CN103197142A - 未知频率持续模拟信号和猝发数字信号同时捕获方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种未知频率持续模拟信号和猝发数字信号同时捕获方法，包括：S1：启动模拟信号的判决周期；S2：频谱扫描；S3：若存在超过门限的疑似持续模拟信号则执行S4，否则执行S5；S4：记录疑似持续模拟信号出现情况的最新统计信息；S5：若本次判决周期结束则执行S6，否则执行S8；S6：确定持续模拟信号；S7：清除疑似持续模拟信号的统计信息，执行S1；S8：若存在超过门限的疑似猝发数字信号则执行S9，否则执行S2；S9：锁定频率进行连续侦测；S10：采样数据具备预先规定的数字信号特征则执行S11，否则执行S12；S11：确定为猝发数字信号，执行S2；S12：取消疑似猝发数字信号嫌疑，执行S2。本发明可以提高信号捕获的准确率和效率，实用性好。
Description
技术领域
本发明属于频谱分析和信号处理技术领域，特别涉及一种未知频率持续模拟信号和猝发数字信号同时捕获方法。
背景技术
常见的应用无线电信号主要有两类形式，一种是持续时间较长的模拟信号，另一种是持续时间较短、具有猝发特性的数字信号。为了实现对无线电信号的监管和控制，需要在纷繁复杂的无线电信号环境中鉴别出未知频率的持续模拟信号和猝发数字信号。现有的能量检测方法在信号调制方式、频率等未知的情况下，利用能量检测器将未知形式的确定信号与噪声区分开来，现有的调制方式识别方法则先对信号进行预处理，然后抽取特征量，根据预设门限进行调制方式识别，它们均缺少对具体频谱信号的特征提取和分析，且对不同类型的信号采用统一的检测方法，信号捕获的准确率不高，效率低。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提出一种对未知频率的持续模拟信号和猝发数字信号同时进行捕获的方法，提高信号捕获的准确率和信号捕获效率。
为达到以上目的，本发明提出一种对未知频率的持续模拟信号和猝发数字信号同时进行捕获的方法，包括如下步骤：步骤S1：启动新的未知频率持续模拟信号的判决周期，开始对未知频谱的持续模拟信号进行侦测捕获；步骤S2：利用调谐接收机对待检测环境中的无线电信号频谱进行持续扫描侦测，对当前环境中所有待检测频谱扫描一遍称为一个频谱扫描周期，一个频谱扫描周期结束后，顺序执行以下操作；步骤S3：根据预设门限进行判断，确定出超过门限的疑似持续模拟信号，若存在超过门限的疑似持续模拟信号，则执行步骤S4，若不存在超过门限的疑似持续模拟信号，则执行步骤S5；步骤S4：对所有超过门限的疑似持续模拟信号的统计信息进行更新，记录当前持续模拟信号判决周期中，疑似持续模拟信号出现情况的最新统计信息；步骤S5：判断当前的持续模拟信号判决周期是否结束，若本次判决周期已经结束，则执行步骤S6，若本次判决周期尚未结束，则执行步骤S8；步骤S6：综合本次持续模拟信号判决周期中所有疑似持续模拟信号的统计信息进行分析，从中确定出持续模拟信号,以实现对未知频率的持续模拟信号的捕获；步骤S7：清除所有疑似持续模拟信号的统计信息，执行步骤S1，开启新一轮的未知频率持续模拟信号的判决周期；步骤S8：根据预设门限进行判断，确定出超过门限的疑似猝发数字信号，若存在超过门限的疑似猝发数字信号，则执行步骤S9，若不存在超过门限的疑似猝发数字信号，则执行步骤S2开始新一轮的频谱扫描周期；步骤S9：根据预设准则，从所有超过门限的疑似猝发数字信号中挑选出一个嫌疑最大的频率，利用调谐接收机锁定频率进行侦测，在一段时间内连续采样以获取分析数据；步骤S10：对定点频率采样的数据进行分析，根据预设准则，判断该采样数据是否具备预先规定的数字信号特征，若分析结果满足预先规定的数字信号特征，则执行步骤S11，若分析结果不满足预先规定的数字信号特征，则执行步骤S12；步骤S11：确定所述嫌疑最大的频率信号为猝发数字信号，从而实现对未知频率的猝发数字信号的捕获，执行步骤S2开始新一轮的频谱扫描周期；步骤S12：取消该嫌疑最大的频率信号的疑似猝发数字信号嫌疑，执行步骤S2开始新一轮的频谱扫描周期。
