CN110048786A - 一种无线电磁环境中信号频谱的峰值识别方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线电磁环境中信号频谱的峰值识别方法和装置。该方法包括：获取无线电磁环境中信号的频谱数据；从获取的频谱数据中选取第一指定带宽内的频谱数据，将选取的频谱数据进行n等分，得到n个等分段；计算每一个等分段内的功率平均值，并设置用于确定峰值点的门限值；根据每一个等分段内的功率平均值和所述门限值，确定每一个等分段内的峰值点；根据所述峰值点对应的信号的带宽判断所述峰值点的有效性；对于每一个判断为有效的峰值点，根据该有效峰值点的包络信号的功率和对该有效峰值点的峰值频率进行自动修正。本发明提高了峰值识别的准确性，能够有效区分真实信号和杂散信号，实现了对真实信号的频率中心的准确定位。

Description

一种无线电磁环境中信号频谱的峰值识别方法和装置

技术领域

本发明涉及无线电频谱分析技术领域，特别是涉及一种无线电磁环境中信号频谱的峰值识别方法和装置。

背景技术

频谱是反映无线电磁环境的重要工具。在无线电频谱监测中，对无线电磁环境中信号频谱的峰值进行识别是保障合法信号、查找非法信号的重要手段。由于无线电磁环境底噪不同，频谱形状各异，信号出现时间随机，环境存在杂散信号等问题，使得如何快速区分信号和杂散，并找到无线电频谱中信号的准确峰值存在很大难度。

现有技术中求解频谱峰值的方法一般采用一维黄金分割精搜索法，找出一段频谱中的电平最大值，或者对一段频谱的电平数据求电平平均值，然后通过设置门限值来判断某一点是否为峰值。

具体地，一种电平峰值查找方法为：根据频谱中信号电平情况，查找出电平值高于相邻低频的电平值并且同时高于相邻高频的电平值的某频点，作为信号的峰值频率，即，识别信号的电平峰值作为信号的频率中心。

这些现有方法虽然可以查找到峰值，但无法保证准确性，对查找到的峰值也没有进行有效性判断，因而无法区分真实信号和杂散信号，无法区分真实信号和信号抖动，存在很容易将杂散信号误判为真实信号的问题。另外，由于频谱数据变化非常快，可能会造成峰值查找偏差的现象，导致很多信号的电平峰值点并不是真实的信号频率中心，现有方法也无法解决此问题。

因此，如何准确地识别信号的峰值点，降低杂散信号对信息处理的干扰，并实现对真实信号的频率中心的准确定位，成为无线电频谱监测中亟待解决的问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的无线电磁环境中信号频谱的峰值识别方法和装置。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种无线电磁环境中信号频谱的峰值识别方法，包括：

获取无线电磁环境中信号的频谱数据；

从获取的频谱数据中选取第一指定带宽内的频谱数据，将所述第一指定带宽内的频谱数据进行n等分，得到n个等分段，其中每一个等分段包括的频点的数量为m，且n为大于或等于1的整数，m为大于或等于3的整数；

计算每一个等分段内的功率平均值，并设置用于确定峰值点的门限值；

对于每一个等分段，根据所述每一个等分段内的功率平均值和所述门限值，确定所述每一个等分段内的峰值点；

根据所述峰值点对应的信号的带宽判断所述峰值点的有效性。

可选地，对于每一个等分段，根据所述每一个等分段内的功率平均值和所述门限值，确定所述每一个等分段内的峰值点，包括：

对于所述n个等分段中的任一等分段，从该等分段内的第一个频点开始，判断当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于所述门限值；

若当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值不大于所述门限值，则对下一个频点进行判断；

若当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值大于所述门限值，则判断当前频点的功率值是否大于上一个频点的功率值，并且同时大于下一个频点的功率值，其中若当前频点为第一个频点，判断当前频点的功率值是否大于下一个频点的功率值，若当前频点为最后一个频点，判断当前频点的功率值是否大于上一个频点的功率值；

若是，则确定所述当前频点为该等分段内的峰值点，然后判断下一个频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于所述门限值，若否，则直接判断下一个频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于所述门限值，直到完成最后一个频点的判断。

可选地，根据所述峰值点对应的信号的带宽判断所述峰值点的有效性，包括：

对于确定出的每一个峰值点，计算所述峰值点处的功率P_peak；

从所述峰值点开始，向右计算下一个频点的功率P_r，判断P_peak与P_r的差值是否大于或等于指定功率值x dB，若否，继续向右计算下一个频点的功率P_r，若是，将所述右边的频点记为第u个频点；

从所述峰值点开始，向左计算上一个频点的功率P_l，判断P_peak与P_l的差值是否大于或等于所述指定功率值x dB，若否，继续向左计算上一个频点的功率P_l，若是，将所述左边的频点记为第v个频点；

计算所述第u个频点与所述第v个频点的频率差值作为所述峰值点对应的信号的x-dB带宽；

判断所述信号的x-dB带宽是否大于或等于指定带宽门限，若否，确定所述峰值点无效，所述峰值点对应的信号为杂散信号，若是，确定所述峰值点有效，所述峰值点的峰值频率为真实信号的中心峰值频率。

