基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法技术

本发明专利技术属于信号检测领域，特别涉及一种基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，通过构建特定信号的时频图模板；并针对宽带数据时频图，通过时频图模板获取两者相关系数；对相关系数依次通过阈值判决和峰值搜索，通过峰值搜索信号检测来获取宽带数据时频图中特定信号的时频分布。本发明专利技术以宽带时频图为研究对象，从图像处理的角度探讨特定信号的检测，可直接在宽带接收数据中进行特定信号的搜索检测，不仅能提高特定信号检测速度，还能节约窄带接收机资源；并进一步通过仿真实验验证，本案方案能够适用于多种典型特定信号的宽带检测，并且具有较强的抗噪性能，能够针对性地检测特定目标信号，过滤无用数据，具有一定的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】
基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法
本专利技术属于信号检测领域，特别涉及一种基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法。
技术介绍
随着无线电技术的发展和软硬件设备性能的提升，短波、超短波宽带侦察成为国内外的研究热点。宽带侦察的发展提高了侦察效率，但仍有很大的发展空间。针对短波超短波宽频带环境下的特定信号检测问题，传统的处理方法主要分为以人工参与为主的宽带侦察和宽带检测、窄带处理两种。目前，宽带接收机的接收带宽通常为1-30MHz，短波、超短波信号的带宽一般为3-30KHz。以人工参与为主的宽带侦察，要求侦察人员从含有成千上万信号的宽频带中检测目标信号，一方面存在较多的漏检错检，另一方面耗时耗力、效率低下。而宽带检测、窄带处理的模式，先进行宽带的多信号检测，再对中心频率、带宽等调制参数进行估计，而后进行窄带识别。在这种模式下，信号的检测和分类是分离的，整体的性能受限，并且在处理特定信号的检测问题中，不能充分的过滤无用数据，造成窄带处理压力较大。这就必然要求提高宽带侦察的自动化处理能力，而提高自动化处理能力的关键在于从宽带中有效检测出目标信号，这也成为当前的研究热点。
技术实现思路
为此，本专利技术提供一种基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，以宽带时频图为研究对象，从图像处理的角度探讨特定信号的检测，可直接在宽带接收数据中进行特定信号的搜索检测，不仅能提高特定信号检测速度，还能节约窄带接收机资源。按照本专利技术所提供的设计方案，一种基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，包含：构建特定信号的时频图模板；针对宽带数据时频图，通过时频图模板获取两者相关系数；对相关系数依次通过阈值判决和峰值搜索，通过峰值搜索信号检测来获取宽带数据时频图中特定信号的时频分布。作为本专利技术基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，进一步的，利用特定信号在传输结构中含有特定帧结构且短时傅里叶变换获取的时频图上具备的视觉特性特点，构建用于时频图模板的标准模板。作为本专利技术基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，进一步地，通过预先收集的数据样本来构建用于时频图模板的样本模板。作为本专利技术基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，进一步地，针对宽带数据时频图，通过调整时频图模板的时频分辨率参数来进行模板匹配，依据信号统计特性并通过时频图模板逐点滑动来获取宽带数据时频图与时频图模板之间的互相关系数。作为本专利技术基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，进一步地，将信号检测问题转化为模板匹配问题，通过提取图像间特征并利用匹配误差或相关度来进行模板匹配。作为本专利技术基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，进一步地，利用信号序列互相关函数和互协方差函数来获取宽带数据时频图与时频图模板之间的互相关系数。作为本专利技术基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，进一步地，依据互相关系数获取归一化互相关系数矩阵，通过矩阵幅值反映以当前位置为端点区域与时频图模板之间的相关程度，根据信号区域排除多余峰值，并根据时频分辨率获取目标信号所在的时频坐标起止位置。作为本专利技术基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，进一步地，依据目标信号必然存在和必然不存在的情形来设定搜索区域上下限；将上下限区间进行等间隔划分，根据等间隔划分的间隔长度及搜索区域下限来设定阈值大小，若自相关系数大于该阈值，则判定当前区域内目标信号存在，否则判定目标信号不存在；逐点滑动并利用信号区域大小匹配峰值区域，通过消除信号重复检测点来获取信号个数。作为本专利技术基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，进一步地，阈值大小表示为(L+δ*i)，其中，L表示搜索区域下限，δ为等间隔划分的间隔长度，i表示逐点滑动中的当前点。