]、MR[i]；第二组采样数据计算出的左右伪中位数序列记为M'L[i]、M'R[i]，i＝1,2,…,L；
对所有的ML[i]、MR[i]、M'L[i]、以及M'R[i]各自分别进行求和，求和结果对应的记为：SUML、SUMR、SUM'L、以及SUM'R；
再计算左右差DLR和D'LR，其中，DLR＝|SUML-SUMR|，D'LR＝|SUM'L-SUM'R|。


3.根据权利要求1或2所述的一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法，其特征在于，通过伪中位数提取方法计算出每一段数据的左右伪中位数的方式包括：
每一段采样数据的数量量为4P，将序号从1～2P的采样数据作为DataL，序号从2P+1～4P的采样数据作为DataR；
对于DataL，将其均匀地切分成2P/K段，每一段的数据量为K，每一段通过K输入中位数提取单元计算中位数，从而得到一个中位数序列；其中，2P＝KA，K为偶数，A为正整数；
若得到的中位数序列的长度大于1，则将中位数序列均匀地切分成若干段，每一段的数据量为K，每一段通过K输入中位数提取单元计算中位数，从而得到一个新的中位数序列；如此反复，直到中位数序列中只有一个中位数，最终得到的这一中位数即为所属采样数据的左伪中位数；
对于DataR，采用相同的方式处理，得到所属采样数据的右伪中位数。


4.根据权利要求3所述的一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法，其特征在于，所述K输入中位数提取单元计算中位数的方式包括：
所述K输入中位数提取单元先对K个输入的数据按数值大小进行排序得到一个有序的序列SD[k]，k＝1,2,…,K，然后计算中位数M＝(SD[K/2]+SD[K/2+1])/2。


5.一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测装置，其特征在于，包括：ADC与数字检测单元；其中：
ADC，用于采样一个可能存在周期性弱信号的模拟信号，得到采样数据，所述ADC的采样率是所述周期性弱信号的重复频率的N倍，N＝4P，P为正整数，所述采样数据的数量为N×L+P，L为正整数；所述周期性弱信号信噪比小于设定的最低指标；
数字检测单元包括：数据划分与延迟单元、左右差...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈仲弢，胡佳栋，刘树彬，封常青，安琪，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34