可选地，所述方法还包括：

对于每一个判断为有效的峰值点，根据该有效峰值点的包络信号的功率和对该有效峰值点的峰值频率进行自动修正。

可选地，对于每一个判断为有效的峰值点，根据该有效峰值点的包络信号的功率和对该有效峰值点的峰值频率进行自动修正，包括：

选取具有第二指定带宽的中心窗口，所述中心窗口的起始点为第s个频点，截止点为第e个频点，其中所述中心窗口只包括一个有效峰值点；

查找所述第s个频点到所述第e个频点之间所有频点的最大功率值，将所述最大功率值对应的频点记为第k个频点；

计算所述第s个频点到所述第e个频点之间的所有频点的总功率值P_s；

以所述第k个频点作为中心点，分别以第k-1个频点和第k+1个频点为所述中心点的左邻居点和右邻居点，将所述中心点和所述左和右邻居点的功率值加和得到功率和P_add；

将所述左邻居点的编号与s进行比较并且将所述右邻居点的编号与e进行比较；

若所述左邻居点的编号大于s并且同时所述右邻居点的编号小于e，比较所述左邻居点与所述右邻居点的功率值，若所述左邻居点的功率值大于所述右邻居点的功率值，将位于所述左邻居点左边的相邻一个频点作为当前左邻居点，计算所述当前左邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add，若所述左邻居点的功率值小于或等于所述右邻居点的功率值，将位于所述右邻居点右边的相邻一个频点作为当前右邻居点，计算所述当前右邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add；

若所述左邻居点的编号小于或等于s，将位于所述右邻居点右边的相邻一个频点作为当前右邻居点，计算所述当前右邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add；

若所述右邻居点的编号大于或等于e，将位于所述左邻居点左边的相邻一个频点作为当前左邻居点，计算所述当前左邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add；

判断当前P_add是否大于P_s的95％，若是，将该有效峰值点的峰值频率修正为当前左邻居点与当前右邻居点的频率和的平均值，流程结束；

若否，判断累加次数是否大于或等于e-s+1，若否，重复进行将所述左邻居点的编号与s进行比较并且将所述右邻居点的编号与e进行比较的步骤至判断累加次数是否大于或等于e-s+1的步骤，若是，流程结束。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种无线电磁环境中信号频谱的峰值识别装置，包括：

频谱数据获取模块，适于获取无线电磁环境中信号的频谱数据；

峰值选择模块，适于从获取的频谱数据中选取第一指定带宽内的频谱数据，将所述第一指定带宽内的频谱数据进行n等分，得到n个等分段，其中每一个等分段包括的频点的数量为m，且n为大于或等于1的整数，m为大于或等于3的整数；计算每一个等分段内的功率平均值并设置用于确定峰值点的门限值；对于每一个等分段，根据所述每一个等分段内的功率平均值和所述门限值，确定所述每一个等分段内的峰值点；以及

峰值有效性判断模块，适于根据所述峰值点对应的信号的带宽判断所述峰值点的有效性。

可选地，所述峰值选择模块还适于：

对于所述n个等分段中的任一等分段，从该等分段内的第一个频点开始，判断当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于所述门限值；

若当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值不大于所述门限值，则对下一个频点进行判断；

若当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值大于所述门限值，则判断当前频点的功率值是否大于上一个频点的功率值，并且同时大于下一个频点的功率值，其中若当前频点为第一个频点，判断当前频点的功率值是否大于下一个频点的功率值，若当前频点为最后一个频点，判断当前频点的功率值是否大于上一个频点的功率值；

若是，则确定所述当前频点为该等分段内的峰值点，然后判断下一个频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于所述门限值，若否，则直接判断下一个频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于所述门限值，直到完成最后一个频点的判断。

可选地，所述峰值有效性判断模块还适于：

对于确定出的每一个峰值点，计算所述峰值点处的功率P_peak；

从所述峰值点开始，向右计算下一个频点的功率P_r，判断P_peak与P_r的差值是否大于或等于指定功率值x dB，若否，继续向右计算下一个频点的功率P_r，若是，将所述右边的频点记为第u个频点；

从所述峰值点开始，向左计算上一个频点的功率P_l，判断P_peak与P_l的差值是否大于或等于所述指定功率值x dB，若否，继续向左计算上一个频点的功率P_l，若是，将所述左边的频点记为第v个频点；

计算所述第u个频点与所述第v个频点的频率差值作为所述峰值点对应的信号的x-dB带宽；

判断所述信号的x-dB带宽是否大于或等于指定带宽门限，若否，确定所述峰值点无效，所述峰值点对应的信号为杂散信号，若是，确定所述峰值点有效，所述峰值点的峰值频率为真实信号的中心峰值频率。

