CN103731180A - 基于主值区间分析的窄带干扰检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于主值区间分析的窄带干扰检测方法，包括以下步骤：从前端频谱生成设备、信号检测设备及信号预处理设备获得经预处理的信号频谱；根据信号频谱，计算得到频谱幅度值分布的直方图；根据直方图分布，计算得到信号的主值区间；遍历频谱，根据主值区间查找窄带干扰。本发明的窄带干扰检测方法，适应性强、准确性高、稳定性好。

Description

基于主值区间分析的窄带干扰检测方法

技术领域

本发明属于无线通信和数字信号处理领域，特别是一种基于主值区间分析的窄带干扰检测方法。

背景技术

窄带干扰通常是指存在一定带宽且其带宽小于信号带宽的一种干扰。在无线信号传输领域中无线传输环境复杂多变，尤其是在通信密度较高的城市区域，由于网络规划不健全、设备干扰、交流电传输等原因造成的窄带干扰现象难以避免。另外，在个人无线通信中，扩频技术得到广泛使用。由于可用频带的限制，扩频通信系统要与现有的窄带通信系统共享相同的频带，这也将导致窄带干扰现象的发生。窄带干扰存在一定的带宽，所以其对原信号的影响十分严重。因为各种窄带干扰之间存在差别，干扰与信号的叠加方式不同，所以窄带干扰检测是干扰检测的重点和难点。

目前常用的窄带干扰检测方法有两种：

一种是基于门限的检测方法。该方法通过比较当前信号总功率是否超过某一阈值判定是否存在窄带干扰，该类方法需要知道信号功率等先验知识。

另一种是基于信号峰值均值比较的方法。该类方法通过比较信号频谱峰值和均值来判断窄带干扰的存在性，但由于噪声及信号频谱本身波动的影响，此类方法的判别稳定性较差。

由此可见，现有技术存在的问题是：窄带干扰检测适应性差、抗噪声性能弱、计算复杂度高、需要先验知识，对于背景噪声多变、通信机制复杂、信号类型繁多、先验知识难以获取的卫星通信、深空通信等应用领域难以胜任。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于主值区间分析的窄带干扰检测方法，窄带干扰检测适应性强、准确性高、稳定性好。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于主值区间分析的窄带干扰检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

10）信号频谱获取：从前端频谱生成设备、信号检测设备及信号预处理设备获得经预处理的信号频谱；

20）直方图获取：根据信号频谱，计算得到频谱幅度值分布的直方图；

30）主值区间获取：根据直方图分布，计算得到信号的主值区间；

40）窄带干扰查找：遍历频谱，根据主值区间查找窄带干扰。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

1、适应性强：本方法能够适应各种复杂信号、噪声环境。

2、准确性高：本方法采用基于主值区间分析的干扰检测设计，检测准确率高。

3、计算复杂度低：本方法实现简单，计算复杂度低，能够实现实时或准实时分析。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明

附图说明

图1是本发明基于主值区间分析的窄带干扰检测方法流程图。

图2是正常信号及其主值区间示意图。

图3是存在上窄带干扰信号及其主值区间示意图。

图4是存在下窄带干扰信号及其主值区间示意图。

图5仿真环境上窄带干扰检测结果图。

图6仿真环境下窄带干扰检测结果图。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于主值区间分析的窄带干扰检测方法，包括以下步骤：

10）信号频谱获取：从前端频谱生成设备、信号检测设备及信号预处理设备获得经预处理的信号频谱；

所述信号频谱获取（10）步骤中，所述信号频谱是指包含某一待处理信号且带宽等于或稍大于该信号带宽的频谱，所述预处理设备对该待处理信号做滤波处理（如均值滤波），减小信号的波动。

20）直方图获取：根据信号频谱，计算得到频谱幅度值分布的直方图；

所述直方图获取（20）步骤包括：

21）查找信号频谱的最大值、最小值；

所述查找信号频谱最大值、最小值（21）步骤具体为：

遍历SP查找最大值A_max、最小值A_min满足：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{\max }=\max \left(\mathrm{SP}\right)\\ A_{\min }=\min \left(\mathrm{SP}\right)\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，信号频谱为

