CN103245376A - 一种弱信号目标检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种弱信号目标检测方法，包括以下步骤：对信号序列进行一阶过零检测，得到一阶过零区间；对信号序列在一阶过零区间内二阶差分过零计数与能量分别进行统计；计算统计得到的二阶差分过零计数和能量的比值；将获得的比值与设定的阈值进行比较，当比值大于设定的阈值时，表示信号序列中检出目标信号。本发明可以以极低运算量、极少存储空间、极低硬件成本实现较强微弱信号检出能力。

Description

一种弱信号目标检测方法
技术领域
本发明涉及数字信号处理技术领域，特别是涉及一种弱信号目标检测方法。
背景技术
随着MEMS传感技术不断成熟完善，传感器系统逐步迈入微型化时代，用户对系统的高集成度、便携性与易布设等需求日益提高，系统的低功耗、低复杂度等典型特征，是促成这些用户需求的关键。
常用目标弱信号检测方法包括：1.能量检测2.双谱检测3.峰度检测4.频谱检测5.小波多分辨分析检测6.过零检测等，其中能量检测和过零检测计算量较小，实时性较高，对系统资源要求较少，其稳定性和鲁棒性较差，环境噪声及电路状态的改变将使其检测性能急剧下降；双谱检测、峰度检测和频谱检测均为信号频率或统计检测方法，计算量较大，实时性略差，由于频谱和统计特征的计算均需要一定信号长度，其对远距离目标弱信号的检测能力较差；小波多分辨分析检测计算量大，实时性差，对远距离弱信号的检测能力有所提高，但仍然无法满足高性能传感系统日益提高的探测性能的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种弱信号目标检测方法，可以以极低运算量、极少存储空间、极低硬件成本实现较强微弱信号检出能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种弱信号目标检测方法，包括以下步骤：
（1）对信号序列进行一阶过零检测，得到一阶过零区间；
（2）对信号序列在一阶过零区间内二阶差分过零计数与能量分别进行统计；
（3）计算统计得到的二阶差分过零计数和能量的比值；
（4）将获得的比值与设定的阈值进行比较，当比值大于设定的阈值时，表示信号序列中检出目标信号。
所述步骤（1）中一阶过零检测方法为：信号序列X1，…，XK为零均值前提下，定义序列Z为 Z t = 1 X t &GreaterEqual; 0 0 X t < 0 , t=1,…,K；定义dt为t时刻的指示函数：dt=(Zt-Zt-1)2，当dt=1时产生一阶过零点，一阶过零区间为XD1，XD2，XD3，…，XDi。
所述步骤（2）中信号序列在一阶过零区间内二阶差分过零计数的统计方法为：将一阶过零区间Di定义为原始信号序列[XDi,XD(i+1)]，采用计算一阶过零点的方法，得到指标函数序列dDi,…,dD(i+1)，对信号序列一阶过零区间Di内二阶差分过零进行计数ZCi=dDi+dDi+1+…+dD(i+1)。
所述步骤（4）中的阈值确定方法如下：对不含目标的原始信号序列，执行目标检测运算，得到不含目标的原始序列的一阶过零区间统计数据的比值序列，另该比值序列作为设定的阈值。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过对信号一阶过零区间内二阶差分过零计数与能量分别进行统计，计算两个统计数据的比值，然后与设定阈值进行比较，当比值大于设定阈值时，认为宽带随机信号中检出目标信号。该方法以极低运算量、极少存储空间、极低硬件成本实现较强微弱信号检出能力。
附图说明
图1是本发明流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种弱信号目标检测方法，包括以下步骤：对信号序列进行一阶过零检测，得到一阶过零区间；对信号序列在一阶过零区间内二阶差分过零计数与能量分别进行统计；计算统计得到的二阶差分过零计数和能量的比值；将获得的比值与设定的阈值进行比较，当比值大于设定的阈值时，表示信号序列中检出目标信号。本发明具体步骤如图1所示，其中，包括音频信号序列的一阶过零区间XDi计算、信号序列在一阶过零区间内二阶差分过零计数ZCi计算、信号序列在一阶过零区间内能量Ei计算、二阶差分过零计数和能量的比值Ri计算、设定的阈值T比较，最后得出目标检测结果。具体实施方式和步骤如下：
（1）针对音频序列X，定义序列Z： Z t = 1 X t &GreaterEqual; 0 0 X t < 0 , t=1,…,K，定义dt为t时刻的指示函数：dt=(Zt-Zt-1)2。当dt=1时产生一阶过零点，搜索满足dt=1的信号点得到音频序列X的一阶过零区间为XD1，XD2，XD3，…，XDi。
（2）一阶过零点组成音频序列X所有一阶过零区间Di:[XDi,XD(i+1)]。
（3）采用步骤（1）中的一阶过零的方法，计算音频序列X的一阶过零区间Di，得到指示函数dt序列，音频序列X的一阶过零区间Di内二阶差分过零计数ZCi=dDi+dDi+1+…+dD(i+1)。
（4）计算音频序列X的一阶过零区间Di内信号能量：Ei=dDi 2+dDi+1 2+…+dD(i+1) 2
（5）计算二阶差分过零计数和能量的比值Ri=ZCi/Ei。
（6）在二阶差分过零计数和能量的比值Ri大于设定的阈值T条件满足的情况下，弱信号目标检测算法在原始音频信号零均值序列X的一阶过零区间Di的区间位置检出音频目标信号。其中，设定的阈值T通过以下方法确认：对不含目标的原始信号序列，执行上述目标检测运算，得到不含目标的原始序列的一阶过零区间统计数据的比值序列，另该比值序列作为设定的阈值T。
不难发现，本发明通过对信号一阶过零区间内二阶差分过零计数与能量分别进行统计，计算两个统计数据的比值，然后与设定阈值进行比较，当比值大于设定阈值时，认为宽带随机信号中检出目标信号。该方法以极低运算量、极少存储空间、极低硬件成本实现较强微弱信号检出能力。

Claims (4)

1.一种弱信号目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对信号序列进行一阶过零检测，得到一阶过零区间；
（2）对信号序列在一阶过零区间内二阶差分过零计数与能量分别进行统计；
（3）计算统计得到的二阶差分过零计数和能量的比值；
（4）将获得的比值与设定的阈值进行比较，当比值大于设定的阈值时，表示信号序列中检出目标信号。
2.根据权利要求1所述的弱信号目标检测方法，其特征在于，所述步骤（1）中一阶过零检测方法为：信号序列X1，…，XK为零均值前提下，定义序列Z为 Z t = 1 X t &GreaterEqual; 0 0 X t < 0 , t=1,…,K；定义dt为t时刻的指示函数：dt=(Zt-Zt-1)2，当dt=1时产生一阶过零点，一阶过零区间为XD1，XD2，XD3，…，XDi。
3.根据权利要求1所述的弱信号目标检测方法，其特征在于，所述步骤（2）中信号序列在一阶过零区间内二阶差分过零计数的统计方法为：将一阶过零区间Di定义为原始信号序列[XDi,XD(i+1)]，采用计算一阶过零点的方法，得到指标函数序列dDi,…,dD(i+1)，对信号序列一阶过零区间Di内二阶差分过零进行计数ZCi=dDi+dDi+1+…+dD(i+1)。
4.根据权利要求1所述的弱信号目标检测方法，其特征在于，所述步骤（4）中的阈值确定方法如下：对不含目标的原始信号序列，执行目标检测运算，得到不含目标的原始序列的一阶过零区间统计数据的比值序列，另该比值序列作为设定的阈值。
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