可选地，所述装置还包括：

峰值修正模块，适于：对于每一个判断为有效的峰值点，根据该有效峰值点的包络信号的功率和对该有效峰值点的峰值频率进行自动修正。

可选地，所述峰值修正模块还适于：

选取具有第二指定带宽的中心窗口，所述中心窗口的起始点为第s个频点，截止点为第e个频点，其中所述中心窗口只包括一个有效峰值点；

查找所述第s个频点到所述第e个频点之间所有频点的最大功率值，将所述最大功率值对应的频点记为第k个频点；

计算所述第s个频点到所述第e个频点之间的所有频点的总功率值P_s；

以所述第k个频点作为中心点，分别以第k-1个频点和第k+1个频点为所述中心点的左邻居点和右邻居点，将所述中心点和所述左和右邻居点的功率值加和得到功率和P_add；

将所述左邻居点的编号与s进行比较并且将所述右邻居点的编号与e进行比较；

若所述左邻居点的编号大于s并且同时所述右邻居点的编号小于e，比较所述左邻居点与所述右邻居点的功率值，若所述左邻居点的功率值大于所述右邻居点的功率值，将位于所述左邻居点左边的相邻一个频点作为当前左邻居点，计算所述当前左邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add，若所述左邻居点的功率值小于或等于所述右邻居点的功率值，将位于所述右邻居点右边的相邻一个频点作为当前右邻居点，计算所述当前右邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add；

若所述左邻居点的编号小于或等于s，将位于所述右邻居点右边的相邻一个频点作为当前右邻居点，计算所述当前右邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add；

若所述右邻居点的编号大于或等于e，将位于所述左邻居点左边的相邻一个频点作为当前左邻居点，计算所述当前左邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add；

判断当前P_add是否大于P_s的95％，若是，将该有效峰值点的峰值频率修正为当前左邻居点与当前右邻居点的频率和的平均值，流程结束；

若否，判断累加次数是否大于或等于e-s+1，若否，重复进行将所述左邻居点的编号与s进行比较并且将所述右邻居点的编号与e进行比较的步骤至判断累加次数是否大于或等于e-s+1的步骤，若是，流程结束。

本发明实施例的技术方案，实现了准确地判断出无线电频谱中每一个频谱点是否为真实信号的频率中心。首先，将选取的第一指定带宽内的无线电频谱数据进行分段，在每一段中计算功率平均值，通过将每个频点的功率值和该段内的功率平均值的差值与预先设置的门限值进行比较来找出可能的峰值点，并通过判断这些可能的峰值点的功率值是否同时大于左右相邻频点的功率值，来确定每一段内的峰值点，可以有效避免一定带宽内的信号频谱数据由于波动大带来的均值不稳定的问题，提高峰值识别的准确性。其次，对于确定出的峰值点，通过计算峰值点对应的信号的x-dB带宽，并与设定的带宽门限进行比较来判断峰值点的有效性，实现了真实信号和杂散信号的有效区分，从而有效降低了杂散信号对信息处理的干扰。进一步地，根据选取的中心窗口内所有频点的功率和与该中心窗口内有效峰值点的包络信号的功率和的比较结果，对出现偏差的有效峰值点对应的信号的中心峰值频率进行自动修正，实现了对真实信号的频率中心的准确定位。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是一段常见的无线电频谱的示意图；

图2是一段包括真实信号和杂散信号的无线电频谱的示意图；

图3示出了根据本发明一实施例的无线电磁环境中信号频谱的峰值识别方法的流程图；

图4是根据本发明一优选实施例的确定每一个等分段内的峰值点的流程示意图；

图5是根据本发明一优选实施例的峰值点有效性判断的流程示意图；

图6是根据本发明一优选实施例的自动修正峰值频率的流程示意图；以及

图7示出了根据本发明一实施例的无线电磁环境中信号频谱的峰值识别装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在现有技术中，由于无线电磁环境各地情况不一样，真实信号和杂散信号无法区分等问题，难以实现频谱峰值的准确识别。

图1是一段常见的无线电频谱的示意图。在图1中，频谱的频率范围为从88MHz到108MHz，RBW(Resolution Bandwidth，分辨率带宽)为6.25kHz。可以发现，在无线电频谱中，每个小段范围内的噪声情况并不相同，导致很难确认哪些是峰值点；同时，信号带宽也不容易通过观察得到，从而无法区分真实信号和杂散信号。

基于无线电频谱的上述特性，现有的电平峰值查找方法存在以下明显不足：无法区分信号和杂散，无法区分信号和信号抖动，也无法解决很多信号的电平峰值点不是真实的信号频率中心的问题。例如，在传统的频谱仪中，峰值查找只能够设定固定的门限值，并找到电平最高的点作为峰值点。但是，由于无线电磁环境各地情况不一样，固定的门限值很难适应全部环境，会出现信号没有被选中或者过多信号被选中的情况；同时，电平最高点往往并不是信号的中心频率点，会导致信号无法接收和解析。

