CN104730337A - 一种基于频谱图的信号检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于频谱图的信号检测方法，包括：初始上升检测步骤：当信噪比大于底噪时，记录当前信号的频率和信噪比，信号的当前趋势和之前趋势预设为上升；上升段检测步骤：实时检测信号的信噪比，当信噪比的变化趋势改变时，按顺序记录上升段内的所有拐点，并比较相邻拐点之间的信噪比，删除属于波动的拐点；下降段检测步骤：当前趋势和之前趋势预设为下降，当信噪比的变化趋势改变时，按顺序记录下降段内的所有拐点，并比较相邻拐点之间的信噪比，删除属于波动的拐点；测试完成步骤：重复进行初始上升检测步骤至下降段检测步骤，当信号小于底噪时记录所有拐点，并利用所述拐点组成信号。

Description

一种基于频谱图的信号检测方法

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，尤其涉及一种基于频谱图的信号检测方法。

背景技术

目前通信领与信息技术领域内，通常利用滤波器对信号进行滤波，滤除相应频率的信号。但是对于信号中存在的波动，技术人员只能根据相关专业知识对信号波动进行人为识别检测。目前缺乏利用计算机对信号中波动情况进行自动检测方法。

本发明的目的在于提出一种可自动检测信号波动的检测方法，利用程序动态地扫信号的描频谱图，自动地识别并去除信号中所存在的波动。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中未提出自动检测信号波动的缺陷，提出了一种基于频谱图的信号检测方法。本发明检测方法基于频谱图，利用计算机程序动态地扫描频谱图来识别信号中在上升段和下降段的波动干扰，从而提高了信号检测的准确率。

本发明提出了一种基于频谱图的信号检测方法，用于对获取的信号进行识别，所述信号具有上升段和下降段，所述方法包括如下步骤：

初始上升检测步骤：当所述信号的信噪比大于底噪时，记录当前信号的频率和信噪比，将信号的当前趋势和之前趋势预设为上升；

上升段检测步骤：实时检测所述信号的信噪比，当信噪比的变化趋势改变时，按顺序记录所述上升段内的所有拐点，并比较相邻拐点之间的信噪比，删除属于波动的拐点；

下降段检测步骤：将所述当前趋势和所述之前趋势预设为下降，实时检测所述信号的信噪比，当信噪比的变化趋势改变时，按顺序记录所述下降段内的所有拐点，并比较所述拐点之间的信噪比，删除属于波动的拐点；

测试完成步骤：重复进行所述初始上升检测步骤至所述下降段检测步骤，当所述信号小于底噪时记录所有拐点并利用所述拐点组成信号。

本发明所述基于频谱图的信号检测方法中，在所述上升段检测步骤包括：

第一拐点获取步骤：当所述信号的信噪比数值由变大转为变小时记录当前信号的频率和信噪比，得到第一拐点，所述当前趋势设为下降；

第二拐点获取步骤：当所述信号的信噪比数值再由变小转为变大时记录当前信号的频率和信噪比，得到第二拐点，所述当前趋势保持不变；

上升段波动检测步骤：计算所述第一拐点和所述第二拐点信噪比的差，若小于阈值则确定所述第一拐点和所述第二拐点之间的信号为波动，删除所述第二拐点，当所述信号的信噪比高于所述第一拐点时删除所述第一拐点，所述当前趋势设为上升；若大于阈值，则确定所述第一拐点为最高峰点，所述第二拐点处于所述下降段中，所述当前趋势设为下降。

本发明所述基于频谱图的信号检测方法中，在所述上升段检测步骤包括：

第三拐点获取步骤：当所述信号的信噪比数值由变小转为变大时记录当前信号的频率和信噪比，得到第三拐点，所述当前趋势设为上升；

第四拐点获取步骤：当所述信号的信噪比数值再由变大转为变小时记录当前信号的频率和信噪比，得到第四拐点，所述当前趋势保持不变；

下降段波动检测步骤：计算所述第三拐点和所述第四拐点信噪比的差，若小于阈值则确定所述第三拐点和所述第四拐点之间的信号为波动，删除所述第四拐点，当所述信号的信噪比低于所述第三拐点时删除所述第三拐点，所述当前趋势设为下降；若大于阈值，则确定所述第三拐点为最低峰值，所述第四拐点处于所述上升段中，所述当前趋势设为上升。

