[發明專利]一種基于功率譜模版的目標信號頻域檢測方法

有效

• 申請號: 201910985590.0
• 申請日: 2019-10-17
• 公開（公告）號: CN112684251B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 馬洪;龐淑萍;張華;馬婧聞;徐行
• 申請（專利權）人: 武漢瑞天波譜信息技術有限公司
• 主分類號: G01R23/16
• 分類號: G01R23/16;G01R21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種利用功率譜模板對目標信號進行頻域檢測的方法，其特征在于，該方法將掃頻功率譜或掃頻差分功率譜作為待進行頻域檢測的功率譜序列，以事先獲取的目標信號功率譜作為檢測模板，然后，一方面根據目標信號的帶寬特征對待檢測功率譜序列進行頻域形態學濾波處理和檢測，另一方面將待檢測功率譜序列與模板序列進行滑動相關匹配濾波處理和檢測，融合兩者的檢測結果并對連續多幀功率譜序列進行相同的處理和檢測，形成連續多幀功率譜非相干積累檢測輸出，從而在時變起伏背景頻譜環境下，獲得對經由衰落信道傳播到達接收天線的微弱目標信號的低虛警率、高檢測率的頻域檢測性能。

技術領域

本發明涉及無線電監測領域中的信號頻域檢測技術，具體地，涉及一種將事先獲取的目標信號功率譜作為模板序列，對實時掃頻功率譜序列聯合進行頻域形態濾波處理檢測、頻域匹配濾波處理檢測，從而實現目標信號的頻域低虛警檢測的方法。

背景技術

目前常用的信號檢測方法為各類時域恒虛警檢測技術，例如，CA-CFAR、OS-CFAR等檢測算法。但是，對于無線電監測領域而言，常常需要在非常寬的掃頻監測頻率范圍內，將未知工作頻點處的特定調制方式和帶寬的目標信號及時檢測出來。例如，常見的小型微型無人飛行器的下行圖傳信號、上行遙控信號均可存在于2.4GHz或5.8GHz ISM頻段的數十個信道上，有時整個掃頻范圍甚至超過了規定的ISM頻率范圍，達到100MHz以上。由于ISM頻段分布著大量的其它寬帶和窄帶信號，對無人機的上/下行信號接收造成嚴重干擾，因此無人機須實時監測各信道的干擾狀態并動態選擇最優信道工作，甚至采用慢速/快速跳頻、擴頻發射模式以提高抗干擾性能。另一方面，無人機飛行距離、速度和姿態變化又造成了傳輸信號的起伏不定和衰落。常規的時域信號檢測技術在上述場景下無法被直接應用，迫切需要有基于無線電監測接收機輸出的掃頻功率譜來進行目標信號檢測的性能優良的方法。

目前，已有一些針對掃頻功率譜進行目標信號檢測的方法和應用實例。例如，中國發明專利CN106646406A(基于改進小波閾值去噪的外彈道測速雷達功率譜檢測方法)提供了一種基于改進小波閾值去噪的外彈道測速雷達功率譜峰值檢測方法。瑞士伯爾尼應用科學大學的M.Witschi等人在2016年歐洲信號處理學術會議(EUSIPCO′2016)上發表了一篇利用頻域形態學濾波器進行功率譜處理的文章，提供了一種抑制強干擾信號功率譜的目標信號低虛警率頻域檢測思路，并在實驗中驗證了其對抗窄帶/寬帶干擾的效果。美國是德科技(Keysight)在其“黑鳥”無線電監測系統和N6820ES軟件中，均采用了一種稱之為“寬帶頻譜特征檢測器”的技術，據稱基于能量檢測算法、峰值比較法和限值比較法，可以檢測和識別多種不同型號無人機的通信信號，并應用于由多個頻譜監測站組網的無人機TDOA定位系統中。

綜上，已有的目標信號頻域檢測方法大多基于某種單一的檢測處理方法，未能綜合利用目標信號的帶寬、頻譜形狀等多類信息，它們在時變、起伏不定、多種干擾并存的背景頻譜環境下，對微弱、非平穩目標信號進行檢測的檢測率和虛警率性能都會明顯降低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于功率譜模板的目標信號頻域檢測方法，它綜合應用了頻域形態學濾波處理、頻域滑動相關匹配濾波處理、閾值檢測、峰值檢測、非相干積累等技術思路，并在背景功率譜序列生成、實時掃頻差分功率譜序列生成，以及檢測參數計算的魯棒性改進等方面提出了切實可行的具體、成套的實施方案。

本發明提供一種利用功率譜模板對目標信號進行頻域檢測的方法，其特征在于，該方法將掃頻功率譜或掃頻差分功率譜作為待進行頻域檢測的功率譜序列，以事先獲取的目標信號功率譜作為檢測模板(參考序列)，然后，一方面根據目標信號的帶寬特征對待檢測功率譜序列進行頻域形態學濾波處理和檢測，另一方面將待檢測功率譜序列與參考序列進行滑動相關匹配濾波處理和檢測，融合兩者的檢測結果并對連續多幀待檢測功率譜序列進行相同的處理和檢測，形成連續多幀功率譜非相干積累檢測輸出，從而在時變起伏背景頻譜環境下，獲得對經由衰落信道傳播到達接收天線的微弱目標信號的低虛警率、高檢測率的頻域檢測性能。