单节点通信范围受限下的分布式通信信号检测方法技术

本申请公开了一种单节点通信范围受限下的分布式通信信号检测方法

【技术实现步骤摘要】
单节点通信范围受限下的分布式通信信号检测方法、装置和系统


[0001]本申请涉及分布式通信信号检测技术，具体涉及一种单节点通信范围受限下的分布式通信信号检测方法
、
装置和系统
。

技术介绍

[0002]有两个因素使得信号检测在实际应用中具有挑战性
。
首先，各接收节点处的信噪比可能非常低，随着无线通信设备数量日益庞大
、
电磁环境日益繁杂多变
、
信道传输条件日益恶劣
、
系统的背景噪声和干扰日渐增多，使得接收端的信号常常被很强的背景噪声所干扰，甚至出现有用信号被噪声淹没的情况，使得接收信噪比往往很低
。
其次，噪声可能会随着时间
、
地点的变化而变化，就会产生了噪声不确定性问题
。
在上述条件下，可能出现误检或漏检的情况，错误的检测结果势必会对调制方式识别以及信号处理产生严重的影响
。
[0003]在现代通信系统中，相比于单接收节点采用多接收节点的分布式检测能够提升低信噪比条件下的信号检测性能
。
然而，传统的分布式信号检测方法主要是基于融合中心全局收集所有接收节点的原始数据进行的处理，这种方法在某些情况下可能不适用
。
例如，当接收节点与融合中心之间的通信距离超过最小通信传输要求导致原始数据接收不完整，或者存在数据传输错误导致原始数据质量下降时，传统的分布式信号检测方法的性能会大大降低
。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提出一种单节点通信范围受限下的分布式通信信号检测方法
、
装置和系统，能够降低通信要求，有效利用每个接收节点采集的观测数据，提高低信噪比下通信信号的检测概率
。
[0005]依据本申请的第一方面，提供了单节点通信范围受限下的分布式通信信号检测方法，所述方法由融合中心执行，包括以下步骤：
[0006]S1
，接收分布式布置的多个接收节点上传的样本协方差系数，其中每个接收节点在检测频段内采集观测数据并向外广播采集到的观测数据，接收其他接收节点传送的观测数据，所述样本协方差系数由各个接收节点根据本地收集到的观测数据集合在本地计算得到；
[0007]S2
，根据接收的样本协方差系数，计算全部接收节点观测数据的样本协方差矩阵，所述样本协方差矩阵中允许有部分系数缺失；
[0008]S3
，在信号源不存在和信号源存在两种假设下，分别构建所述样本协方差矩阵与理论协方差矩阵的误差函数，并根据所述两种假设下的所述误差函数的比值构建矩阵分解误差比率
(MFER)
检验统计量，所述
MFER
检验统计量中的未知变量为所述两种假设下的全部接收节点观测数据的理论协方差矩阵；
[0009]S4
，基于所述样本协方差矩阵采用矩阵分解算法对所述两种假设下的全部接收节
点观测数据的理论协方差矩阵进行估计；
[0010]S5
，将所述两种假设下的理论协方差矩阵的估计值代入所述
MFER
检验统计量，并与预设的判决门限进行比较，判决检测频段内是否存在信号源信号
。
[0011]依据本申请的第二方面，提供了另一种单节点通信范围受限下的分布式通信信号检测方法，所述方法由分布式布置的单个接收节点执行，包括以下步骤：
[0012]在检测频段内采集观测数据；
[0013]向外广播采集到的观测数据；
[0014]接收满足最小通信传输要求的空间距离内的其他接收节点传送的观测数据；
[0015]根据本地收集到的观测数据集合在本地计算样本协方差系数；
[0016]将计算得到的样本协方差系数上传给融合中心，以便由融合中心根据多个接收节点上传的样本协方差系数计算全部接收节点观测数据的样本协方差矩阵，所述样本协方差矩阵中允许有部分系数缺失，进而由融合中心在信号源不存在和信号源存在两种假设下，分别构建所述样本协方差矩阵与理论协方差矩阵的误差函数，并根据所述两种假设下的所述误差函数的比值构建矩阵分解误差比率
(MFER)
检验统计量，所述
MFER
检验统计量中的未知变量为所述两种假设下的全部接收节点观测数据的理论协方差矩阵；再进而由融合中心基于所述样本协方差矩阵采用矩阵分解算法对所述两种假设下的全部接收节点观测数据的理论协方差矩阵进行估计，将所述两种假设下的理论协方差矩阵的估计值代入所述
MFER
检验统计量，并与预设的判决门限进行比较，判决检测频段内是否存在信号源信号
。
[0017]依据本申请的第三方面，提供了一种单节点通信范围受限下的分布式通信信号检测装置，所述装置设置在融合中心，包括以下模块：
[0018]样本协方差系数接收模块，用于接收分布式布置的多个接收节点上传的样本协方差系数，其中每个接收节点在检测频段内采集观测数据并向外广播采集到的观测数据，接收其他接收节点传送的观测数据，所述样本协方差系数由各个接收节点根据本地收集到的观测数据集合在本地计算得到；
[0019]样本协方差矩阵计算模块，用于根据接收的样本协方差系数，计算全部接收节点观测数据的样本协方差矩阵，所述样本协方差矩阵中允许有部分系数缺失；
[0020]MFER
检验统计量构造模块，用于在信号源不存在和信号源存在两种假设下，分别构建所述样本协方差矩阵与理论协方差矩阵的误差函数，并根据所述两种假设下的所述误差函数的比值构建矩阵分解误差比率
(MFER)
检验统计量，所述
MFER
检验统计量中的未知变量为所述两种假设下的全部接收节点观测数据的理论协方差矩阵；