优选地，所述步骤S4中，所述统计信息更新的方法为：ki,n=ki,n-1+δi,n，(i=1,2,…,n=1,2,…)，其中，i是疑似持续模拟信号标识，n是频率扫描周期序号，表示本次频率扫描周期是当前未知频率持续模拟信号检测周期中第n次频率扫描周期，δi,n表示标识为i的疑似持续模拟信号在第n次频率扫描周期中的信号能量值，ki,n表示标识为i的疑似持续模拟信号在第n次频率扫描周期结束后的能量累计值。
优选地，所述步骤S5中，所述持续模拟信号判决周期包含10-30个所述频谱扫描周期。
优选地，所述步骤S6中，所述统计信息的分析方法为：从所有记录的疑似持续模拟信号中挑选出能量均值超过阈值的信号，再根据预设准则从中确定出持续模拟信号。
优选地，所述步骤S10具体包括：步骤S101：对所述定点频率采样的数据进行分析，根据预设准则，判断该采样数据是否具备预先规定的第一类数字信号特征，若分析结果满足预先规定的第一类数字信号特征，则执行步骤S102，若分析结果不满足预先规定的第一类数字信号特征，则执行所述步骤S12；步骤S102：继续对所述定点频率采样的数据进行分析，根据预设准则，判断该采样数据是否具备预先规定的第二类数字信号特征，若分析结果满足预先规定的第二类数字信号特征，则执行所述步骤S11，若分析结果不满足预先规定的第二类数字信号特征，则执行所述步骤S12。
优选地，所述第一类数字特征是
在预设门限内，其中s(k)是复数形式的采样信号，N是采样点，*是共轭符号，Im(·)是取复数虚部；所述第二类数字特征是四阶累积量在预设门限内，其中Mpq=E[s(n)p-q(s*(n))q]。
本发明的未知频率持续模拟信号和猝发数字信号同时捕获方法，通过调谐接收机对待检测环境的频谱进行持续扫描，实时获取频谱信息，针对不同信号的各自特征，设计相应的捕获策略，根据对多次频谱扫描结果的分析实现未知频率的持续模拟信号的捕获，同时，对疑似猝发数字信号的频率进行一定时间的定点连续侦测，对侦测采样结果进行分析，提取特征，采用第一类和第二类数字信号特征的双重判决标准挑选猝发数字信号，既能提高信号捕获的准确率，又能有效缩短信号捕获时间。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为未知频率持续模拟信号和猝发数字信号同时捕获方法的总体流程图；
图2为未知频率持续模拟信号和猝发数字信号同时捕获的时间分配示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在实际使用中，无线电信号类型复杂多样，但是常见的应用无线电形式主要分为两类，一种是持续时间较长的模拟信号，一种是持续时间较短、具有猝发特性的数字信号，针对不同信号的各自特征，可以设计相应的捕获策略进行信号的侦测和捕获。本发明针对无线电频谱环境监测需求，提出了一种未知频率持续模拟信号和猝发数字信号同时捕获方法。通过调谐接收机对待检测环境的频谱进行持续扫描，可以实时获取频谱信息，根据对多次频谱扫描结果的分析实现未知频率的持续模拟信号的捕获。同时对具有猝发数字信号嫌疑的频率进行一定时间的连续侦听，对采样进行分析，提取特征，并根据预设准鉴别出真正的猝发数字信号。
图1为未知频率持续模拟信号和猝发数字信号同时捕获方法的总体流程图。图2为未知频率持续模拟信号和猝发数字信号同时捕获的时间分配示意图，进一步解释了本算法流程的步骤顺序和时间占用形式。下面结合图2对图1进行详细说明。
如图1所示，针对传输的模拟信号具有较长持续时间的特点，以及传输的数字信号具有猝发的性质，本发明实施例的信号捕获方法包括如下步骤：
步骤S1：启动新的未知频率持续模拟信号的检测判决周期，开始对未知频谱的持续模拟信号进行侦测捕获。
步骤S2：利用调谐接收机对待检测环境中的无线电信号频谱进行持续扫描侦测，实时获取频谱信息，对当前环境中所有待检测频谱扫描一遍称为一个频谱扫描周期，一个频谱扫描周期结束后，算法流程按照图2中①的方向顺序执行下去进入分支判断选择。
步骤S3：根据预设门限进行判断，确定出超过门限的疑似持续模拟信号，若存在超过门限的疑似持续模拟信号，则顺序执行步骤S4；若不存在超过门限的疑似持续模拟信号，则跳至步骤S5继续以下操作。