SP＝{P_i|0＜i＜N}     (2)，

其中，P_i为频点幅度，N为信号频谱点数，i代表集合中点序号。

22）根据信号频谱的最大值、最小值，计算多层直方图各层数值区域划分；

所述根据信号频谱的最大值、最小值，计算多层直方图各层划分（22）步骤具体为：

直方图各层划分层间距A_level为

$A_{\mathrm{level}}=\frac{A_{\max }-A_{\min }}{L_{\mathrm{his}}}---\left(3\right),$

其中，L_his为直方图层数。

23）统计直方图各层包含信号频谱频点数目。

所述统计直方图各层包含信号频谱频点数目（23）步骤具体为：

直方图每层点数为：

NL_i＝card(PH_i)     (4)，

其中，PH_i(0＜i＜L_his)为直方图第i层点集，且

PH_i＝{P_i|A_min+i×A_level≥P_i≥A_min+(i-1)×A_level}     (5)，

其中，card()运算符代表取集合元素的个数。

30）主值区间获取：根据直方图分布，计算得到信号的主值区间；

所述主值区间获取（30）步骤具体为：

主值区间上下限为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{upLine}=A_{\min }+l_{\mathrm{main}}\×A_{\mathrm{level}}+A_{\mathrm{level}}\×\mathrm{\α}\\ \mathrm{downLine}=A_{\min }+(l_{\mathrm{main}}-1)\×A_{\mathrm{level}}-A_{\mathrm{level}}\×\mathrm{\α}\end{array}\right.---\left(6\right),$

其中，主值层为

l_main＝{l_main|max({NL_i|0＜i＜L_his})}     (7)，

其中，主值区间点集为，区间放大系数α(α＞0)。

40）窄带干扰查找：遍历频谱，根据主值区间查找窄带干扰。

所述窄带干扰查找（40）步骤包括：

41）上窄带干扰查找：遍历频谱，根据主值区间，查找上窄带干扰；

所述上窄带干扰查找（41）步骤具体为：

遍历SP，查找上窄带干扰点集

PU＝{PU_i|PU_i＞upLine}     (8)，

其中，上窄带干扰是指由于干扰与信号叠加造成干扰区域凸出于非干扰区域，从而造成的信号谱型异常的干扰。

42）下窄带干扰查找：遍历频谱，根据主值区间，查找下窄带干扰；

所述下窄带干扰查找（42）步骤具体为：

遍历SP，查找下窄带干扰点集

PL＝{PL_i}，

满足

PL_i＜downLine     (9)，

且

$\&Exists;{\mathrm{PL}}_j|{\mathrm{PL}}_j>\mathrm{downLine},(j<i)---\left(10\right),$

且

$\&Exists;{\mathrm{PL}}_k|{\mathrm{PL}}_k>\mathrm{downLine},(k>i)---\left(11\right),$

其中，下窄带干扰是指由于干扰与信号在边带叠加，造成叠加区域相较非叠加区域发生凹陷，从而造成的信号谱型异常的干扰。

43）获取窄带干扰：合并上窄带干扰和下窄带干扰，得到窄带干扰。

则窄带干扰点集PN＝PU∪PL。正常信号及其主值区间的示意图如图2所示，其中虚线代表主值区间。上窄带干扰信号及其主值区间的示意图如图3，下窄带干扰信号及其主值区间的示意图如图4。

图5、图6给出了在随机噪声、随机信源、窄带干扰出现在信号内随机位置条件下的仿真结果，其中图5为信号被上窄带干扰检测出的结果，图6为信号被下窄带干扰检测出的结果，图中两条直线间的区域为主值区间，横坐标深色区域为干扰区域。由结果可以看出，在有噪声的情况下，本方法能准确检测出窄带干扰，验证了该方法的可行性及有效性。

Claims (10)

1.一种基于主值区间分析的窄带干扰检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

10）信号频谱获取：从前端频谱生成设备、信号检测设备及信号预处理设备获得经预处理的信号频谱；

20）直方图获取：根据信号频谱，计算得到频谱幅度值分布的直方图；

30）主值区间获取：根据直方图分布，计算得到信号的主值区间；

40）窄带干扰查找：遍历频谱，根据主值区间查找窄带干扰。

2.根据权利要求1所述的窄带干扰检测方法，其特征在于：所述信号频谱获取（10）步骤中，所述信号频谱是指包含某一待处理信号且带宽等于或稍大于该信号带宽的频谱，所述预处理设备对该待处理信号做滤波处理，减小信号的波动。