为解决上述技术问题，发明人通过研究发现，真实信号和杂散信号在带宽上存在显著区别。图2中示出了包括真实信号和杂散信号的一段无线电频谱示意图，其中，该段频谱的带宽为1MHz,由虚线分割的横轴间隔为100kHz，箭头所指示的信号为真实信号，其他峰值对应的信号均为杂散信号。从图2可以看出，与杂散信号相比，真实信号存在以下明显特征：包络清晰，并具有一定的带宽，通常可以达到1kHz以上。根据真实信号的这些特征，可以通过计算信号的带宽来区分真实信号和杂散信号，从而得到真实的频率中心。

本发明实施例提出了一种无线电磁环境中信号频谱的峰值识别方法。图3示出了根据本发明一实施例的无线电磁环境中信号频谱的峰值识别方法的流程图。参见图3，该无线电磁环境中信号频谱的峰值识别方法可以包括以下步骤S302至步骤S310。

步骤S302，获取无线电磁环境中信号的频谱数据。

步骤S304，从获取的频谱数据中选取第一指定带宽内的频谱数据，将第一指定带宽内的频谱数据进行n等分，得到n个等分段，其中每一个等分段包括的频点的数量为m，且n为大于或等于1的整数，m为大于或等于3的整数。

步骤S306，计算每一个等分段内的功率平均值，并设置用于确定峰值点的门限值。

步骤S308，对于每一个等分段，根据每一个等分段内的功率平均值和门限值，确定每一个等分段内的峰值点。

步骤S310，根据峰值点对应的信号的带宽判断峰值点的有效性。

本发明实施例提出的无线电磁环境中信号频谱的峰值识别方法，实现了准确地判断出无线电频谱中每一个频谱点是否为真实信号的频率中心。首先，将选取的第一指定带宽内的无线电频谱数据进行分段，在每一段中计算功率平均值，并根据每一段内的功率平均值和预先设置的门限值来确定每一段内的峰值点，可以有效避免一定带宽内的信号频谱数据由于波动大带来的均值不稳定的问题，提高峰值识别的准确性。其次，对于确定出的峰值点，根据峰值点对应的信号的带宽来判断峰值点的有效性，实现了真实信号和杂散信号的有效区分，从而有效降低了杂散信号对信息处理的干扰。

上文步骤S302中提及的频谱数据可以是频谱的电平数据，但本发明不限于此。

上文步骤S304中，根据信号传输网络的带宽来选取第一指定带宽内的频谱数据。例如，对于4G网络传输的数字信号，可以选取10MHz带宽内的频谱数据，然后将该10MHz带宽内的频谱数据进行10等分，得到10个带宽为1MHz的等分段，进而在后续步骤中对每一个等分段进行均值处理。需要说明的是，以上说明仅为示例，本发明不限于此。通过这种分段处理，有效避免了一段较长带宽内的信号频谱数据由于波动大带来的均值不稳定的问题，提高峰值识别的准确性。

上文步骤S308中，对于每一个等分段，根据每一个等分段内的功率平均值和门限值，确定每一个等分段内的峰值点。

在本发明的可选实施例中，确定每一个等分段内的峰值点的一种优选实施流程如图4所示。图4示出了根据本发明一优选实施例的确定每一个等分段内的峰值点的流程示意图。参见图4，该峰值点确定流程可以包括如下子步骤a)到子步骤d)。

a)对于n个等分段中的任一等分段，从该等分段内的第一个频点开始，判断当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于门限值。

b)若当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值不大于门限值，则对下一个频点进行判断。

c)若当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值大于门限值，则判断当前频点的功率值是否大于上一个频点的功率值，并且同时大于下一个频点的功率值，其中若当前频点为第一个频点，判断当前频点的功率值是否大于下一个频点的功率值，若当前频点为最后一个频点，判断当前频点的功率值是否大于上一个频点的功率值。

d)若是，则确定当前频点为该等分段内的峰值点，然后判断下一个频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于门限值；若否，则直接判断下一个频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于门限值，直到完成最后一个频点的判断。

通过在每一个等分段中将每个频点的功率值和该段内的功率平均值的差值与预先设置的门限值进行比较来找出可能的峰值点，并通过判断这些可能的峰值点的功率值是否同时大于左右相邻频点的功率值，来确定每一段内的峰值点，可以有效避免一定带宽内的信号频谱数据由于波动大带来的均值不稳定的问题，从而准确、快速地确定峰值点。

上文步骤S310中，根据峰值点对应的信号的带宽判断峰值点的有效性。

上文提及，真实信号存在清晰的包络，并具有一定的带宽。通过计算峰值点对应的信号的带宽，并判断信号带宽的大小，可以确定峰值点是否有效。如果信号带宽的数值很小，则可以确定该峰值点并不是一个有效的峰值点，其对应的信号为杂散信号。如果信号带宽的数值达到一定大小，则可以确定该峰值点是一个有效的峰值点，其对应的信号是存在能量的真实信号。