步骤S4：对所有超过门限的疑似持续模拟信号的统计信息进行更新，包括信号频率、信号强度等内容，记录当前持续模拟信号判决周期中，疑似持续模拟信号出现情况的最新统计信息，即ki,n=ki,n-1+δi,n，(i=1,2,…,n=1,2,…)，其中，i是疑似持续模拟信号标识，n是频率扫描周期序号，表示本次频率扫描周期是当前未知频率持续模拟信号检测周期中第n次频率扫描周期，δi,n表示标识为i的疑似持续模拟信号在第n次频率扫描周期中的信号能量值，ki,n表示标识为i的疑似持续模拟信号在第n次频率扫描周期结束后的能量累计值。
步骤S5：判断当前的持续模拟信号判决周期是否结束，一般一个持续模拟信号判决周期包含10-30个频谱扫描周期。若本次判决周期已经结束，则按照图2中②的方向顺序执行下去对统计结果进行分析；若本次判决周期尚未结束，则跳至步骤S8继续执行处理。
步骤S6：综合本次持续模拟信号判决周期中所有疑似持续模拟信号的统计信息进行分析，从所有记录的疑似持续模拟信号中挑选出能量均值超过阈值的信号，再根据预设准则从中确定出持续模拟信号,以实现对未知频率的持续模拟信号的捕获。
步骤S7：清除所有疑似持续模拟信号的统计信息，返回步骤S1继续执行操作，开启新一轮的未知频率持续模拟信号的判决周期。
步骤S8：根据预设门限进行判断，确定出超过门限的疑似猝发数字信号，若存在超过门限的疑似猝发数字信号，则按照图2中③的方向顺序执行以下操作步骤，若不存在超过门限的疑似猝发数字信号，则返回步骤S2开始新一轮的频谱扫描周期。
步骤S9：根据预设准则，从所有超过门限的疑似猝发数字信号中挑选出一个嫌疑最大的频率，利用调谐接收机锁定频率进行侦测，在一段时间内连续采样以获取分析数据，按照图2中④的方向顺序执行以下操作步骤。
步骤S10：对定点频率采样的数据进行分析，根据预设准则，判断该采样数据是否具备预先规定的数字信号特征，若分析结果满足预先规定的数字信号特征，则顺序执行步骤S11，若分析结果不满足预先规定的数字信号特征，则跳至步骤S12继续执行处理。
步骤S10具体包括：
步骤S101：对定点频率采样的数据进行分析，根据预设准则，判断该采样数据是否具备预先规定的第一类数字信号特征，若分析结果满足预先规定的第一类数字信号特征，则按照图2中⑤的方向顺序执行以下操作步骤，若分析结果不满足预先规定的第一类数字信号特征，则跳至步骤S12继续执行处理。
步骤S102：继续对定点频率采样的数据进行分析，根据预设准则，判断该采样数据是否具备预先规定的第二类数字信号特征，若分析结果满足预先规定的第二类数字信号特征，则顺序执行步骤S11，若分析结果不满足预先规定的第二类数字信号特征，则跳至步骤S12继续执行处理。
其中，第一类数字特征是
在预设门限内，其中s(k)是复数形式的采样信号，N是采样点，*是共轭符号，Im(·)是取复数虚部；第二类数字特征是四阶累积量
在预设门限内，其中Mpq=E[s(n)p-q(s*(n))q]。
通过步骤S101和步骤S102，先后利用第一类数字信号特征和第二类数字信号特征的双重条件判决挑选猝发数字信号，既能保证挑选出正确的猝发数字信号，又能在一定程度上降低检测时间。
步骤S11：确定该嫌疑最大的频率信号为猝发数字信号，从而实现对未知频率的猝发数字信号的捕获，返回步骤S2开始新一轮的频谱扫描周期。
步骤S12：取消该嫌疑最大的频率信号的疑似猝发数字信号嫌疑，返回步骤S2开始新一轮的频谱扫描周期。
本发明实施例所述的信号捕获方法，通过调谐接收机对待检测环境的频谱进行持续扫描，实时获取频谱信息，并针对不同信号的各自特征，设计相应的捕获策略进行信号的侦测和捕获，此外，采用第一类和第二类数字信号特征的双重判决标准挑选猝发数字信号，既能保证信号捕获的准确率，又能有效缩短信号捕获时间，便于所述方法在实际系统中的应用和推广。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种未知频率持续模拟信号和猝发数字信号同时捕获方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：启动新的未知频率持续模拟信号的判决周期，开始对未知频谱的持续模拟信号进行侦测捕获；