3.根据权利要求1所述的窄带干扰检测方法，其特征在于，所述直方图获取（20）步骤包括：

21）查找信号频谱的最大值、最小值；

22）根据信号频谱的最大值、最小值，计算多层直方图各层数值区域划分；

23）统计直方图各层包含信号频谱频点数目。

4.根据权利要求3所述的窄带干扰检测方法，其特征在于，所述查找信号频谱最大值、最小值（21）步骤具体为：

遍历SP查找最大值A_max、最小值A_min满足：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{\max }=\max \left(\mathrm{SP}\right)\\ A_{\min }=\min \left(\mathrm{SP}\right)\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，信号频谱为

SP＝{P_i|0＜i＜N}     (2)，

其中，P_i为频点幅度，N为信号频谱点数，i代表集合中点序号。

5.根据权利要求3所述的窄带干扰检测方法，其特征在于，所述根据信号频谱的最大值、最小值，计算多层直方图各层划分（22）步骤具体为：

直方图各层划分层间距A_level为

$A_{\mathrm{level}}=\frac{A_{\max }-A_{\min }}{L_{\mathrm{his}}}---\left(3\right),$

其中，L_his为直方图层数。

6.根据权利要求3所述的窄带干扰检测方法，其特征在于，所述统计直方图各层包含信号频谱频点数目（23）步骤具体为：

直方图每层点数为：

NL_i＝card(PH_i)     (4)，

其中，PH_i(0＜i＜L_his)为直方图第i层点集，且

PH_i＝{P_i|A_min+i×A_level≥P_i≥A_min+(i-1)×A_level}     (5)，

其中，card（）运算符代表取集合元素的个数。

7.根据权利要求1所述的窄带干扰检测方法，其特征在于：所述主值区间获取（30）步骤具体为：

主值区间上下限为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{upLine}=A_{\min }+l_{\mathrm{main}}\&times;A_{\mathrm{level}}+A_{\mathrm{level}}\&times;\mathrm{\&alpha;}\\ \mathrm{downLine}=A_{\min }+(l_{\mathrm{main}}-1)\&times;A_{\mathrm{level}}-A_{\mathrm{level}}\&times;\mathrm{\&alpha;}\end{array}\right.---\left(6\right),$

其中，主值层为

l_main＝{l_main|max({NL_i|0＜i＜L_his})}     (7)，

其中，主值区间点集为

，区间放大系数α（α＞0）。

8.根据权利要求1所述的窄带干扰检测方法，其特征在于：所述窄带干扰查找（40）步骤包括：

41）上窄带干扰查找：遍历频谱，根据主值区间，查找上窄带干扰；

42）下窄带干扰查找：遍历频谱，根据主值区间，查找下窄带干扰；

43）获取窄带干扰：合并上窄带干扰和下窄带干扰，得到窄带干扰。

9.根据权利要求8所述的窄带干扰检测方法，其特征在于：所述上窄带干扰查找（41）步骤具体为：

遍历SP，查找上窄带干扰点集

PU＝{PU_i|PU_i＞upLine}     (8)，

其中，上窄带干扰是指由于干扰与信号叠加造成干扰区域凸出于非干扰区域，从而造成的信号谱型异常的干扰。

10.根据权利要求8所述的窄带干扰检测方法，其特征在于：所述下窄带干扰查找（42）步骤具体为：

遍历SP，查找下窄带干扰点集

PL＝{PL_i}，

满足

PL_i＜downLine     (9)，

且

$\&Exists;{\mathrm{PL}}_j|{\mathrm{PL}}_j>\mathrm{downLine},(j<i)---\left(10\right),$

且

$\&Exists;{\mathrm{PL}}_k|{\mathrm{PL}}_k>\mathrm{downLine},(k>i)---\left(11\right),$

其中，下窄带干扰是指由于干扰与信号在边带叠加，造成叠加区域相较非叠加区域发生凹陷，从而造成的信号谱型异常的干扰。

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