本发明所述基于频谱图的信号检测方法中，所述阈值为5-10分贝。

本发明所述基于频谱图的信号检测方法中，所述信号以如下公式表示：

Signal＝(F_2n+1,F_2n+2,F_2n+3)，n为整数，n≥0；

式中，F_2n+1表示第2n+1个拐点的频率，F_2n+2表示第2n+2个拐点的频率，F_2n+3表示第2n+3个拐点的频率。

相关术语的解释：

趋势，是指频谱线在某种宏观的观测下，呈现一种大致上升的状态或者是一种大致下降的状态。

波动，当实际的频谱线和趋势之间的方向相反时，当其向相反方向运行的幅度很小(需要认为或根据某种条件设定)，即认为这是一个波动。

信号，一个向上的趋势和一个向下的趋势构成一个信号，即一个信号包括上升段和下降段。

拐点，是指频谱图中上升段和下降段或者下降段和上升段的分界点。

拐点数据队列，是指即时采集的频谱信息，每个拐点数据由两个数据组成的数据对构成，第一个数据表示频率，第二个数据表示该频率的分贝数。

底噪，是指信号的背景噪声。

本发明的有益效果在于：

本发明检测方法基于频谱图，利用计算机程序动态地扫描频谱图来识别信号中在上升段和下降段的波动干扰，提高了信号检测的准确率。

附图说明

图1是本发明基于频谱图的信号检测方法的流程图。

图2是实施例中信号检测过程的频谱图。

图3是实施例中信号检测过程的频谱图。

图4是实施例中信号检测过程的频谱图。

图5是实施例中信号检测过程的频谱图。

图6是实施例中信号检测过程的频谱图。

图7是实施例中信号检测过程的频谱图。

图8是实施例中信号检测过程的频谱图。

图9是实施例中信号检测过程的频谱图。

图10是实施例中信号检测过程的频谱图。

图11是实施例中信号检测过程的频谱图。

图12是实施例中信号检测过程的频谱图。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

信号的频谱图由信号的频率及该频率的信噪比构成，其横坐标为信号的频率，以向右为正方向递增；纵坐标为信噪比，以向上为正方向递增。以下实施例中所提到的上升段为频率值上升的阶段，下降段为频率值下降的阶段。

图1显示的是本发明基于频谱图的信号检测方法，用于对获取的信号进行识别，信号具有上升段和下降段，方法包括如下步骤：

初始上升检测步骤：当信号的信噪比大于底噪时，记录当前信号的频率和信噪比，将信号的当前趋势和之前趋势预设为上升；

上升段检测步骤：实时检测信号的信噪比，当信噪比的变化趋势改变时，按顺序记录上升段内的所有拐点，并比较相邻拐点之间的信噪比，删除属于波动的拐点；

下降段检测步骤：将当前趋势和之前趋势预设为下降，实时检测信号的信噪比，当信噪比的变化趋势改变时，按顺序记录下降段内的所有拐点，并比较拐点之间的信噪比，删除属于波动的拐点；

测试完成步骤：重复进行初始上升检测步骤至下降段检测步骤，当信号小于底噪时记录所有拐点，并利用所述拐点组成信号。所述信号以如下公式表示：

Signal＝(F_2n+1,F_2n+2,F_2n+3)，n为整数，n≥0；

式中，F_2n+1表示第2n+1个拐点的频率，F_2n+2表示第2n+2个拐点的频率，F_2n+3表示第2n+3个拐点的频率。

以下结合附图，详细阐述本发明方法的具体实施过程。附图中，沿横坐标移动的直线为当前被检测的信号。

(I)当信号输入后扫描其频谱图，检测到信噪比大于底噪时，将由当前的频率以及信噪比所构成的数据对(x,y)保存到拐点数据队列中，并将之前和当前的方向记录为向上。参见图2，x所表示的频率值为50，y所表示的信噪比为-60。拐点数据队列的第二位数据用于表示当前所被检测的信号频率及其信噪比，其数值随检测过程的进行实时变化。