步骤S2：利用调谐接收机对待检测环境中的无线电信号频谱进行持续扫描侦测，对当前环境中所有待检测频谱扫描一遍称为一个频谱扫描周期，一个频谱扫描周期结束后，顺序执行以下操作；
步骤S3：根据预设门限进行判断，确定出超过门限的疑似持续模拟信号，若存在超过门限的疑似持续模拟信号，则执行步骤S4，若不存在超过门限的疑似持续模拟信号，则执行步骤S5；
步骤S4：对所有超过门限的疑似持续模拟信号的统计信息进行更新，记录当前持续模拟信号判决周期中，疑似持续模拟信号出现情况的最新统计信息；
步骤S5：判断当前的持续模拟信号判决周期是否结束,若本次判决周期已经结束，则执行步骤S6，若本次判决周期尚未结束，则执行步骤S8；
步骤S6：综合本次持续模拟信号判决周期中所有疑似持续模拟信号的统计信息进行分析，从中确定出持续模拟信号，以实现对未知频率的持续模拟信号的捕获；
步骤S7：清除所有疑似持续模拟信号的统计信息，执行步骤S1，开启新一轮的未知频率持续模拟信号的判决周期；
步骤S8：根据预设门限进行判断，确定出超过门限的疑似猝发数字信号，若存在超过门限的疑似猝发数字信号，则执行步骤S9，若不存在超过门限的疑似猝发数字信号，则执行步骤S2开始新一轮的频谱扫描周期；
步骤S9：根据预设准则，从所有超过门限的疑似猝发数字信号中挑选出一个嫌疑最大的频率，利用调谐接收机锁定频率进行侦测，在一段时间内连续采样以获取分析数据；
步骤S10：对定点频率采样的数据进行分析，根据预设准则，判断该采样数据是否具备预先规定的数字信号特征，若分析结果满足预先规定的数字信号特征，则执行步骤S11，若分析结果不满足预先规定的数字信号特征，则执行步骤S12；
步骤S11：确定所述嫌疑最大的频率信号为猝发数字信号，从而实现对未知频率的猝发数字信号的捕获，执行步骤S2开始新一轮的频谱扫描周期；
步骤S12：取消该嫌疑最大的频率信号的疑似猝发数字信号嫌疑，执行步骤S2开始新一轮的频谱扫描周期。
2.根据权利要求1所述的未知频率持续模拟信号和猝发数字信号同时捕获方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述统计信息更新的方法为：ki,n=ki,n-1+δi,n，(i=1,2,…,n=1,2,…)，其中，i是疑似持续模拟信号标识，n是频率扫描周期序号，表示本次频率扫描周期是当前未知频率持续模拟信号检测周期中第n次频率扫描周期，δi,n表示标识为i的疑似持续模拟信号在第n次频率扫描周期中的信号能量值，ki,n表示标识为i的疑似持续模拟信号在第n次频率扫描周期结束后的能量累计值。
3.根据权利要求1所述的未知频率持续模拟信号和猝发数字信号同时捕获方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述持续模拟信号判决周期包含10-30个所述频谱扫描周期。
4.根据权利要求1所述的未知频率持续模拟信号和猝发数字信号同时捕获方法，其特征在于，所述步骤S6中，所述统计信息的分析方法为：从所有记录的疑似持续模拟信号中挑选出能量均值超过阈值的信号，再根据预设准则从中确定出持续模拟信号。
5.根据权利要求1所述的未知频率持续模拟信号和猝发数字信号同时捕获方法，其特征在于，所述步骤S10具体包括：
步骤S101：对所述定点频率采样的数据进行分析，根据预设准则，判断该采样数据是否具备预先规定的第一类数字信号特征，若分析结果满足预先规定的第一类数字信号特征，则执行步骤S102，若分析结果不满足预先规定的第一类数字信号特征，则执行所述步骤S12；
步骤S102：继续对所述定点频率采样的数据进行分析，根据预设准则，判断该采样数据是否具备预先规定的第二类数字信号特征，若分析结果满足预先规定的第二类数字信号特征，则执行所述步骤S11，若分析结果不满足预先规定的第二类数字信号特征，则执行所述步骤S12。
6.根据权利要求5所述的未知频率持续模拟信号和猝发数字信号同时捕获方法，其特征在于，所述第一类数字特征是在预设门限内，其中s(k)是复数形式的采样信号，N是采样点，*是共轭符号，Im(·)是取复数虚部；所述第二类数字特征是四阶累积量
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