作为本专利技术基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，进一步地，依据信号统计特性的稳定性来选取最优阈值；利用最优阈值及区域内最大值点，并根据时频分辨率换算来得到目标信号时频坐标起止位置。本专利技术的有益效果：本专利技术针对短波超短波宽频带环境下的特定信号检测问题，传统的处理方法主要分为以人工参与为主的宽带侦察和宽带检测、窄带处理两种，存在侦察效率低、自动化处理水平不高等问题，通过预先构建特定信号的时频图模板，逐点滑动求时频图模板与宽带数据时频图的相关系数，对相关系数进行阈值判决和峰值搜索，完成特定信号的初步检测。通过仿真实验，该方法适用于多种典型特定信号的宽带检测，并且具有较强的抗噪性能，能够针对性地检测特定目标信号，过滤无用数据，具有一定的工程应用价值。附图说明：图1为实施例中基于时频图像处理的宽带特定信号检测流程示意；图2为实施例中传输报文结构示意；图3为实施例中Link4a报文结构示意；图4为实施例中Link4a信号谱图示意；图5为实施例中宽带特定信号检测算法原理示意；图6为实施例中特定信号谱图示意；图7为实施例中信道影响效果示意；图8为实施例中信噪比对算法性能影响示意；图9为实施例中不同大小模板类型示意；图10为实施例中相关系数矩阵三维图像示意之一；图11为实施例中不同分辨率模板类型示意；图12为实施例中相关系数矩阵三维图像示意之二；图13为实施例中模板来源对算法性能影响示意。具体实施方式：为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚、明白，下面结合附图和技术方案对本专利技术作进一步详细的说明。传统的宽带侦察方式主要依靠人工监视宽带时频图。据初步统计，在合适的分辨率下，通过视觉观察，人眼能够识别超过90％的信号。实际上，人眼识别信号的过程就是一个图像处理和模板匹配的过程，人眼通过观察时频图，形成信号的模板，再次观察信号时，会将观察到的信号与脑海中的信号模板进行匹配，从而识别信号。本专利技术实施例中，参见图1所示，提供一种基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，以宽带时频图为研究对象，从图像处理的角度探讨特定信号的检测，具体包含：S101、构建特定信号的时频图模板；S102、针对宽带数据时频图，通过时频图模板获取两者相关系数；S103、对相关系数依次通过阈值判决和峰值搜索，通过峰值搜索信号检测来获取宽带数据时频图中特定信号的时频分布。目前图像处理方法在通信信号处理领域得到了广泛的应用。通过图像处理解决信号检测问题，需要考虑分辨率、相关系数阈值等参数的选取以及模板范围的选择、峰值检测等问题。将信号表示成像素点构成的图像时，分辨率过低时会丧失信号的基本特征，分辨率过高时会使得运算量过大，因此，选取合适的分辨率是一个关键。固定阈值的判决方法鲁棒性差，存在较大的漏检或者虚警，根据相关系数的分布合理选取阈值，减少虚警和漏检也是需要解决的问题。不同信号的视觉特性差异较大，只有合理选取特定信号的模板，才能充分体现信号特征。相关系数并不会出现峰值孤点，而是呈现片状的区域，如何对此进行峰值检测，判断信号有无，也需要有效得解决。本案实施例中，通过预先构建特定信号的时频图模板，逐点滑动求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，其特征在于，包含如下内容：/n构建特定信号的时频图模板；/n针对宽带数据时频图，通过时频图模板获取两者相关系数；/n对相关系数依次通过阈值判决和峰值搜索，通过峰值搜索信号检测来获取宽带数据时频图中特定信号的时频分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，其特征在于，包含如下内容：
构建特定信号的时频图模板；
针对宽带数据时频图，通过时频图模板获取两者相关系数；
对相关系数依次通过阈值判决和峰值搜索，通过峰值搜索信号检测来获取宽带数据时频图中特定信号的时频分布。


2.根据权利要求1所述的基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，其特征在于，利用特定信号在传输结构中含有特定帧结构且短时傅里叶变换获取的时频图上具备的视觉特性特点，构建用于时频图模板的标准模板。


3.根据权利要求1所述的基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，其特征在于，通过预先收集的数据样本来构建用于时频图模板的样本模板。


4.根据权利要求1所述的基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，其特征在于，针对宽带数据时频图，通过调整时频图模板的时频分辨率参数来进行模板匹配，依据信号统计特性并通过时频图模板逐点滑动来获取宽带数据时频图与时频图模板之间的互相关系数。


5.根据权利要求1或4所述的基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，其特征在于，将信号检测问题转化为模板匹配问题，通过提取图像间特征并利用匹配误差或相关度来进行模板匹配。


6.根据权利要求1所述的基于时频图像处理的宽带特定信号检测方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟，李天昀，许漫坤，陈洋，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南;41