(II)参见图3，检测过程持续进行，当信号的信噪比下降时，得到第一拐点，将当前频率的数据对存入拐点数据对列的第二位数据，即(75,-45)；并将当前趋势设置成下降。此时，拐点数据队列中的第三位数据用于记录信噪比的实时变化。

(III)参见图4，当信号的信噪比数值再由变小转为变大时记录当前信号的频率和信噪比，得到第二拐点。第二拐点记录在拐点数据队列中的第三位数字。当前趋势保持不变，计算第一拐点和第二拐点在信噪比上的差值为2.5分贝。用于判断波动的阈值为5-10分贝，阈值的数值不仅限于该范围，可根据实际使用进行调整。本实施例中阈值是5分贝，第一拐点与第二拐点的差小于阈值。因此确定第一拐点和第二拐点之间的信号为波动，先删除拐点数据队列中的第三位数据，即第二拐点。此时，拐点数据队列中的第三位数据用于记录当前信号的频率与信噪比。

(IV)参见图5，当前信号的信噪比大于第一拐点的信噪比时，则表示第一拐点也存在干扰。删除拐点数据队列中的第二位数据，即第一拐点，并把当前趋势改为上升。此时，拐点数据队列中的第二位数据用于记录当前信号的频率与信噪比。

(V)参见图6，信号的信噪比数值下降时，在拐点数据队列的第二位数据中记录最新拐点(即最高峰值)的频率和信噪比，第三位数据用于记录当前信号的频率与信噪比，将当前趋势设置为下降。当第三位数字中的信噪比和第二位数据的信噪比之差大于阈值时，则进入下降段，将之前趋势设置为下降。若小于阈值，则参照(III)至(IV)，将该拐点作为波动并删除。

(VI)参见图7，检测过程持续进行，当信号的信噪比上升时，得到第三拐点，将当前频率的数据对存入拐点数据对列的第三位数据，即(120,-48)；并将当前趋势设置成上升。此时，拐点数据队列中的第四位数据用于记录信噪比的实时变化。

(VII)参见图8，当信号的信噪比数值再由变大转为变小时记录当前信号的频率和信噪比，得到第四拐点。第四拐点记录在拐点数据队列中的第四位数字。当前趋势保持不变，计算第三拐点和第四拐点在信噪比上的差值为3分贝。本实施例中阈值是5分贝，第三拐点与第四拐点的差小于阈值。因此确定第三拐点和第四拐点之间的信号为波动，先删除拐点数据队列中的第四位数据，即第四拐点。此时，拐点数据队列中的第四位数据用于记录当前信号的频率与信噪比。

(VIII)参见图9，当前信号的信噪比小于第三拐点的信噪比时，则表示第三拐点也存在干扰。删除拐点数据队列中的第三位数据，即第三拐点，并把当前趋势改为下降。此时，拐点数据队列中的第三位数据用于记录当前信号的频率与信噪比。

(IX)参见图10，信号的信噪比数值上升时，在拐点数据队列的第三位数据中记录最新拐点(即最低峰值)的频率和信噪比，第四位数据用于记录当前信号的频率与信噪比，将当前趋势设置为上升。当第四位数字中的信噪比和第三位数据的信噪比之差大于阈值时，则进入上升段，将之前趋势设置为上升。

(X)参见图11，本实施例中的信号由一个上升段和一个下降段组成，拐点数据队列中的前三位数据的频段已经组成了一个信号。因此当信号的信噪比再次上升时，提取该信号，并弹出拐点数据队列中的前两位数据。将之前趋势改为上升。

