一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法及系统，其包括：采用最大似然算法计算接收信号的时域信息的采样频偏粗估计；基于采样频偏粗估计值，采用遍历法对本地长同步信号进行修正，生成经过频偏修正的本地长同步信号；经频偏修正的本地长同步信号与接收信号做滑动相关计算，进行采样频偏的精确估计，进而确定接收信号中的长同步信号起始点，完成对微弱信号的检测。本发明专利技术能在低频低信噪比的检测条件下，补偿采样频偏对接收信号中长同步信号造成的影响，利用长时间累积提高接收信噪比，检测出接收信号中的长同步信号位置，进而实现TTE通信。本发明专利技术可以在地电极电流场无线通信领域中应用。场无线通信领域中应用。场无线通信领域中应用。

【技术实现步骤摘要】
一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种地电极电流场无线通信领域，特别是关于一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法及系统。

技术介绍

[0002]地电极电流场无线透地(Through
‑
The
‑
Earth,TTE)通信，是一种以大地为信道的信息传输技术。对于TTE通信使用的极低频的信号，其具有强穿透性，但发射频率低，信号发送和接收往往需要很长时间。此时，收发机不同频率的晶振所导致的采样频偏对接收端同步的影响将被放大。而且TTE通信信号传输衰减严重，信号在噪声的影响下难以检测，现有的低频长同步信号的相关检测方法很少，并不适用于TTE通信系统。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法及系统，其能在低频低信噪比的检测条件下，补偿采样频偏对接收信号中长同步信号造成的影响，利用长时间累积提高接收信噪比，检测出接收信号中的长同步信号位置，进而实现TTE通信。
[0004]为实现上述目的，第一方面，本专利技术采取的技术方案为：一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法，包括：采用最大似然算法计算接收信号的时域信息的采样频偏粗估计；基于采样频偏粗估计值，采用遍历法对本地长同步信号进行修正，生成经过频偏修正的本地长同步信号；经频偏修正的本地长同步信号与接收信号做滑动相关计算，进行采样频偏的精确估计，进而确定接收信号中的长同步信号起始点，完成微弱信号检测。
[0005]进一步，生成经过频偏修正的本地长同步信号，包括：
[0006]假设接收过程中实际累积一个采样时钟偏差的采样个数为N
′
，N
′
的值在[N
‑
x,N+x]内，x的值取为N/10，N为采样频偏粗估计值；
[0007]将N
′
在[N
‑
x,N+x]内遍历，并在每次遍历中将本地长同步信号根据训练信号间相位旋转角度θ的正负值，每间隔N
′
个采样点插入或去除一个采样点，以修正残余偏差，生成经过频偏修正的本地长同步信号。
[0008]进一步，根据训练信号间相位旋转角度θ的正负值，每间隔N
′
个采样点插入或去除一个采样点，包括：
[0009]训练信号间相位旋转角度θ为正值时，每间隔N
′
个采样点插入一个采样点，并在插入的采样值取前后两个采样点值的平均数，以修正残余偏差；
[0010]训练信号间相位旋转角度θ为负值时，每间隔N
′
个采样点去除一个采样点，以修正残余偏差。
[0011]进一步，进行采样频偏的精确估计，包括：
[0012]每条经过频偏修正的本地长同步信号与接收信号进行滑动相关计算，记录每次遍历中的N
′
值与第一相关峰值K；
[0013]根据最大第一相关峰值K
max
确定采样频偏精估计值，由采样频偏精估计值再次对本地长同步信号采用内插法进行修正，生成经长相关算法后的本地长同步信号。
[0014]进一步，由采样频偏精估计值再次对本地长同步信号采用内插法进行修正，包括：
[0015]根据符号间相位旋转角度θ的正负值，将本地长同步信号每N
pre
个采样点插入或去除一个采样点；N
pre
为采样频偏精估计值；
[0016]符号间相位旋转角度θ为正值，将本地长同步信号每N
pre
个采样点插入一个采样点；训练信号间相位旋转角度θ为负值时，将本地长同步信号每N
pre
个采样点去除一个采样点。
[0017]进一步，确定接收信号中的长同步信号起始点，包括：
[0018]将经长相关算法后的本地长同步信号与接收信号进行滑动相关计算，假设第二相关峰值为K
re
，根据第二相关峰值确定相关阈值，在一次滑动相关检测中若第二相关峰值超过相关阈值，则认定检测到同步信号。
[0019]进一步，相关阈值为：0.9K
re
