基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法及系统，应用于频谱拼接技术领域，所述方法包括先对原始宽带信号划分为若干重叠的子频带信号，再对子频带信号进行监测，进而获取各子频带谱线的幅值和相位数据：采用缝合的方法对子频带信号进行拼接，重建原始宽带信号。本发明专利技术通过将宽带信号频谱划分为多个相互重叠的窄带区间进行监测，对相邻子频带信号重叠部分数据进行处理，拼接时分别同时生成两条频谱，并对两条频谱的结果进行融合平均，最终获得一条拼接频谱，重建原始宽带信号，大大提高频谱监测的准确性，解决分布式频谱监测拼接误差大的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法及系统
本专利技术涉及频谱拼接
，尤其涉及一种基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法及系统。
技术介绍
无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)是一种新型的分布式信息获取系统，它以无线自组织网络技术为基础，并对其功能应用提出了更高的要求。WSN可以大范围快速地部署大量的节点到目标监测区域中，多节点协同工作获取关于目标的多项信息，并在个别节点死亡时对网络进行动态拓扑，保证整个系统的容错性和抗毁性，由于性能要求不高、消耗硬件资源少，单个节点功耗极低，整个网络的工作时间将会很长。基于以上特点，WSN在军事战场、紧急救灾、临时无线电管控等场合非常适合使用。与分布式的宽带电磁频谱监测形式类似的系统在2012年左右被提出过，但它们并未实现窄带的频谱拼接，这是一个较新的理论体系。关于窄带频谱拼接，文献《一种基于软件无线电的频谱扫描技术》构建了一种基于软件无线电的频谱拼接实现平台，借助单个软件无线电装置进行扫频式采集并与原始频谱对比，验证了频谱拼接技术的可行性。文献《一种有效的宽带数字侦察接收机信号检测方法》提出了一种宽带信号频谱的检测方法，该方法采用数字信道化方法将频谱划分为均匀窄子带，各子带经FFT运算后拼接出整个接收带宽的频谱。以上两种方法均是将数字化的频谱数据直接拼接，与扫频仪的工作方式类似，因此性能较为一般。在公开号为CN110988875A的一种超高分辨率星载SAR系统多子带频谱拼接合成方法的专利中，通过脉冲压缩、频谱拼接、子带间的线性相位不一致性校正、幅度差与相位差补偿、以及频谱拼接的处理流程，最终实现满足成像指标要求的超高分辨率成像结果。但该方法中只从相位方向上对子带信号进行拼接，不能实现高精确性的频谱监测。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中连续大带宽范围的频谱监测精确性较低的缺陷，本专利技术公开了一种基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法及系统，通过将宽带信号频谱划分为多个相互重叠的窄带区间进行监测，对相邻子频带信号重叠部分数据进行处理，拼接时分别同时生成两条频谱，并对两条频谱的结果进行融合平均，最终获得一条拼接频谱，重建原始宽带信号，大大提高频谱监测的准确性，解决分布式频谱监测拼接误差大的问题。技术方案：为实现上述技术目的，本专利技术采用以下技术方案。一种基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法，包括以下步骤：S1、原始宽带信号划分：获取一定范围的待监测的原始宽带信号，将原始宽带信号划分为若干子频带，子频带内包括若干谱线，相邻子频带的频率区间相互重叠；S2、对子频带信号进行监测：将所述子频带信号输入到各监测节点，所述监测节点为不同本振频率的下变频通道；将子频带信号下变频到基带，再通过低通滤波器滤除高频分量，输出变频且滤除高频分量的信号；S3、获取每个通道内子频带谱线的幅值和相位数据：对变频且滤除高频分量的信号进行采样，并通过FFT处理得到信号内所有谱线的幅值和相位数据；S4、对子频带信号进行拼接，重建原始宽带信号：根据幅值和相位拟合曲线对子频带信号并行拼接，在遇到死亡节点的子频带信号时忽略该频段，并记录全部谱线的幅值和相位数据，完成拼接，重建原始宽带信号，出现死亡节点的频段在重建后的原始宽带信号中为空洞信号。优选地，所述步骤S1相邻子频带的频率区间相互重叠中，子频带及其重叠部分的谱线个数均按实际需求自由配置。优选地，所述步骤S2中低通滤波器的截止频率为各通道的子频带信号宽度。优选地，所述步骤S2中获取变频且滤除高频分量的信号，具体过程为：S21、选取通道i的本振的频率：其中，ωs为频谱相邻频点的间距，为通道i内子频带信号频率范围起点的频率，K为子频带信号的谱线条数，P为相邻子频带的频率区间相互重叠的谱线条数；S22、通过通道i的本振的频率将子频带信号下变频到基带：其中为变频后的信号，为通道i的本振的频率，Gi为混频器的变频损耗或增益，φi为本振信号的初始相位，和分别为kωs和-kωs频点的幅值；S23、通过低通滤波器滤除高频分量：其中为变频后的信号。优选地，所述步骤S4中对子频带进行拼接的具体过程包括：S41、对子频带信号每两个一组并行拼接，若有单个剩余子频带信号则在下一次进行拼接，在遇到死亡节点的子频带信号时忽略该频段；S42、若最终得到的子频带信号数量为一或死亡节点的子频带信号两端其他子频带信号已完成拼接时，则完成全部拼接，重建原始宽带信号，出现死亡节点的频段在重建后的原始宽带信号中为空洞信号，执行步骤S43；否则，对拼接后的子频带信号谱线数进行更新，未拼接的子频带信号谱线数不变，返回步骤S41，继续拼接；S43、存储记录子频带信号中全部谱线的幅值和相位数据。优选地，所述S41中对子频带信号每两个一组并行拼接的具体过程为：S411、获取相邻子频带信号重叠部分的谱线的幅值和相位数据，分别计算重叠部分的谱线幅值的比值，获取重叠部分的谱线的幅值比值的平均值；拟合重叠部分的谱线相位差，获取所述相位差的曲线斜率和截距；S412、根据重叠部分谱线的相邻子频带信号中的位置，根据重叠部分谱线分别向两个方向进行幅值外推和相位外推，生成两条频谱；S413、对两个外推的结果进行融合平均，将融合平均后的幅值和相位数据作为拼接后子频带信号的所有谱线的幅值和相位数据，完成相邻子频带信号的拼接。优选地，所述步骤S412中幅值外推和相位外推的计算过程为：其中分别为相邻子频带信号重叠部分的谱线的幅值数据，分别为相邻子频带信号重叠部分的谱线的相位数据，Ki、Ki+1分别为相邻子频带信号的谱线条数，P为相邻子频带信号的重叠部分的谱线条数。一种基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测系统，用于实现以上任一所述的一种基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法，包括无线传感器网络，所述无线传感器网络包括若干监测节点、拼接模块和存储器，拼接模块与所有监测节点相连，存储器与拼接模块连接；所述监测节点用于接收子频带信号，拼接模块用于对子频带信号进行频谱缝合，存储器用于存储子频带信号内所有谱线的幅值和相位数据。优选地，所述拼接模块还包括依次连接的混频器、低通滤波器和信号采样器；所述混频器用于对子频带信号进行变频，低通滤波器用于滤除变频后的信号的高频分量，信号采用器用于对变频且滤除高频分量的信号进行采样。有益效果：1、本专利技术通过将宽带信号频谱划分为多个相互重叠的窄带区间进行监测，对相邻子频带信号重叠部分数据并行处理，在拼接时分别同时生成两条频谱，并对两条频谱的结果进行融合平均，最终获得一条拼接频谱，重建原始宽带信号，大大提高频谱监测的准确性，解决分布式频谱监测拼接误差大的问题；2、本专利技术中在遇到死亡节点的频段时自动忽略，对其他子频带信号并行拼接，避免了拼接过程卡住的问题，仍可监测其他频谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、原始宽带信号划分：获取一定范围的待监测的原始宽带信号，将原始宽带信号划分为若干子频带，子频带内包括若干谱线，相邻子频带的频率区间相互重叠；/nS2、对子频带信号进行监测：将所述子频带信号输入到各监测节点，所述监测节点为不同本振频率的下变频通道；将子频带信号下变频到基带，再通过低通滤波器滤除高频分量，输出变频且滤除高频分量的信号；/nS3、获取每个通道内子频带谱线的幅值和相位数据：对变频且滤除高频分量的信号进行采样，并通过FFT处理得到信号内所有谱线的幅值和相位数据；/nS4、对子频带信号进行拼接，重建原始宽带信号：根据幅值和相位拟合曲线对子频带信号并行拼接，在遇到死亡节点的子频带信号时忽略该频段，并记录全部谱线的幅值和相位数据，完成拼接，重建原始宽带信号，出现死亡节点的频段在重建后的原始宽带信号中为空洞信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、原始宽带信号划分：获取一定范围的待监测的原始宽带信号，将原始宽带信号划分为若干子频带，子频带内包括若干谱线，相邻子频带的频率区间相互重叠；
S2、对子频带信号进行监测：将所述子频带信号输入到各监测节点，所述监测节点为不同本振频率的下变频通道；将子频带信号下变频到基带，再通过低通滤波器滤除高频分量，输出变频且滤除高频分量的信号；
S3、获取每个通道内子频带谱线的幅值和相位数据：对变频且滤除高频分量的信号进行采样，并通过FFT处理得到信号内所有谱线的幅值和相位数据；
S4、对子频带信号进行拼接，重建原始宽带信号：根据幅值和相位拟合曲线对子频带信号并行拼接，在遇到死亡节点的子频带信号时忽略该频段，并记录全部谱线的幅值和相位数据，完成拼接，重建原始宽带信号，出现死亡节点的频段在重建后的原始宽带信号中为空洞信号。