在本发明的可选实施例中，峰值点有效性判断的一种优选实施流程如图5所示。图5示出了根据本发明一优选实施例的峰值点有效性判断的流程示意图。参见图5，该峰值点有效性判断流程可以包括如下子步骤a)到子步骤e)。

a)对于确定出的每一个峰值点，计算该峰值点处的功率P_peak。

b)从该峰值点开始，向右计算下一个频点的功率P_r，判断P_peak与P_r的差值是否大于或等于指定功率值x dB，若否，继续向右计算下一个频点的功率P_r，若是，将该右边的频点记为第u个频点。

c)从该峰值点开始，向左计算上一个频点的功率P_l，判断P_peak与P_l的差值是否大于或等于该指定功率值x dB，若否，继续向左计算上一个频点的功率P_l，若是，将该左边的频点记为第v个频点。

d)计算该第u个频点与该第v个频点的频率差值作为该峰值点对应的信号的x-dB带宽。

e)判断该信号的x-dB带宽是否大于或等于指定带宽门限，若否，确定该峰值点无效，该峰值点对应的信号为杂散信号，若是，确定该峰值点有效，该峰值点的峰值频率为真实信号的中心峰值频率。

在实际应用中，可以根据发射信号的功率大小合理地设置x dB值，例如，可以设置为20dB。另外，根据杂散信号的特性，指定带宽门限通常可以设置为几个Hz。此外，子步骤b)和c)的顺序可以互换，本发明对此不作限制。

在本发明的可选实施例中，该无线电磁环境中信号频谱的峰值识别方法还包括以下步骤：对于每一个判断为有效的峰值点，根据该有效峰值点的包络信号的功率和对该有效峰值点的峰值频率进行自动修正。通过自动控制的方式，对出现偏差的峰值频率进行修正，以达到信号的中心频率点的准确定位。

进一步地，对有效峰值点的峰值频率进行自动修正的一种优选实施流程如图6所示。图6示出了根据本发明一优选实施例的自动修正峰值频率的流程示意图。参见图6，该自动修正峰值频率的流程可以包括如下子步骤a)到子步骤j)。

a)选取具有第二指定带宽的中心窗口，中心窗口的起始点为第s个频点，截止点为第e个频点，其中中心窗口只包括一个有效峰值点。

在实际应用中，根据实际的真实信号的带宽来设置第二指定带宽。

b)查找第s个频点到第e个频点之间所有频点的最大功率值，将最大功率值对应的频点记为第k个频点。

c)计算第s个频点到第e个频点之间的所有频点的总功率值P_s。

d)以第k个频点作为中心点，分别以第k-1个频点和第k+1个频点为中心点的左邻居点和右邻居点，将中心点和左和右邻居点的功率值加和得到功率和P_add。

e)将左邻居点的编号与s进行比较并且将右邻居点的编号与e进行比较。

f)若左邻居点的编号大于s并且同时右邻居点的编号小于e，比较左邻居点与右邻居点的功率值，若左邻居点的功率值大于右邻居点的功率值，将位于左邻居点左边的相邻一个频点作为当前左邻居点，计算当前左邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add，若左邻居点的功率值小于或等于右邻居点的功率值，将位于右邻居点右边的相邻一个频点作为当前右邻居点，计算当前右邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add。

g)若左邻居点的编号小于或等于s，将位于右邻居点右边的相邻一个频点作为当前右邻居点，计算当前右邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add。

h)若右邻居点的编号大于或等于e，将位于左邻居点左边的相邻一个频点作为当前左邻居点，计算当前左邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add。

i)判断当前P_add是否大于P_s的95％，若是，将该有效峰值点的峰值频率修正为当前左邻居点与当前右邻居点的频率和的平均值，流程结束。

j)若否，判断累加次数是否大于或等于e-s+1，若否，重复进行将左邻居点的编号与s进行比较并且将右邻居点的编号与e进行比较的步骤至判断累加次数是否大于或等于e-s+1的步骤，若是，流程结束。

上文提及，真实信号具有清晰的包络，因此，通过适当地选取具有合适的带宽从而将有效峰值点包含在内的中心窗口，计算中心窗口内所有频点的功率和，然后与中心窗口内有效峰值点的包络信号的功率和比较，来判断是否需要对信号的峰值频率进行修正，并自动将出现偏差的峰值频率从功率最大值对应的频率修正为真实的中心频率，从而实现了对真实信号的频率中心的准确定位。

以上介绍了图3所示实施例的各个环节的多种实现方式。需要说明的是，实际应用中，上述所有可选实施方式可以采用结合的方式任意组合，形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种无线电磁环境中信号频谱的峰值识别装置，用于支持上述任意一个实施例或其组合所提供的无线电磁环境中信号频谱的峰值识别方法。图7示出了根据本发明一实施例的无线电磁环境中信号频谱的峰值识别装置的结构示意图。参见图7，该无线电磁环境中信号频谱的峰值识别装置至少可以包括：频谱数据获取模块710、峰值选择模块720以及峰值有效性判断模块730。

