一种基于图的正弦信号检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术针对在高斯白噪声背景下对正弦信号检测时受信噪比以及样本量影响较大等问题，提出了一种基于图的正弦信号检测方法。首先对接收信号做去极值处理，而后通过将去极大值后的功率谱转化为简单无向图，并将图的无符号拉普拉斯矩阵的最小特征值与预设阈值比较结果作为判决规则，检验所述功率谱图是否为全连通图。若为全连通图，则判定接收信号为单频正弦信号，否则判定为其他类型信号。计算机仿真结果表明，该方法在低信噪比及信号样本量较小的条件下，具有较好的检测性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图的正弦信号检测方法及装置
本专利技术属于信号处理
，具体涉及一种基于图的正弦信号检测方法及装置。
技术介绍
在通信和雷达系统的信号处理中，高斯白噪声背景下的正弦信号检测往往是其它信号调制方式识别的前提，在信号处理中有其特殊意义。在已有的正弦信号检测、分析等处理中，往往从时域波形、频域频谱、变换域函数等不同的角度观察和表征，并基于此进行特征提取。然而，上述方法也面临着一些困难。例如，当信噪比极低时，则很难在时域或频域检测到信号，该问题仍然具有相当的挑战性。此外，当样本量较小时，几乎所有统计特征的估计都会产生较大的方差，从而降低信号检测器的可靠性。虽然更多的样本可以得到更好的特征估计，但这也会造成更大的计算负担。此外，信号的动态范围会随时间和环境而变化，从而使得信号处理的鲁棒下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于图的正弦信号检测方法及装置，能够实现对高斯白噪声背景下正弦信号的检测。为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：第一方面，本专利技术提供了一种基于图的正弦信号检测方法及装置，包括以下步骤：获取接收信号功率谱；确定所述功率谱中的极大值所对应的位置点，并将所述位置点及其左右各两点的幅度置为0，得到去极值后的功率谱；将所述去极值后的功率谱转化为图，得到信号的功率谱图；计算所述功率谱图的无符号拉普拉斯矩阵的最小特征值；通过将所述功率谱图的无符号拉普拉斯矩阵的最小特征值与阈值进行比较，判断接收信号是否为正弦信号。进一步的，，所述获取接收信号功率谱包括：对接收信号做M点傅里叶变换，得到其功率谱X(m)为:其中，Δt为量化采样间隔；N为样本长度，M为傅里叶变换点数，x(n)为接收信号。进一步的，所述将所述去极值后的功率谱转化为图包括：依次对去极值后的功率谱进行归一化和均匀量化，得到归一均衡功率谱；设定量化级数为γ，将所述归一均衡功率谱转化为具有γ个顶点的图G。进一步的，所述依次对去极值后的功率谱进行归一化和均匀量化包括：设定X'(m)的最大和最小幅度分别为获得归一化后的信号频谱为：设定量化级数为γ，则得到一组离散振幅{1/γ,2/γ,...1}；将归一化功率谱振幅四舍五入量化到最接近的量化值，量化后的归一化功率谱为：则所述将所述归一均衡功率谱转化为具有γ个顶点的图G包括：以量化后归一化功率谱的γ个量化值为顶点定义各顶点连线为图的边，则图的边的集合为其中得到信号的功率谱图G＝(VX,EX)。进一步的，所述计算所述功率谱图的无符号拉普拉斯矩阵的最小特征值包括：定义邻接矩阵为：其中aii＝0,且aij∈{0,1},i,j＝1,2,...γ；定义所述功率谱图的度对角矩阵为：则所述功率谱图的无符号拉普拉斯矩阵定义为：其中λmin为所述功率谱图的无符号拉普拉斯矩阵最小特征值。进一步的，所述通过将所述功率谱图的无符号拉普拉斯矩阵的最小特征值与阈值进行比较，判断接收信号是否为正弦信号包括：将所述功率谱图的无符号拉普拉斯矩阵最小特征值λmin作为衡量信号图全连通性的指标，并设置相应的阈值η＝γ-2，根据阈值η和所述功率谱图的无符号拉普拉斯矩阵最小特征值λmin的比较结果判断获取的信号是否为正弦信号。进一步的，根据阈值η和图的无符号拉普拉斯矩阵最小特征值λmin的比较结果判断获取的接收信号是否为正弦信号包括：若|λmin-η|＜3，则判为该信号为正弦信号；若|λmin-η|≥3，则判为该信号为非正弦信号。第二方面，本专利技术提供了一种正弦信号检测装置，所述装置包括：功率谱获取模块：用于获取接收信号功率谱；去极值模块：用于确定所述功率谱中的极大值所对应的位置点，并将所述位置点及其左右各两点的幅度置为0，得到去极值后的功率谱；谱图转化模块：用于将所述去极值后的功率谱转化为图，得到信号的功率谱图；特征值模块：用于计算所述功率谱图的无符号拉普拉斯矩阵的最小特征值；比较判决模块：用于通过将所述功率谱图的无符号拉普拉斯矩阵的最小特征值与阈值进行比较，判断接收信号是否为正弦信号。第三方面，本专利技术提供一种正弦信号检测装置，其特征在于，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行上述方法的步骤。第四方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：本专利技术提出了一种基于图的正弦信号检验方法，通过对接收信号做去极值处理后，将其功率谱转化为图，通过图的无符号拉普拉斯矩阵最小特征值对其是否为全连通图进行判断，从而实现对高斯白噪声背景下正弦信号的检测，该方法在非协作通信环境及低信噪比及信号样本量较小的条件下，具有较好的性能，具有一定的工程应用前景。附图说明图1是一种基于图的正弦信号检测方法及装置流程示意图；图2是接收正弦信号去极值后的信号功率谱所构建的图；图3是接收BFSK信号去极值后的信号功率谱所构建的图；图4是接收BPSK信号去极值后的信号功率谱所构建的图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。实施例一：本实施例提供一种基于图的正弦信号检测方法，包括以下步骤：步骤(1)：获取接收信号，转化为功率谱后进行去极值处理。计算接收信号的功率谱，找出功率谱中的极大值所对应的位置，并将该点及其左右各两点的幅度置为0。步骤(2)：将去极值后的功率谱转化为图。依次对去极值后的功率谱进行归一化和均匀量化，若量化级数为γ，则可将其功率谱转化为具有γ个顶点的图G。步骤(3)：计算图的无符号拉普拉斯矩阵最小特征值。计算图的无符号拉普拉斯矩阵最小特征值λmin作为判决指标，并设置相应的阈值η＝γ-2，将正弦信号检测问题转化为如下设定检验：H0：接收信号为正弦信号；H1：接收信号为非正弦信号.步骤(4)：比较判决。通过图的无符号拉普拉斯矩阵最小特征值λmin与阈值加以比较，判断接收信号是否为正弦信号。若|λmin-η|＜3，则判为H0；若|λmin-η|≥3，则为H1。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：所述步骤(1)具体包括：对接收信号做M点傅里叶变换，可得到其功率谱为其中，Δt为量化采样间隔；N为样本长度，M为傅里叶变换点数，x(n)为接收信号。找到X(m)的局部极大值所对应的位置m0，则以m0为中心，将其左右各两点的功率值置为0，得到去极值后的功率谱X'(m)。本实施例中接收信号x(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图的正弦信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n获取接收信号功率谱；/n确定所述功率谱中的极大值所对应的位置点，并将所述位置点及其左右各两点的幅度置为0，得到去极值后的功率谱；/n将所述去极值后的功率谱转化为图，得到信号的功率谱图；/n计算所述功率谱图的无符号拉普拉斯矩阵的最小特征值；/n通过将所述功率谱图的无符号拉普拉斯矩阵的最小特征值与阈值进行比较，判断接收信号是否为正弦信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于图的正弦信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取接收信号功率谱；
确定所述功率谱中的极大值所对应的位置点，并将所述位置点及其左右各两点的幅度置为0，得到去极值后的功率谱；
将所述去极值后的功率谱转化为图，得到信号的功率谱图；
计算所述功率谱图的无符号拉普拉斯矩阵的最小特征值；
通过将所述功率谱图的无符号拉普拉斯矩阵的最小特征值与阈值进行比较，判断接收信号是否为正弦信号。