。
[0020]第二方面，本专利技术采取的技术方案为：一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测系统，其包括：粗估计模块，采用最大似然算法计算接收信号的时域信息的采样频偏粗估计；修正模块，基于采样频偏粗估计值，采用遍历法对本地长同步信号进行修正，生成经过频偏修正的本地长同步信号；精估计模块，经频偏修正的本地长同步信号与接收信号做滑动相关计算，进行采样频偏的精确估计，进而确定接收信号中的长同步信号起始点，完成微弱信号检测。
[0021]第三方面，本专利技术采取的技术方案为：一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上述方法中的任一方法。
[0022]第四方面，本专利技术采取的技术方案为：一种计算设备，其包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行上述方法中的任一方法的指令。
[0023]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0024]本专利技术透地通信系统能在低频低信噪比的检测条件下，补偿采样频偏对接收信号中长同步信号造成的影响，利用长时间累积提高接收信噪比，检测出接收信号中的长同步信号位置，提高同步精确度。与现有技术中只采用常规滑动相关同步的方法相比，本专利技术采用采样频偏粗估计加采样频偏精估计的长相关算法能够有更好的信噪比、虚警概率更低、同时同步点位的精准度更高。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例中微弱信号检测方法流程图；
[0026]图2是本专利技术实施例中采样频偏精估计流程示意图；
[0027]图3是采用常规滑动相关算法的相关值示意图；
[0028]图4是本专利技术实施例中采用长相关算法的相关值示意图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0031]长相关算法的微弱信号检测方法，此微弱信号检测方法应用于地电极电流场无线透地通信系统中，因为电极电流场信息传输的特殊性，接收端接收到的信号通常都很微弱，很难在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法，其特征在于，包括：采用最大似然算法计算接收信号的时域信息的采样频偏粗估计；基于采样频偏粗估计值，采用遍历法对本地长同步信号进行修正，生成经过频偏修正的本地长同步信号；经频偏修正的本地长同步信号与接收信号做滑动相关计算，进行采样频偏的精确估计，进而确定接收信号中的长同步信号起始点，完成微弱信号检测。2.如权利要求1所述地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法，其特征在于，生成经过频偏修正的本地长同步信号，包括：假设接收过程中实际累积一个采样时钟偏差的采样个数为N
′
，N
′
的值在[N
‑
x,N+x]内，x的值取为N/10，N为采样频偏粗估计值；将N
′
在[N
‑
x,N+x]内遍历，并在每次遍历中将本地长同步信号根据训练信号间相位旋转角度θ的正负值，每间隔N
′
个采样点插入或去除一个采样点，以修正残余偏差，生成经过频偏修正的本地长同步信号。3.如权利要求2所述地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法，其特征在于，根据训练信号间相位旋转角度θ的正负值，每间隔N
′
个采样点插入或去除一个采样点，包括：训练信号间相位旋转角度θ为正值时，每间隔N
′
个采样点插入一个采样点，并在插入的采样值取前后两个采样点值的平均数，以修正残余偏差；训练信号间相位旋转角度θ为负值时，每间隔N
′
个采样点去除一个采样点，以修正残余偏差。4.如权利要求1所述地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法，其特征在于，进行采样频偏的精确估计，包括：每条经过频偏修正的本地长同步信号与接收信号进行滑动相关计算，记录每次遍历中的N
′
值与第一相关峰值K；根据最大第一相关峰值K
max
确定采样频偏精估计值，由采样频偏精估计值再次对本地长同步信号采用内插法进行修正，生成经长相关算法后的本地长同...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐湛，张旭，苏中，温晓雯，陈晋辉，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：