一种基于DVB-S信号的循环平稳检测和相关检测联合检测
方法
技术领域
本发明涉及被动雷达信号处理的方法,具体涉及一种基于DVB-S信号的循环平稳检测和相关检测联合检测方法。
背景技术
被动雷达是使用发射源的电磁波但本身不发生脉冲的雷达系统。使用的辐射源可以来自FM广播,数字电视或人造卫星,其中DVB-S(数字电视广播卫星系统)被认为是一个可靠的被动雷达辐射源。一般的信号检测方法是能量检测、相关检测(即匹配滤波器)或循环平稳检测。其中能量检测是最通用的方法,因为其计算复杂度较低。相关检测具有最高的检测精度,但是它要求参考信号信息必须知道。在DVB-S系统中,由于直达波的信噪比很高,可以用作参考信号。然而接收直达波信号,再进行信号处理,最后相关计算,这整个过程会引起相当大的能耗。循环平稳检测使用调制信号的循环平稳性,其中DVB-S信号就是一种具有循环平稳特性的信号,与能量检测相比,其对未知噪声的敏感度更低,精确度更高,并且由于它只需一路接收天线接收反射波,一系列信号处理下来,总体耗能比相关检测低,但这种方法的缺点是会将具有循环平稳特性的干扰误判成目标信号。目前有一种方法,即基于两种探测方法的数据综合的协同感知探测方法,该方法对接收到的采样信号,进行能量检测和相关检测两种检测,和能量检测相比,这种方案具有更好的性能。还有一种两种检测方法混合的检测方案,即先在低SNR区域使用循环平稳检测,同时在高 SNR区域使用能量检测。这种方案提高了检测性能,同时又避免了全部使用循环平稳检测而导致较高的算法复杂度。然而,现有的这些方法,没有一个考虑到接收信号的相关性,无法确定是否存在目标信号。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提出一种基于DVB-S信号的循环平稳检测和相关检测联合检测方法,该方法具体包括如下步骤:
S1:对接收信号的第一个检测周期进行如下处理:
S1.1:首先接收信号中的反射波进行循环平稳检测;
(1)设置误警概率Pf;
(2)通过误警概率确定门限值T0:首先得到一组噪声信号统计量N0,然后计算反射波信号y(t)的循环自相关函数的估计值由似然比检测得到的检验统计量为
N0=Sn(f)
其中,Sn(f)是空白噪声n(t)的功率谱密度;α代表循环频率,τ代表延迟;
将T从大到小进行排序,根据之前选定的误警概率Pf,选定的临界值就是需要的门限值T0;
(3)计算采样周期的反射波信号的统计量T,并将其与门限值T0作对比,当T>T0,则循环平稳信号存在,进入S1.2进行相关检测;反之,则直接判定不存在具有循环平稳特性的干扰或者目标信号,进入S3;
其中,Ry(α,τ)为反射波信号y(t)的循环自相关函数;
S1.2:进行接收信号中的直达波和反射波信号进行相关检测;
(1)设置误警概率Pf;
(2)通过误警概率确定相关检测门限值λ0:
取m组直达波信号s(k)和m组反射波信号y(k)做滑动相关,每两个信号相关计算得到一个最大的相关函数值,得到m组数据,对应为检测量
其中,N为滑动相关的窗口长度;
将从大到小进行排序,根据之前选定的误警概率Pf,选定的临界值就是需要的门限值λ0;
(3)获得采样周期内反射波信号和直达波信号的相关统计量λ,并将该统计量与门限值作对比,当λ>λ0,则认为存在目标信号,则进入S2持续进行相关检测;反之,则认为仅存在具有循环平稳特性的干扰,进入S3;
S2:对于前一个检测周期接收到目标信号的情况,在接收信号的后面的周期重复S2.2,持续进行相关检测,直到一段时间后,确定再没有检测到目标信号,进入S3;
S3:进行干扰判定
(1)结合误警概率和实际样本统计数据确定门限值;
(2)计算干扰出现的概率;
(3)将干扰出现的概率与门限值进行比较,当这个概率大于门限值时,判定干扰会在下一检测周期出现,则在下一周期使用S1.2的相关检测;反之,则判断结果为干扰在下一检测周期不会出现,先在下一周期用S1.1的循环平稳检测,若没有检测到循环平稳信号时,继续S3循环;若检测到循环平稳信号,继续使用S1.2的相关检测,判断是干扰信号还是目标信号;一旦检测到干扰信号,后面直接单独使用相关检测,若检测到目标信号,持续进行S2的相关检测,实时监测目标信号是否存在。
本发明的有益效果如下:
