[發(fā)明專利]基于改進(jìn)平滑周期圖算法的信號(hào)檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210049771.4
• 申請(qǐng)日: 2022-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114584432B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉家軍;楊江北
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L25/02
• 分類號(hào): H04L25/02;G06F18/15
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 王奇

本發(fā)明公開(kāi)一種基于改進(jìn)平滑周期圖算法的信號(hào)檢測(cè)方法，包括以下步驟：步驟1：首先將待檢測(cè)的回波信號(hào)分段，每段M個(gè)數(shù)據(jù)；步驟2：對(duì)步驟1中分段后的第i組(1≤i≤L)數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗處理，進(jìn)而對(duì)每一段加窗處理后的數(shù)據(jù)做DFT計(jì)算并取模的平方，求出其周期圖值；步驟3：對(duì)步驟2中k組的周期圖值(k＝1，2，3…，i?1)乘相應(yīng)的權(quán)重αsupgt;k?1/supgt;求取第k組數(shù)據(jù)的功率譜；步驟4：重復(fù)步驟3，直至將所分的L組數(shù)據(jù)全部計(jì)算完畢，并進(jìn)行歸一化處理，計(jì)算結(jié)束。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的頻率估計(jì)計(jì)算量大、抗噪性較差的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線傳感裝置信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于改進(jìn)平滑周期圖算法(改進(jìn)Welch算法)的信號(hào)檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

傳感器技術(shù)，作為高新技術(shù)之一，發(fā)展迅猛。傳統(tǒng)的有線傳感器成本高、易老化、安全性較低，導(dǎo)致傳感器的安裝和長(zhǎng)期使用中出現(xiàn)重大問(wèn)題。有源傳感器無(wú)法滿足在一些極端溫度、高速旋轉(zhuǎn)、密閉空間等惡劣環(huán)境的測(cè)量需求。所以基于SAW技術(shù)的無(wú)線無(wú)源傳感器受到廣泛關(guān)注，在過(guò)去的30年中取得了豐碩的研究成果。由于聲表面波傳感器卓越的性能，其能在易燃、易爆、高溫、強(qiáng)電磁場(chǎng)、強(qiáng)加速度等極端環(huán)境中應(yīng)用。通過(guò)對(duì)聲表面波傳感器諧振回波信號(hào)頻率的提取能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無(wú)線無(wú)源參數(shù)的測(cè)量。

目前，頻率估計(jì)算法大致可分為兩大類：時(shí)域法和頻域法。最典型的頻域分析方法是離散傅里葉變換法(discrete?Fourier?transform,DFT)，其非常適用于確定性的平穩(wěn)信號(hào)，在對(duì)非線性、非平穩(wěn)過(guò)程的處理上，離散傅里葉變換法存在著一定的不足；時(shí)域分析法能獲得更高的分辨率，例如多重信號(hào)分類法(multiple?signal?classification,MUSIC)和諧波分解(Pisarenko?harmonic?decomposition,PHD)方法等，但是計(jì)算量大，抗噪性較差，對(duì)于非平穩(wěn)信號(hào)，測(cè)量效果也并不理想?，F(xiàn)代譜分析中的Welch方法通過(guò)對(duì)幾個(gè)快速傅立葉變換包進(jìn)行平均來(lái)改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)周期圖頻譜估計(jì)。其可在較低信噪比條件下檢測(cè)信號(hào)，并可以達(dá)到較好的分辨率和方差性能。

Welch算法使用算術(shù)平均實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)重要的目標(biāo):1)信噪比的提高:對(duì)樣本進(jìn)行算術(shù)平均可以降低噪聲功率水平，提高期望信號(hào)的信噪比。2)精確估計(jì):利用過(guò)去的FFT樣本，可以更精確地估計(jì)每個(gè)頻率分量。然而，在利用Welch算法對(duì)聲表面波回波信號(hào)進(jìn)行頻率估計(jì)時(shí)會(huì)存在以下問(wèn)題：所有之前的樣本采用的都是相同系數(shù)加權(quán)。而聲表面波回波信號(hào)是由一段等幅值的正弦信號(hào)和一段指數(shù)衰減正弦信號(hào)組成的混合信號(hào)，采用相同的系數(shù)進(jìn)行加權(quán)將導(dǎo)致等幅值的正弦信號(hào)的特征沒(méi)有充分利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于改進(jìn)平滑周期圖算法的信號(hào)檢測(cè)方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的頻率估計(jì)計(jì)算量大、抗噪性較差的問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

基于改進(jìn)平滑周期圖算法的信號(hào)檢測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟1：首先將待檢測(cè)的回波信號(hào)分段，每段M個(gè)數(shù)據(jù)；

步驟2：對(duì)步驟1中分段后的第i組(1≤i≤L)數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗處理，進(jìn)而對(duì)每一段加窗處理后的數(shù)據(jù)做DFT計(jì)算并取模的平方，求出其周期圖值；

步驟3：對(duì)步驟2中k組的周期圖值(k＝1，2，3…，i-1)乘相應(yīng)的權(quán)重α^k-1求取第k組數(shù)據(jù)的功率譜：

步驟4：重復(fù)步驟3，直至將所分的L組數(shù)據(jù)全部計(jì)算完畢，并進(jìn)行歸一化處理，計(jì)算結(jié)束。

步驟1具體的為：首先將觀測(cè)數(shù)據(jù)x(n)分段，每段M個(gè)數(shù)據(jù)，分為L(zhǎng)段，每段V個(gè)數(shù)據(jù)重疊，即：

x₁＝{x(1),x(2),x(3)...x(M)}

x₂＝{x(M-V+1),x(M-V+2),x(M-V+3)...x(2M-V)}