一种基于尺度迭代和频谱补偿的宽带信号检测方法技术

本发明专利技术属于无线通信技术领域，尤其涉及一种基于尺度迭代和频谱补偿的宽带信号检测方法，针对现有的宽带信号的检测算法易受噪声影响、在低信噪比下检测效果较差、复杂度较高，检测时间长、需要大量先验信息等问题，现提出如下方案，包括以下步骤：步骤A:收信号经过AD采样得到宽带采样信号，经过数字信道化将宽带信号划分为合适带宽的多段信号；本发明专利技术的目的是针对宽带信号，利用形态学滤波带宽筛选的特性，使噪声基底估计更准确，避免不平坦噪底造成误检；利用平滑迭代克服信号中强脉冲和白噪声对信号参数估计造成的误差，通过频谱补偿改善频带混叠信号的检测性能，实现宽带信号的盲检测，提高检测准确度。提高检测准确度。提高检测准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于尺度迭代和频谱补偿的宽带信号检测方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种基于尺度迭代和频谱补偿的宽带信号检测方法。

技术介绍

[0002]宽带信号检测的目的是在宽带频谱上快速找到信号，并估计出各个信号中心频率和带宽，为后续信号分析与处理提供先验信息。在各类民用和军用通信系统中均有大量应用，例如卫星频谱检测、雷达信号扫描以及战场信息的感知等均需要对宽带频谱进行检测。
[0003]然而，在非合作通信中，通常要在先验信息缺失、电磁环境复杂以及存在不平坦有色噪声基底等条件下完成频谱检测，这就要求宽带信号检测算法具备在低信噪比下无需先验信息实现盲检测并具备抗不平坦噪底的功能。
[0004]针对宽带信号的检测算法通常有如下几种：一是信号能量检测法，如Urkowitz(1967)提出未知确定性信号的能量检测方法、黎严(2017)提出改进的多天线信号能量检测方案等，这类方法具有抗频偏的优点，但易受噪声影响，在低信噪比下检测效果较差；二是循环平稳检测法，如A.Tani(2016)提出的基于二阶循环平稳特性算法，优点是检测性能较好，但复杂度较高，检测时间长；三是匹配滤波器检测法，如Z.Zhang(2010)提出的提出了平行匹配滤波器与分段滤波器相结合的检测方法，这类方法在理论上是一种最优的信号检测方法，但是需要载频、带宽、调制方式等大量先验信息，在实际中很难实现，不适用于非协作通信。另外，近年来还提出了一些新型算法，信号检测性能较经典算法有了很大的提升。张洋(2016)提出的梯度双阈值算法对宽带功率谱分段计算梯度,再进行自适应双阈值检测。齐佩汉(2014)提出的功率谱对消法利用分段频带内部分谱线强度和与全部谱线强度和的比值作为检验统计量进行信号存在性的判断。