现介绍本发明实施例的无线电磁环境中信号频谱的峰值识别装置的各组成或器件的功能以及各部分间的连接关系：

频谱数据获取模块710，适于获取无线电磁环境中信号的频谱数据；

峰值选择模块720，适于从获取的频谱数据中选取第一指定带宽内的频谱数据，将该第一指定带宽内的频谱数据进行n等分，得到n个等分段，其中每一个等分段包括的频点的数量为m，且n为大于或等于1的整数，m为大于或等于3的整数；计算每一个等分段内的功率平均值并设置用于确定峰值点的门限值；对于每一个等分段，根据每一个等分段内的功率平均值和门限值，确定每一个等分段内的峰值点；

峰值有效性判断模块730，适于根据峰值点对应的信号的带宽判断峰值点的有效性。

在一个可选实施例中，峰值选择模块720还适于：

对于n个等分段中的任一等分段，从该等分段内的第一个频点开始，判断当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于门限值；

若当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值不大于门限值，则对下一个频点进行判断；

若当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值大于门限值，则判断当前频点的功率值是否大于上一个频点的功率值，并且同时大于下一个频点的功率值，其中若当前频点为第一个频点，判断当前频点的功率值是否大于下一个频点的功率值，若当前频点为最后一个频点，判断当前频点的功率值是否大于上一个频点的功率值；

若是，则确定当前频点为该等分段内的峰值点，然后判断下一个频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于门限值；若否，则直接判断下一个频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于门限值，直到完成最后一个频点的判断。

在一个可选实施例中，峰值有效性判断模块730还适于：

对于确定出的每一个峰值点，计算该峰值点处的功率P_peak；

从该峰值点开始，向右计算下一个频点的功率P_r，判断P_peak与P_r的差值是否大于或等于指定功率值x dB，若否，继续向右计算下一个频点的功率P_r，若是，将该右边的频点记为第u个频点；

从该峰值点开始，向左计算上一个频点的功率P_l，判断P_peak与P_l的差值是否大于或等于该指定功率值x dB，若否，继续向左计算上一个频点的功率P_l，若是，将该左边的频点记为第v个频点；

计算第u个频点与第v个频点的频率差值作为该峰值点对应的信号的x-dB带宽；

判断信号的x-dB带宽是否大于或等于指定带宽门限，若否，确定该峰值点无效，该峰值点对应的信号为杂散信号，若是，确定该峰值点有效，该峰值点的峰值频率为真实信号的中心峰值频率。

在一个可选实施例中，该无线电磁环境中信号频谱的峰值识别装置还可以包括峰值修正模块，其适于对于每一个判断为有效的峰值点，根据该有效峰值点的包络信号的功率和对该有效峰值点的峰值频率进行自动修正。

进一步地，在一个优选实施例中，该峰值修正模块还适于：

选取具有第二指定带宽的中心窗口，中心窗口的起始点为第s个频点，截止点为第e个频点，其中中心窗口只包括一个有效峰值点；

查找第s个频点到第e个频点之间所有频点的最大功率值，将最大功率值对应的频点记为第k个频点；

计算第s个频点到第e个频点之间的所有频点的总功率值P_s；

以第k个频点作为中心点，分别以第k-1个频点和第k+1个频点为中心点的左邻居点和右邻居点，将中心点和左和右邻居点的功率值加和得到功率和P_add；

将左邻居点的编号与s进行比较并且将右邻居点的编号与e进行比较；

若左邻居点的编号大于s并且同时右邻居点的编号小于e，比较左邻居点与右邻居点的功率值，若左邻居点的功率值大于右邻居点的功率值，将位于左邻居点左边的相邻一个频点作为当前左邻居点，计算当前左邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add，若左邻居点的功率值小于或等于右邻居点的功率值，将位于右邻居点右边的相邻一个频点作为当前右邻居点，计算当前右邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add；

若左邻居点的编号小于或等于s，将位于右邻居点右边的相邻一个频点作为当前右邻居点，计算当前右邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add；

若右邻居点的编号大于或等于e，将位于左邻居点左边的相邻一个频点作为当前左邻居点，计算当前左邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add；

判断当前P_add是否大于P_s的95％，若是，将该有效峰值点的峰值频率修正为当前左邻居点与当前右邻居点的频率和的平均值，流程结束；

若否，判断累加次数是否大于或等于e-s+1，若否，重复进行将左邻居点的编号与s进行比较并且将右邻居点的编号与e进行比较的步骤至判断累加次数是否大于或等于e-s+1的步骤，若是，流程结束。

根据上述任意一个可选实施例或多个可选实施例的组合，本发明实施例能够达到如下有益效果：

本发明实施例的无线电磁环境中信号频谱的峰值识别方法和装置，实现了准确地判断出无线电频谱中每一个频谱点是否为真实信号的频率中心。首先，将选取的第一指定带宽内的无线电频谱数据进行分段，在每一段中计算功率平均值，通过将每个频点的功率值和该段内的功率平均值的差值与预先设置的门限值进行比较来找出可能的峰值点，并通过判断这些可能的峰值点的功率值是否同时大于左右相邻频点的功率值，来确定每一段内的峰值点，可以有效避免一定带宽内的信号频谱数据由于波动大带来的均值不稳定的问题，提高峰值识别的准确性。其次，对于确定出的峰值点，通过计算峰值点对应的信号的x-dB带宽，并与设定的带宽门限进行比较来判断峰值点的有效性，实现了真实信号和杂散信号的有效区分，从而有效降低了杂散信号对信息处理的干扰。进一步地，根据选取的中心窗口内所有频点的功率和与该中心窗口内有效峰值点的包络信号的功率和的比较结果，对出现偏差的有效峰值点对应的信号的中心峰值频率进行自动修正，实现了对真实信号的频率中心的准确定位。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的无线电磁环境中信号频谱的峰值识别装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种无线电磁环境中信号频谱的峰值识别方法，包括：