(XI)参见图12，当信号小于底噪时，读取所有拐点，将第2n+1，第2n+2和第2n+3个拐点的频率组成一个信号，n为整数，n≥0。如图中利用第1、第2和第3个拐点的频率组成(50,100,150)，即该频率区间内存在第一个信号；利用第3、第4和第5个拐点的频率组成信号(150,180,190)，即该频率区间内存在第二个信号。

以上具体实施过程以仅存在单次波动的单个上升段和单个下降段为例。当信号包括多个上升段和下降段及存在多次波动的上升段和下降段时，重复进行初始上升检测步骤至下降段检测步骤，即参照(I)至(X)进行信号的识别，并删除其中的波动，从而提高了信号检测的准确率。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (5)

1.一种基于频谱图的信号检测方法，用于对获取的信号进行识别，所述信号具有上升段和下降段，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

初始上升检测步骤：当所述信号的信噪比大于底噪时，记录当前信号的频率和信噪比，将信号的当前趋势和之前趋势预设为上升；

上升段检测步骤：实时检测所述信号的信噪比，当信噪比的变化趋势改变时，按顺序记录所述上升段内的所有拐点，并比较相邻拐点之间的信噪比，删除属于波动的拐点；

下降段检测步骤：将所述当前趋势和所述之前趋势预设为下降，实时检测所述信号的信噪比，当信噪比的变化趋势改变时，按顺序记录所述下降段内的所有拐点，并比较所述拐点之间的信噪比，删除属于波动的拐点；

测试完成步骤：重复进行所述初始上升检测步骤至所述下降段检测步骤，当所述信号小于底噪时记录所有拐点并利用所述拐点组成信号。

2.如权利要求1所述的基于频谱图的信号检测方法，其特征在于，在所述上升段检测步骤包括：

第一拐点获取步骤：当所述信号的信噪比数值由变大转为变小时记录当前信号的频率和信噪比，得到第一拐点，所述当前趋势设为下降；

第二拐点获取步骤：当所述信号的信噪比数值再由变小转为变大时记录当前信号的频率和信噪比，得到第二拐点，所述当前趋势保持不变；

上升段波动检测步骤：计算所述第一拐点和所述第二拐点信噪比的差，若小于阈值则确定所述第一拐点和所述第二拐点之间的信号为波动，删除所述第二拐点，当所述信号的信噪比高于所述第一拐点时删除所述第一拐点，所述当前趋势设为上升；若大于阈值，则确定所述第一拐点为最高峰点，所述第二拐点处于所述下降段中，所述当前趋势设为下降。

3.如权利要求1所述的基于频谱图的信号检测方法，其特征在于，在所述上升段检测步骤包括：

第三拐点获取步骤：当所述信号的信噪比数值由变小转为变大时记录当前信号的频率和信噪比，得到第三拐点，所述当前趋势设为上升；

第四拐点获取步骤：当所述信号的信噪比数值再由变大转为变小时记录当前信号的频率和信噪比，得到第四拐点，所述当前趋势保持不变；

下降段波动检测步骤：计算所述第三拐点和所述第四拐点信噪比的差，若小于阈值则确定所述第三拐点和所述第四拐点之间的信号为波动，删除所述第四拐点，当所述信号的信噪比低于所述第三拐点时删除所述第三拐点，所述当前趋势设为下降；若大于阈值，则确定所述第三拐点为最低峰值，所述第四拐点处于所述上升段中，所述当前趋势设为上升。

4.如权利要求2或3所述的基于频谱图的信号检测方法，其特征在于，所述阈值为5-10分贝。

5.如权利要求1所述的基于频谱图的信号检测方法，其特征在于，所述信号以如下公式表示：

Signal＝(F_2n+1,F_2n+2,F_2n+3)，n为整数，n≥0；

式中，F_2n+1表示第2n+1个拐点的频率，F_2n+2表示第2n+2个拐点的频率，F_2n+3表示第2n+3个拐点的频率。