[0021]矩阵分解估计模块，用于基于所述样本协方差矩阵采用矩阵分解算法对所述两种假设下的全部接收节点观测数据的理论协方差矩阵进行估计；
[0022]比较判决模块，用于将所述两种假设下的理论协方差矩阵的估计值代入所述
MFER
检验统计量，并与预设的判决门限进行比较，判决检测频段内是否存在信号源信号
。
[0023]依据本申请的第四方面，提供了另一种单节点通信范围受限下的分布式通信信号检测装置，所述装置设置在分布式布置的单个接收节点，包括以下模块：
[0024]采集模块，用于在检测频段内采集观测数据；
[0025]广播模块，用于向外广播采集到的观测数据；
[0026]接收模块，用于接收满足最小通信传输要求的空间距离内的其他接收节点传送的
观测数据；
[0027]样本协方差系数计算模块，用于根据本地收集到的观测数据集合在本地计算样本协方差系数；
[0028]样本协方差系数上传模块，用于将计算得到的样本协方差系数上传给融合中心，以便由融合中心根据多个接收节点上传的样本协方差系数计算全部接收节点观测数据的样本协方差矩阵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种单节点通信范围受限下的分布式通信信号检测方法，其特征在于，所述方法由融合中心执行，包括以下步骤：
S1
，接收分布式布置的多个接收节点上传的样本协方差系数，其中每个接收节点在检测频段内采集观测数据并向外广播采集到的观测数据，接收其他接收节点传送的观测数据，所述样本协方差系数由各个接收节点根据本地收集到的观测数据集合在本地计算得到；
S2
，根据接收的样本协方差系数，计算全部接收节点观测数据的样本协方差矩阵，所述样本协方差矩阵中允许有部分系数缺失；
S3
，在信号源不存在和信号源存在两种假设下，分别构建所述样本协方差矩阵与理论协方差矩阵的误差函数，并根据所述两种假设下的所述误差函数的比值构建矩阵分解误差比率
(MFER)
检验统计量，所述
MFER
检验统计量中的未知变量为所述两种假设下的全部接收节点观测数据的理论协方差矩阵；
S4
，基于所述样本协方差矩阵采用矩阵分解算法对所述两种假设下的全部接收节点观测数据的理论协方差矩阵进行估计；
S5
，将所述两种假设下的理论协方差矩阵的估计值代入所述
MFER
检验统计量，并与预设的判决门限进行比较，判决检测频段内是否存在信号源信号
。2.
根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤
S1
具体包括：每个接收节点在检测频段内采集观测数据并向外广播采集到的观测数据，接收满足最小通信传输要求的空间距离内的其他接收节点传送的观测数据，假设第
j
个接收节点收集到的观测数据集合为其中是第
j
个接收节点采集到的长度为
T
的原始数据，是与第
i
个接收节点建立通信的节点索引合集，则第
j
个接收节点需要计算的样本协方差系数为：然后每个接收节点都将上述计算所得的样本协方差系数上传给融合中心，由融合中心接收满足最小通信传输要求的空间距离内的多个接收节点上传的样本协方差系数
。3.
根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤
S3
具体包括：将信号检测表述为一个假设检验问题，即存在两种假设：
Q0表示信号源不存在，
Q1表示信号源存在；在这两种假设下，分别构建所述样本协方差矩阵与理论协方差矩阵的误差函数为：在这两种假设下，分别构建所述样本协方差矩阵与理论协方差矩阵的误差函数为：式中，
S
是全部接收节点观测数据的样本协方差矩阵，
Σ0为
Q0假设下全部接收节点观测数据的理论协方差矩阵，
Σ1为
Q1假设下全部接收节点观测数据的理论协方差矩阵，表示范数的平方，是一个对称索引集合，
p
表示全部接收节点的个数，在
(i,j)∈
Ω
时其对应的样本协方差系数
S
ij
可被融合中心接收，且
根据所述两种假设下的所述误差函数的比值构建
MFER
检验统计量
ξ
MFER
为：
MFER
检验统计量
ξ
MFER
中的未知变量为
Σ0和
Σ1。4.
根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述步骤
S4
具体包括：
S40
，输入所述样本协方差矩阵
S
；
S41
，设定初始可行解
H0和
Ψ0，初始迭代变量
k
＝0，步长
η
，其中表示从信号源到各个接收节点的信道参数，
r
表示信号源的个数，
Ψ0是一个正定对角矩阵，表示各个接收节点处的噪声参数；
S42
，更新
H
k+1
＝
H
k
‑
η
▽
f(H
k
)
，其中并且其第
i
行的计算方法为其中
h
i
是
H
的第
i
行，
S43
，更新
Ψ
k+1
＝
Diag(S
‑
H
k+1
(H
k+1
)
H
)
；
S44
，判断是否收敛，收敛条件为
||H
k+1
‑
H
k
||
F
≤10
‑2，且
||
Ψ
k+1
‑
Ψ
k
||
F
≤10
‑2，若不满足收敛条件，则
k
＝
k+1
，返回步骤
S42
继续执行；
S45
，若满足收敛条件，输出在
Q1假设下，输出的即为全部接收节点观测数据的理论协方差矩阵
Σ1的估计值；在
Q0假设下，令
H
k
＝0，得到全部接收节点观测...

【专利技术属性】
技术研发人员：周睿，蒲文强，王巍，史清江，尤明懿，叶云霞，黄凯，史斌华，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十六研究所，
类型：发明
国别省市：