获取无线电磁环境中信号的频谱数据；

从获取的频谱数据中选取第一指定带宽内的频谱数据，将所述第一指定带宽内的频谱数据进行n等分，得到n个等分段，其中每一个等分段包括的频点的数量为m，且n为大于或等于1的整数，m为大于或等于3的整数；

计算每一个等分段内的功率平均值，并设置用于确定峰值点的门限值；

对于每一个等分段，根据所述每一个等分段内的功率平均值和所述门限值，确定所述每一个等分段内的峰值点；

根据所述峰值点对应的信号的带宽判断所述峰值点的有效性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，对于每一个等分段，根据所述每一个等分段内的功率平均值和所述门限值，确定所述每一个等分段内的峰值点，包括：

对于所述n个等分段中的任一等分段，从该等分段内的第一个频点开始，判断当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于所述门限值；

若当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值不大于所述门限值，则对下一个频点进行判断；

若当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值大于所述门限值，则判断当前频点的功率值是否大于上一个频点的功率值，并且同时大于下一个频点的功率值，其中若当前频点为第一个频点，判断当前频点的功率值是否大于下一个频点的功率值，若当前频点为最后一个频点，判断当前频点的功率值是否大于上一个频点的功率值；

若是，则确定所述当前频点为该等分段内的峰值点，然后判断下一个频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于所述门限值，若否，则直接判断下一个频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于所述门限值，直到完成最后一个频点的判断。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据所述峰值点对应的信号的带宽判断所述峰值点的有效性，包括：

对于确定出的每一个峰值点，计算所述峰值点处的功率P_peak；

从所述峰值点开始，向右计算下一个频点的功率P_r，判断P_peak与P_r的差值是否大于或等于指定功率值x dB，若否，继续向右计算下一个频点的功率P_r，若是，将所述右边的频点记为第u个频点；

从所述峰值点开始，向左计算上一个频点的功率P_l，判断P_peak与P_l的差值是否大于或等于所述指定功率值x dB，若否，继续向左计算上一个频点的功率P_l，若是，将所述左边的频点记为第v个频点；

计算所述第u个频点与所述第v个频点的频率差值作为所述峰值点对应的信号的x-dB带宽；

判断所述信号的x-dB带宽是否大于或等于指定带宽门限，若否，确定所述峰值点无效，所述峰值点对应的信号为杂散信号，若是，确定所述峰值点有效，所述峰值点的峰值频率为真实信号的中心峰值频率。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，还包括：

对于每一个判断为有效的峰值点，根据该有效峰值点的包络信号的功率和对该有效峰值点的峰值频率进行自动修正。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，对于每一个判断为有效的峰值点，根据该有效峰值点的包络信号的功率和对该有效峰值点的峰值频率进行自动修正，包括：

选取具有第二指定带宽的中心窗口，所述中心窗口的起始点为第s个频点，截止点为第e个频点，其中所述中心窗口只包括一个有效峰值点；

查找所述第s个频点到所述第e个频点之间所有频点的最大功率值，将所述最大功率值对应的频点记为第k个频点；

计算所述第s个频点到所述第e个频点之间的所有频点的总功率值P_s；

以所述第k个频点作为中心点，分别以第k-1个频点和第k+1个频点为所述中心点的左邻居点和右邻居点，将所述中心点和所述左和右邻居点的功率值加和得到功率和P_add；

将所述左邻居点的编号与s进行比较并且将所述右邻居点的编号与e进行比较；

若所述左邻居点的编号大于s并且同时所述右邻居点的编号小于e，比较所述左邻居点与所述右邻居点的功率值，若所述左邻居点的功率值大于所述右邻居点的功率值，将位于所述左邻居点左边的相邻一个频点作为当前左邻居点，计算所述当前左邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add，若所述左邻居点的功率值小于或等于所述右邻居点的功率值，将位于所述右邻居点右边的相邻一个频点作为当前右邻居点，计算所述当前右邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add；

若所述左邻居点的编号小于或等于s，将位于所述右邻居点右边的相邻一个频点作为当前右邻居点，计算所述当前右邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add；

若所述右邻居点的编号大于或等于e，将位于所述左邻居点左边的相邻一个频点作为当前左邻居点，计算所述当前左邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add；

