本發(fā)明涉及信號檢測，尤其涉及一種基于頻譜利用率估計的多信號檢測方法。

背景技術(shù)：

1、信號檢測在通信與通信對抗領(lǐng)域具有重要作用，主要完成在噪聲和干擾背景下對有用信號的提取。在面臨復雜電磁環(huán)境背景的工程應(yīng)用中，通信信號接收系統(tǒng)在寬帶采樣數(shù)字化后，首先需要完成多信號、不同信噪比和不同信號帶寬條件下的信號檢測任務(wù)，進而實現(xiàn)多信號的提取和分離。

2、信號檢測理論和方法眾多，功率譜分析法是一種比較常用的基于頻譜分析的信號檢測方法。在該類方法中，檢測門限成為信號檢測的關(guān)鍵。確定檢測門限閾值的主要處理方法包括常數(shù)法和自適應(yīng)閾值法。其中，常數(shù)法依賴于專家經(jīng)驗與知識，通過觀察噪聲分布劃定單一的檢測門限，不具備動態(tài)調(diào)整檢測門限值，無法適應(yīng)動態(tài)變化的噪聲環(huán)境；自適應(yīng)閾值法包括單門限和雙門限檢測法等，兩種方法原理類似，利用直方圖方法對頻譜進行數(shù)值化處理，在測量統(tǒng)計噪聲層均值基礎(chǔ)上，動態(tài)調(diào)整信號檢測門限，具備適應(yīng)復雜環(huán)境能力，但對數(shù)統(tǒng)計法采用單一門限劃分噪聲區(qū)域和信號區(qū)域，導致檢測虛警較高，雙門限檢測法在對數(shù)統(tǒng)計法基礎(chǔ)上采用雙門限判決，引入待定區(qū)域，避免強干擾帶來檢測虛警，但對弱信號的檢測效果不強。

3、上述信號檢測方法中，自適應(yīng)閾值法相較得到了更多的應(yīng)用，雖然具備一定的動態(tài)自適應(yīng)門限調(diào)整能力，但應(yīng)對大帶寬監(jiān)測、多信號檢測等場景，由于其檢測方法關(guān)于信號區(qū)域、噪聲區(qū)域等劃分仍然需要在頻譜直方圖統(tǒng)計測量的基礎(chǔ)上，在測量值的基礎(chǔ)上乘以相關(guān)信號、噪聲系數(shù)，其中，相關(guān)系數(shù)為經(jīng)驗取值，當信號頻譜利用率發(fā)生變化，對該類方法的檢測性能影響較大，仍不能很好地適應(yīng)寬頻譜、多信號動態(tài)變化情況。在大帶寬、多信號檢測條件下，獲取和利用頻譜利用率變化信息，在自適應(yīng)閾值法原理基礎(chǔ)上更好確定檢測門限，保證信號檢測性能，盡可能實現(xiàn)檢測自動化和自適應(yīng)，成為基于頻譜分析的信號檢測方法的重要研究思路。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明提供一種基于頻譜利用率估計的多信號檢測方法。

2、本發(fā)明公開了一種基于頻譜利用率估計的多信號檢測方法，其包括：

3、步驟1：對頻譜數(shù)據(jù)進行平滑預處理，采用等分頻譜區(qū)間量化方法，將平滑預處理后的頻譜數(shù)據(jù)生成幅值/功率統(tǒng)計直方圖；

4、步驟2：利用幅值/功率統(tǒng)計直方圖，按照直方圖間隔進行累加求和，得到累加和曲線，采用閾值方法檢測搜索斜率拐點，計算得到頻譜利用率，進而確定底噪/信號檢測閾值；

5、步驟3：基于確定的底噪/信號檢測閾值，對多個信號區(qū)域進行判定，得到檢測信號集合；

6、步驟4：對檢測信號集合進行帶寬和頻率的快速估計，輸出多個信號的檢測結(jié)果。

7、進一步地，所述步驟1包括：

8、假設(shè)輸入采樣寬帶信號的頻譜數(shù)據(jù)為s(k)，其中，k為頻譜諧波次數(shù)，k＝0，1，…，n-1，n為傅里葉變換點數(shù)；

9、采用移動平均方法對s(k)實現(xiàn)均值平滑濾波，得到平滑后的頻譜數(shù)據(jù)ssm(j)：

10、

11、其中，l0＝(l-1)/2，l為移動平均值的跨度，s(k)和ssm(j)點數(shù)相同，j為平滑濾波次數(shù)。

12、進一步地，所述步驟1包括：

13、步驟11：等分頻譜有效區(qū)間量化，測量頻譜數(shù)據(jù)最大值和最小值；

14、步驟12：計算各等分區(qū)間的點集，并統(tǒng)計區(qū)間頻點數(shù)，頻譜中所有頻點均有對應(yīng)到所屬區(qū)間，統(tǒng)計出頻點-功率分布，即為統(tǒng)計直方圖。

15、進一步地，所述步驟11包括：

16、smax＝max(ssm)????????????????????????(2)

17、smin＝min(ssm)????????????????????????(3)

18、有效區(qū)間為smax-smin,將該區(qū)間采用d等分，則每一等分的量化高度為：

19、h＝(smax-smin)/d?????????????????????(4)