2.根据权利要求1所述的一种基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法，其特征在于：所述步骤S1相邻子频带的频率区间相互重叠中，子频带及其重叠部分的谱线个数均按实际需求自由配置。


3.根据权利要求1所述的一种基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法，其特征在于：所述步骤S2中低通滤波器的截止频率为各通道的子频带信号宽度。


4.根据权利要求1所述的一种基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法，其特征在于，所述步骤S2中获取变频且滤除高频分量的信号，具体过程为：
S21、选取通道i的本振的频率：



其中，ωs为频谱相邻频点的间距，为通道i内子频带信号频谱范围起点的频率，K为子频带信号的谱线条数，P为相邻子频带的频率区间相互重叠的谱线条数；
S22、通过通道i的本振的频率将子频带信号下变频到基带：



其中为变频后的信号，为通道i的本振的频率，Gi为混频器的变频损耗或增益，φi为本振信号的初始相位，和分别为kωs和-kωs频点的幅值；
S23、通过低通滤波器滤除高频分量：



其中为变频后的信号。


5.根据权利要求1所述的一种基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法，其特征在于，所述步骤S4中对子频带进行拼接的具体过程包括：
S41、对子频带信号每两个一组并行拼接，若有单个剩余子频带信号则在下一次进行拼接，在遇到...

【专利技术属性】
技术研发人员：王可，周斌，金圣峣，
申请(专利权)人：江苏集萃移动通信技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32