判断当前P_add是否大于P_s的95％，若是，将该有效峰值点的峰值频率修正为当前左邻居点与当前右邻居点的频率和的平均值，流程结束；

若否，判断累加次数是否大于或等于e-s+1，若否，重复进行将所述左邻居点的编号与s进行比较并且将所述右邻居点的编号与e进行比较的步骤至判断累加次数是否大于或等于e-s+1的步骤，若是，流程结束。

6.一种无线电磁环境中信号频谱的峰值识别装置，包括：

频谱数据获取模块，适于获取无线电磁环境中信号的频谱数据；

峰值选择模块，适于从获取的频谱数据中选取第一指定带宽内的频谱数据，将所述第一指定带宽内的频谱数据进行n等分，得到n个等分段，其中每一个等分段包括的频点的数量为m，且n为大于或等于1的整数，m为大于或等于3的整数；计算每一个等分段内的功率平均值并设置用于确定峰值点的门限值；对于每一个等分段，根据所述每一个等分段内的功率平均值和所述门限值，确定所述每一个等分段内的峰值点；以及

峰值有效性判断模块，适于根据所述峰值点对应的信号的带宽判断所述峰值点的有效性。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述峰值选择模块还适于：

对于所述n个等分段中的任一等分段，从该等分段内的第一个频点开始，判断当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于所述门限值；

若当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值不大于所述门限值，则对下一个频点进行判断；

若当前频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值大于所述门限值，则判断当前频点的功率值是否大于上一个频点的功率值，并且同时大于下一个频点的功率值，其中若当前频点为第一个频点，判断当前频点的功率值是否大于下一个频点的功率值，若当前频点为最后一个频点，判断当前频点的功率值是否大于上一个频点的功率值；

若是，则确定所述当前频点为该等分段内的峰值点，然后判断下一个频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于所述门限值，若否，则直接判断下一个频点的功率值与该等分段内的功率平均值的差值是否大于所述门限值，直到完成最后一个频点的判断。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其中，所述峰值有效性判断模块还适于：

对于确定出的每一个峰值点，计算所述峰值点处的功率P_peak；

从所述峰值点开始，向右计算下一个频点的功率P_r，判断P_peak与P_r的差值是否大于或等于指定功率值x dB，若否，继续向右计算下一个频点的功率P_r，若是，将所述右边的频点记为第u个频点；

从所述峰值点开始，向左计算上一个频点的功率P_l，判断P_peak与P_l的差值是否大于或等于所述指定功率值x dB，若否，继续向左计算上一个频点的功率P_l，若是，将所述左边的频点记为第v个频点；

计算所述第u个频点与所述第v个频点的频率差值作为所述峰值点对应的信号的x-dB带宽；

判断所述信号的x-dB带宽是否大于或等于指定带宽门限，若否，确定所述峰值点无效，所述峰值点对应的信号为杂散信号，若是，确定所述峰值点有效，所述峰值点的峰值频率为真实信号的中心峰值频率。

9.根据权利要求6或7所述的装置，其中，还包括：

峰值修正模块，适于：

对于每一个判断为有效的峰值点，根据该有效峰值点的包络信号的功率和对该有效峰值点的峰值频率进行自动修正。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述峰值修正模块还适于：

选取具有第二指定带宽的中心窗口，所述中心窗口的起始点为第s个频点，截止点为第e个频点，其中所述中心窗口只包括一个有效峰值点；

查找所述第s个频点到所述第e个频点之间所有频点的最大功率值，将所述最大功率值对应的频点记为第k个频点；

计算所述第s个频点到所述第e个频点之间的所有频点的总功率值P_s；

以所述第k个频点作为中心点，分别以第k-1个频点和第k+1个频点为所述中心点的左邻居点和右邻居点，将所述中心点和所述左和右邻居点的功率值加和得到功率和P_add；

将所述左邻居点的编号与s进行比较并且将所述右邻居点的编号与e进行比较；

若所述左邻居点的编号大于s并且同时所述右邻居点的编号小于e，比较所述左邻居点与所述右邻居点的功率值，若所述左邻居点的功率值大于所述右邻居点的功率值，将位于所述左邻居点左边的相邻一个频点作为当前左邻居点，计算所述当前左邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add，若所述左邻居点的功率值小于或等于所述右邻居点的功率值，将位于所述右邻居点右边的相邻一个频点作为当前右邻居点，计算所述当前右邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add；

若所述左邻居点的编号小于或等于s，将位于所述右邻居点右边的相邻一个频点作为当前右邻居点，计算所述当前右邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add；

若所述右邻居点的编号大于或等于e，将位于所述左邻居点左边的相邻一个频点作为当前左邻居点，计算所述当前左邻居点的功率值，并将其与P_add累加得到当前功率和P_add；

判断当前P_add是否大于P_s的95％，若是，将该有效峰值点的峰值频率修正为当前左邻居点与当前右邻居点的频率和的平均值，流程结束；

若否，判断累加次数是否大于或等于e-s+1，若否，重复进行将所述左邻居点的编号与s进行比较并且将所述右邻居点的编号与e进行比较的步骤至判断累加次数是否大于或等于e-s+1的步骤，若是，流程结束。