2.根据权利要求1所述的基于图的正弦信号检测方法，其特征在于，所述获取接收信号功率谱包括：对接收信号做M点傅里叶变换，得到其功率谱X(m)为:



其中，Δt为量化采样间隔；N为样本长度，M为傅里叶变换点数，x(n)为接收信号。


3.根据权利要求1所述的基于图的正弦信号检测方法，其特征在于，所述将所述去极值后的功率谱转化为图包括：
依次对去极值后的功率谱进行归一化和均匀量化，得到归一均衡功率谱；
设定量化级数为γ，将所述归一均衡功率谱转化为具有γ个顶点的图G。


4.根据权利要求3所述的基于图的正弦信号检测方法，其特征在于，所述依次对去极值后的功率谱进行归一化和均匀量化包括：
设定X'(m)的最大和最小幅度分别为获得归一化后的信号频谱为：



设定量化级数为γ，则得到一组离散振幅{1/γ,2/γ,...1}；
将归一化功率谱振幅四舍五入量化到最接近的量化值，量化后的归一化功率谱为：



则所述将所述归一均衡功率谱转化为具有γ个顶点的图G包括：以量化后归一化功率谱的γ个量化值为顶点定义各顶点连线为图的边，则图的边的集合为其中得到信号的功率谱图G＝(VX,EX)。


5.根据权利要求4所述的基于图的正弦信号检测方法，其特征在于，所述计算所述功率谱图的无符号拉普拉斯矩阵的最小特征值包括：
定义邻接矩阵为：



其中aii＝0,且aij∈{0,1},i,j＝1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴珊珊，胡国兵，王书旺，汤滟，赵敦博，顾斌，刘晨宇，
申请(专利权)人：南京信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32