20、其中，h為每一等分的量化高度。

21、進一步地，所述步驟12包括：

22、計算各等分區(qū)間的點集，并統(tǒng)計區(qū)間頻點數(shù)，按照從小到大區(qū)間排列，各區(qū)間表示為(smin+(i-1)*h，smin+i*h]，其中，0＜i≤d；

23、各區(qū)間頻點數(shù)hi的初始為0，搜索頻譜，若有頻點譜值屬于i區(qū)間，則該區(qū)間點數(shù)加1，直至遍歷整個頻譜為止，此時，頻譜中所有頻點均對應(yīng)到所屬區(qū)間，將區(qū)間由小到大排列，統(tǒng)計出頻點-功率分布，即為統(tǒng)計直方圖。

24、進一步地，所述步驟2包括：

25、步驟21：對統(tǒng)計直方圖進行累加求和，得到累加和序列mi：

26、

27、坐標同一化處理，使統(tǒng)計直方圖累加和曲線縱橫軸長度之比為1，得到處理后的累加和序列m′i：

28、m′i＝d/n*mi??????????????????????(6)

29、步驟22：對處理后的累加和序列m′i進行斜率計算，等距差分后轉(zhuǎn)換為相角θn：

30、令差分距離為k，k值為正整數(shù)，則有：

31、θn＝tan-1((m′n+k-m′n)/k)?????????????(7)

32、其中，m′n+k為第n+k次處理后的累加和序列，m′n為第n次處理后的累加和序列，n為差分次數(shù)，n＝0，1，…，n-k；

33、步驟23：基于相角θn，計算頻譜利用率fu。

34、進一步地，所述步驟23包括：

35、首先確定底部噪聲層拐點判決值θth，按照步驟21的同一化處理，出現(xiàn)拐點表明累加和增量變小，θn值變小，按照n從小到大進行θn值判決，比較θn和θth，當首次出現(xiàn)θn＜θth，對應(yīng)的n值記為in，即為底噪拐點位置；

36、由此，求得頻譜利用率fu：

37、

38、同時，計算底噪/信號檢測閾值pn：

39、pn＝(1-fu)*h+smin?????????????????(9)

40、pn可直接作為信號檢測閾值，也可乘以固定檢測系數(shù)后作為信號檢測閾值。

41、進一步地，所述步驟3包括：

42、采用單門限或者雙門限的判決方法，通過底噪/信號檢測閾值劃分噪聲區(qū)域和信號區(qū)域，對平滑后的頻譜數(shù)據(jù)ssm進行遍歷搜索，針對不重疊的多信號情況，將劃分到信號區(qū)域的連續(xù)頻點歸屬同一檢測信號集合gm：

43、gm＝{ssm(n)|ssm(n)>pn}?????????????????(10)

44、其中，m為檢測到的信號集合序號，m＝1，…，m，m為總共檢測到的信號集合數(shù)量。

45、進一步地，所述步驟4包括：

46、步驟41：獲取檢測信號集合gm中頻譜數(shù)據(jù)的最大值ssm(n0)，按照檢測帶寬取帶寬檢測閾值pw：

47、pw＝ssm(n0)-q

48、其中，q為檢測帶寬，n0為頻譜數(shù)據(jù)最大值位置；

49、從位置向n0頻譜四周搜索，分別獲得小于pw的頻譜數(shù)據(jù)位置n1、n2，即可估計出信號帶寬：

50、ws＝(n2-n1)*fs/n??????????????????(11)

51、其中，fs為采樣頻率；

52、步驟42：利用重心法估計信號載波頻率fc：

53、

54、步驟43：重復步驟41和步驟42，對所有的檢測信號集合gm估計帶寬和載頻，從而輸出多個信號的檢測結(jié)果。

55、由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：

56、1.相較于傳統(tǒng)基于頻譜分析的多信號檢測方法，在信號檢測自適應(yīng)閾值獲取方面，本發(fā)明引入了對頻譜利用率估計的新方法，在生成頻譜統(tǒng)計直方圖的基礎(chǔ)上，通過利用直方圖累加和曲線對頻譜利用率的關(guān)系和規(guī)律，迅速尋找曲線拐點計算得到頻譜利用率，進而確定底噪檢測線和信號檢測閾值。該信號檢測方法簡單高效，通用性強，無需事先預設(shè)信號頻譜利用率條件，能夠?qū)崟r測量估計當前頻譜利用率，解決了目前眾多信號檢測方法在面臨實際頻譜利用率變化時，導致檢測性能下降的問題，且能夠與其他信號檢測方法結(jié)合使用，有益于提升信號檢測性能。

57、2.本發(fā)明還提供了多信號區(qū)域檢測與判定，以及參數(shù)快速估計等實施步驟，實用快速，易于工程實現(xiàn)。該方法能夠適應(yīng)大帶寬監(jiān)測、多信號檢測的任務(wù)場景，通過實時測量估計，動態(tài)調(diào)整信號檢測閾值自動完成信號檢測任務(wù)，并體現(xiàn)了良好的信號檢測性能和穩(wěn)健性，可作為一種信號檢測方法的選擇。