[發(fā)明專利]一種基于基尼相關(guān)的信號(hào)檢測(cè)電路及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410455266.5
• 申請(qǐng)日: 2014-09-09
• 公開（公告）號(hào): CN104333423B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐維超;馬如豹;林寶洪;章云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B17/20
• 分類號(hào): H04B17/20
• 代理公司: 廣州市南鋒專利事務(wù)所有限公司44228
• 代理人: 劉媖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于雷達(dá)和聲吶測(cè)距及無(wú)線電通信的同步捕獲中基于基尼相關(guān)的信號(hào)檢測(cè)電路及方法。

背景技術(shù)

捕獲雷達(dá)和聲吶的回波信號(hào)進(jìn)行延時(shí)檢測(cè)，以及在無(wú)線電通信中信號(hào)同步都需要對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，判斷特定的信號(hào)是否已經(jīng)被接收機(jī)所接收。因此，對(duì)接收信號(hào)的信號(hào)檢測(cè)是一個(gè)十分重要的問(wèn)題。目前，信號(hào)延時(shí)檢測(cè)的手段以匹配濾波器及以其為基礎(chǔ)的改進(jìn)型濾波器為主。匹配濾波器是一種在輸出信號(hào)信噪比最大化意義下的最優(yōu)線性濾波器。由于其形式簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，且理論證明完備，得到了廣泛的應(yīng)用。但是匹配濾波器是在假設(shè)環(huán)境噪聲為獨(dú)立的加性高斯白噪聲的前提下進(jìn)行論證和設(shè)計(jì)的。而在真實(shí)環(huán)境中，噪聲中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)加性高斯白噪聲以外的成分。其中，脈沖噪聲是最為典型的環(huán)境噪聲成分之一，可以由云層放電，冰層破裂，生物的活動(dòng)等原因產(chǎn)生。由于接收到的信號(hào)中混入了脈沖噪聲，對(duì)應(yīng)的一段時(shí)間內(nèi)信噪比會(huì)迅速下降。在這一情況之下，匹配濾波器的性能也會(huì)相應(yīng)地下降，甚至失效。檢測(cè)接收到的信號(hào)中是否存在感興趣的信號(hào)片段，本質(zhì)上是能否在較高的概率下成功地判斷接收到的信號(hào)中是否包含著與已知的信號(hào)相似度高的信號(hào)片段的問(wèn)題。因此，我們可以使用相關(guān)分析中的相關(guān)系數(shù)來(lái)處理這一類問(wèn)題。文獻(xiàn)中用于相關(guān)分析的經(jīng)典方法是使用積矩相關(guān)系數(shù)(Pearson’s Product Moment Correlation Coefficient,PPMCC)。而相關(guān)文獻(xiàn)已經(jīng)證明，PPMCC對(duì)于信號(hào)中的脈沖噪聲極其敏感無(wú)法在脈沖噪聲環(huán)境中很好地工作。

為減少脈沖噪聲對(duì)信號(hào)的干擾而產(chǎn)生的估計(jì)誤差，有效地對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，本發(fā)明首次采用基尼相關(guān)(Gini Correlation)來(lái)對(duì)雷達(dá)和聲吶信號(hào)以及無(wú)線電通信信號(hào)進(jìn)行處理。令表示n對(duì)原始數(shù)據(jù)，并由此得到一組新的數(shù)據(jù)對(duì)序列其中X(1)＜...＜X(n)為X的序統(tǒng)計(jì)量，相應(yīng)的Y_[i]則為X_(i)的伴隨。假設(shè)X_j位于序列中的第K個(gè)位置，則定義數(shù)字K為X_j的秩次，記為P_j。類似地可以定義Y_j的秩次并記為Q_j。令和分別代表X_i和Y_i的算術(shù)平均。則基尼相關(guān)的定義如下：

其中Y表示未受噪聲干擾的信道數(shù)據(jù)，而X則為受噪聲污染的信道數(shù)據(jù)。由上式可見，基尼相關(guān)只利用數(shù)據(jù)對(duì)中其中一路信號(hào)的具體數(shù)據(jù)值，而另一路信號(hào)則使用其秩次信息。因?yàn)闊o(wú)論是雷達(dá)和聲吶測(cè)距或無(wú)線電通信的同步捕獲，都是使用一路已知的信號(hào)作為模板與一路接收到的待檢測(cè)信號(hào)做相關(guān)分析并做出判決。所以已知的信號(hào)模板可以認(rèn)為是完全“干凈”的數(shù)據(jù)，應(yīng)該得到充分的利用；而接收到的數(shù)據(jù)因?yàn)榘性肼?，所以要盡可能地減少噪聲的影響?；嵯嚓P(guān)的定義很好地適應(yīng)了這一要求，既充分利用了有效的數(shù)據(jù)值，也利用了數(shù)據(jù)的秩次信息減少了噪聲的干擾。在本發(fā)明中，我們利用了基尼相關(guān)對(duì)數(shù)值與秩次組合的數(shù)據(jù)信息的有效處理能力在盡可能減小噪聲干擾的同時(shí)有效地對(duì)信號(hào)延時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于基尼相關(guān)的信號(hào)檢測(cè)電路及方法。

本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種基于基尼相關(guān)的信 號(hào)檢測(cè)電路，包括兩個(gè)比較器陣列、一個(gè)減法器陣列、兩個(gè)乘法器陣列，兩個(gè)加法器樹，一個(gè)除法器以及一個(gè)寄存器；

信號(hào)x1……xn、y1……yn同時(shí)分別送入相應(yīng)的比較器、減法器陣列，其中信號(hào)x1……xn并行完成n²次比較操作，即sgn(xi-xj)，其中(i,j＝1……n)，而信號(hào)y1……yn并行完成n²次比較操作和減法操作，即sgn(yi-yj)和yi-yj，其中(i,j＝1……n)，以上過(guò)程同步進(jìn)行，n為信號(hào)長(zhǎng)度；

得到的比較，減法結(jié)果同時(shí)送入相應(yīng)的乘法器陣列，分別同步完成n²次并行2輸入乘法操作，即sgn(xi-xj)(yi-yj)和sgn(yi-yj)(yi-yj)，其中(i,j＝1……n)；

得到的乘法結(jié)果同時(shí)送入相應(yīng)的加法器樹，分別同步完成n²個(gè)輸入的并行加法操作，即和其中(i,j＝1……n)；

得到的加法結(jié)果送入2輸入除法器中，完成其中(i,j＝1……n)；

得到的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果送入寄存器中。