技术实现思路

[0005]针对现有的宽带信号的检测算法易受噪声影响、在低信噪比下检测效果较差、复杂度较高，检测时间长、需要大量先验信息等问题，而提出了一种基于尺度迭代和频谱补偿的宽带信号检测方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种基于尺度迭代和频谱补偿的宽带信号检测方法，包括如下步骤：
[0008]步骤A:接收信号经过AD采样得到宽带采样信号，经过数字信道化将宽带信号划分为合适带宽的多段信号；
[0009]步骤B:取数段宽带信号，据各段信号功率谱密度计算最大功率谱；
[0010]步骤C:利用尺度迭代形态学滤波算法估计并去除有色噪声基底，并计算出白噪声功率门限；
[0011]步骤D:检测功率谱中幅度最高的信号，估计出其中心频率、带宽以及信号频带起止位置，并根据补偿算法将信号剔除并完成补偿每次检出一个信号后，根据两次信号检测
前后残余信号能量差值高于预设能量门限，则以补偿后的功率谱再次进行步骤D，否则信号检测结束。
[0012]优选的，利用形态学滤波带宽筛选的特性，对功率谱进行形态学滤波迭代，使噪声基底估计更准确，利用平滑迭代克服信号中强脉冲和白噪声对信号参数估计造成的误差，通过频谱补偿改善频带混叠信号的检测性能。
[0013]优选的，所述步骤A具体包括如下步骤：
[0014]A1：计算实信号信道化子信道的中心频率D为数据抽取倍数，整个频带被分为D个实信号的对称子带；
[0015]A2：抗混叠滤波器h
LP
(n)为低通FIR滤波器,K为信道个数,D为抽取因子,且N与D具有整数倍关系,即K＝FD,则传统信道化结构中的第k个子信道的输出为：
[0016][0017]A3：将上式改写为多相滤波结构，得到第k个子信道的输出表达式为：
[0018][0019]A4：将中心频率ω
k
代入式中,此时第k个子信道的输出表达式为：
[0020][0021]优选的，所述步骤B中，将接收数据进行m次分段，每段长度为L，段间间隔为K，提取数据可以矩阵形式表示：
[0022][0023]对每段数据以周期图法估计出各段数据的功率谱P
i
(f)，即
[0024][0025]其中，w(n)是所选窗函数,求出各分段信号功率谱后在每个频率点处求出功率谱的最大值，即
[0026][0027]优选的，所述步骤C具体包括如下步骤：
[0028]B1:尺度B
bi
取值最小检测带宽B
min
为进行一次形态学滤波PN1(f)；
[0029]B2:尺度B
bi
取值上一次滤波尺度B
bi
‑1的二倍进行一次形态学滤波，若尺度大于最大检测带宽B
max
，则以B
max
为尺度进行一次形态学滤波，第i次滤波结果为PN
i
(f)；
[0030]B3:将第i次和第i
‑
1次相邻两次滤波结果差分，差分结果为ΔPN
i
，逐频点比较两次差分结果，若ΔPN
i
(f)＞ΔPN
i
‑1(f)，则将频点f处尺度更新为B
bi
，否则尺度保持不变；
[0031]B4:若B
bi
＝B
max
，则停止迭代；
[0032]B5:各个频点f处以迭代确定的尺度B
bi
(f)进行一次形态学滤波估计出有色噪声基底；
[0033]B6:以原功率谱减B5估计出噪声基底得到噪底平坦的功率谱；
[0034]B7:将功率谱转换为对数功率谱，在功率谱上由0至最大值划定适当个数的功率带并统计落在各带内的频点数，功率带个数越多，白噪声门限估计越准确，相邻功率带频点数分别差分，以差分结果最大的功率带的上限作为白噪声功率门限。
[0035]优选的，所述步骤D中具体包括如下步骤：
[0036]C1:在功率谱中寻找最大值位置f
max
作为中心频率f
Ctr
，在中心频率幅度P(f
Ctr
)
‑
3dB处计算出3dB带宽B
3dB
，带宽左边界为f
3dBL
，右边界为f
3dBR
；
[0037]C2:将功率谱在[f
3dBL
,f
3dBR
]以尺度λ
sm
＝0.1*B
3dB
进行平滑滤波处理后返回C1，循环五次后进入C3；
[0038]C3:经过五次循环平滑后，所得带宽即为3dB带宽，在最终的[f
3dBL
,f
3dBR
]范围内根据下式计算中心频率；
[0039][0040]C4:在f
3dBL
以左，f
3dBR
以右寻找功率谱首个极小值点或零点作为信号主瓣边界，左边界为f
LS
，右边界为f
RS
，在[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于尺度迭代和频谱补偿的宽带信号检测与测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A:收信号经过AD采样得到宽带采样信号，经过数字信道化将宽带信号划分为合适带宽的多段信号；步骤B:取数段宽带信号，据各段信号功率谱密度计算最大功率谱；步骤C:利用尺度迭代形态学滤波算法估计并去除有色噪声基底，并计算出白噪声功率门限；步骤D:检测功率谱中幅度最高的信号，估计出其中心频率、带宽以及信号频带起止位置，并根据补偿算法将信号剔除并完成补偿每次检出一个信号后，根据两次信号检测前后残余信号能量差值高于预设能量门限，则以补偿后的功率谱再次进行步骤D，否则信号检测结束。2.根据权利要求1所述的基于尺度迭代和频谱补偿的宽带信号检测方法，其特征在于，利用形态学滤波带宽筛选的特性，对功率谱进行形态学滤波迭代，使噪声基底估计更准确，利用平滑迭代克服信号中强脉冲和白噪声对信号参数估计造成的误差，通过频谱补偿改善频带混叠信号的检测性能。3.根据权利要求2所述的基于尺度迭代和频谱补偿的宽带信号检测方法，其特征在于，所述步骤A具体包括如下步骤：A1：计算实信号信道化子信道的中心频率D为数据抽取倍数，整个频带被分为D个实信号的对称子带；A2：抗混叠滤波器h
LP
(n)为低通FIR滤波器,K为信道个数,D为抽取因子,且N与D具有整数倍关系,即K＝FD,则传统信道化结构中的第k个子信道的输出为：A3：将上式改写为多相滤波结构，得到第k个子信道的输出表达式为：A4：将中心频率ω
k
代入式中,此时第k个子信道的输出表达式为：4.根据权利要求3所述的基于尺度迭代和频谱补偿的宽带信号检测方法，其特征在于，所述步骤B中，将接收数据进行m次分段，每段长度为L，段间间隔为K，提取数据可以矩阵形式表示：
对每段数据以周期图法估计出各段数据的功率谱P
i
(f)，即其中，w(n)是所选窗函数，求出各分段信号功率谱后在每个频率点处求出功率谱的最大值，即5.根据权利要求4所述的基于尺度迭代和频谱补偿的宽带信号检测方法，其特征在于，所述步骤C具体包括如下步骤：B1:尺度B
bi
取值最小检测带宽B
min
为进行一次形态学滤波PN1(f)；B2:尺度B
bi
取值上一次滤波尺度B
bi
‑1的二倍进行一次形态学滤波，若尺度大于最大检测带宽B
max
，则以B
max
为尺度进行一次形态学滤波，第i次滤波结果为PN
i
(f)；B3:将第i次和第i
‑
1次相邻两次滤波结果差分，差分结果为ΔPN
i
，逐频点比较两次差分结果，若ΔPN

【专利技术属性】
技术研发人员：巩克现，杨晨旭，王忠勇，江桦，刘佳琪，郑向阳，王玮，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：