空中目标和干扰的出现是低概率事件,本发明的检测方法中,当循环平稳检测结果为不存在循环平稳信号时,不需要进行相关检测,考虑到相关检测需要额外的直达波接收天线和复杂的信号处理过程,以获得较纯净的参考信号,节省这一步,可减少资源浪费;长期监测时,又考虑了当出现空中目标,持续一段时间单独使用相关检测,以及干扰在某段时间内长期存在的情况,避免一直同时使用两种检测方法;在尽可能考虑所有可能情况下,本发明提出的方法不比任何一种单一的检测技术性能差,是一种较为优越的检测方案。本方案对空中移动目标的长期监测有非常重要的意义。
附图说明
图1为信号检测的第一个检测周期流程示意图;
图2为在第一个检测周期判断目标存在之后的流程示意图;
图3为在第一个检测周期判断目标不存在之后的流程示意图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明,本发明的目的和效果将变得更加明白,以下结合附图和实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1-3所示,本发明的基于DVB-S信号的循环平稳检测和相关检测联合检测方法具体包括如下步骤:
S1:对接收信号的第一个检测周期进行如下处理:
S1.1:首先接收信号中的反射波进行循环平稳检测;
(1)设置误警概率Pf;
(2)通过误警概率确定门限值T0:首先得到一组噪声信号统计量N0,然后计算反射波信号y(t)的循环自相关函数的估计值由似然比检测得到的检验统计量为
N0=Sn(f)
其中,Sn(f)是空白噪声n(t)的功率谱密度;α代表循环频率,τ代表延迟;
将T从大到小进行排序,根据之前选定的误警概率Pf,选定的临界值就是需要的门限值T0;
(3)计算采样周期的反射波信号的统计量T,并将其与门限值T0作对比,当T>T0,则循环平稳信号存在,进入S1.2进行相关检测;反之,则直接判定不存在具有循环平稳特性的干扰和目标信号,进入S3;
其中,Ry(α,τ)为反射波信号y(t)的循环自相关函数;
S1.2:进行接收信号中的直达波和反射波信号进行相关检测;
(1)设置误警概率Pf;
(2)通过误警概率确定相关检测门限值λ0:
取m组直达波信号s(k)和m组反射波信号y(k)做滑动相关,每两个信号相关计算得到一个最大的相关函数值,得到m组数据,对应为检测量
其中,N为滑动相关的窗口长度;
将从大到小进行排序,根据之前选定的误警概率Pf,选定的临界值就是需要的门限值λ0;
(3)获得采样周期内反射波信号和直达波信号的相关统计量λ,并将该统计量与门限值作对比,当λ>λ0,则认为存在目标信号,则进入S2持续进行相关检测;反之,则认为仅存在具有循环平稳特性的干扰,进入S3;
通过第一个检测周期的检测后,具体结果描述为以下四种:
H00:对应不存在具有循环平稳特性的干扰和目标信号的情况;
H01:该情况对应只存在干扰,且存在具有循环平稳特性的干扰的,这种情况下,不进行相关检测,单只采用循环平稳检测无法正确判断;
H10:该情况对应存在目标信号,且可能存在不具有循环平稳特性的干扰;
H11:该情况对应存在目标信号,且可能存在具有循环平稳特性的干扰,这种情况下本方案只能确定目标信号是否存在。
S2:对于前一个检测周期接收到目标信号的情况,在接收信号的后面的周期重复S2.2,持续进行相关检测,直到一段时间后,确定再没有检测到目标信号,进入S3;
S3:进行干扰判定
(1)结合误警概率和实际样本统计数据确定门限值;
(2)计算干扰出现的概率;
(3)将干扰出现的概率与门限值进行比较,当这个概率大于门限值时,判定干扰会在下一检测周期出现,则在下一周期使用S1.2的相关检测;反之,则判断结果为干扰在下一检测周期不会出现,先在下一周期用S1.1的循环平稳检测,若没有检测到循环平稳信号时,继续S3循环;若检测到循环平稳信号,继续使用S1.2的相关检测,判断是干扰信号还是目标信号;一旦检测到干扰信号,后面直接单独使用相关检测,若检测到目标信号,持续进行S2的相关检测,实时监测目标信号是否存在。
本领域普通技术人员可以理解,以上所述仅为发明的优选实例而已,并不用于限制发明,尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内,所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。