CN113391122A - 一种提高频谱监测信道选择性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高频谱监测信道选择性的方法，属于电子信息技术领域。本发明通过提升频谱监测信道的选择性来提高频谱信道化监测效率；本发明中通过增加叠接数据段的数目即可增加频谱子信道选择性，进而降低子信道频带内噪声，提高子信道信噪比，改善频谱监测灵敏度；提高信道选择性，改善频谱监测灵敏度，可提高对弱信号的监测能力；提高信道选择性，改善频谱监测灵敏度，可扩展频谱监测动态范围。

Description

一种提高频谱监测信道选择性的方法

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种提高频谱监测信道选择性的方法。

背景技术

在复杂电磁环境中发现并截获信号是频谱监测的基本功能。频谱监测需要获得信号的频谱，而各种信号占用特定的信道带宽，因此频谱信道化监测是获得良好频谱监测能力的前提。然而，信号在传播过程中因多径时延、多普勒频移、衰落、无线电干扰、路径损耗等因素，使得接收端收到的信号发生弱化畸变，使得多路信号在频谱监测信道之间相互干扰，容易造成信道监测能力变得很差。

频谱计算通常采用加窗傅里叶变换来实现，简称加窗FFT；其基本处理步骤如图1所示：

1)首先读取N个数据进行加窗运算，窗长度为N；

2)然后做N点傅里叶变换得到N个频域数据。

加窗FFT可以看成是一个单输入多输出的滤波器组，N点加窗FFT相当于用N个滤波器构成的滤波器组对输入信号序列进行滤波操作，加窗FFT的数学表达式如下式所示，x(n)为输入时域信号序列

其中，n为时刻点，w为窗函数，N为窗口的时域宽度，m为信道序号或离散频率，于是y(n,m)表示n时刻第m个信道输出的频域信号，N个FFT频点共同构成n时刻长度为N的时域采样数据的频谱分布，即每个FFT频点信息可看做一个子信道的监测结果，并且这N个滤波器的选择性决定了各子信道的信号选择能力。设fs为x(n)的数据速率，则在频域将fs均匀划分为N个离散频带，即N个子信道，考虑窗函数的性质，设窗函数的归一化3dB带宽因子为k，则加窗FFT频谱上的每个子信道宽度为

因此，为了增强信道选择性，现有技术通常是通过增大FFT计算点数N或选用频域主瓣较窄的窗函数来实现。

现有技术的缺点在于：

1)通过增大FFT计算点数提高信道选择性

加窗FFT的信道化带宽限制为k·fs/N，通过增加FFT计算点数N可减小子信道带宽，但是增大FFT计算点数可能会造成信号实际信道被分割为若干个信道内，难以确定信号所处的信道，不利于信道化监测；并且增加FFT点数直接增加了数字处理器计算FFT所需的计算资源，成本较高。

2)选用频域主瓣较窄的窗函数来提高信道选择性

加窗FFT的信道化带宽限制为k·fs/N，可以选用主瓣宽度比较窄的窗函数来实现信道化。对比分析几种常用的窗函数，如矩形窗、三角窗、汉宁窗和汉明窗，它们的k值依次是0.89、1.28、1.44和1.33；它们在频域内最大旁瓣相对于主瓣的降幅依次是-13dB、-27dB、-32dB和-42dB。可见只有矩形窗的k值最小，然而矩形窗旁瓣幅度很大，旁瓣会对相邻信道造成混叠干扰，使得信道化监测效率降低。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种提高频谱监测信道选择性的方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高频谱监测信道选择性的方法，包括如下步骤：

步骤1：读取L*N个采样数据；

步骤2：数据加窗；

对步骤1中的L*N个采样数据进行加窗运算，窗长度为L*N；

步骤3：加窗结果分段；

将L*N个加窗数据平均划分为L段，每段数据长度为N；

步骤4：折叠相加过程；

对步骤3中每段数据中相同位置的数据求和，得到N个求和数据；

步骤5：频谱计算；

对步骤4中的N个求和数据做N点傅里叶变换，得到N个频域数据。

本发明所带来的有益技术效果：

1)通过提升频谱监测信道的选择性来提高频谱信道化监测效率；

2)本发明中通过增加叠接数据段数即可增加频谱子信道选择性，进而降低子信道频带内噪声，提高子信道信噪比，改善频谱监测灵敏度；

3)提高信道选择性，改善频谱监测灵敏度，可提高对弱信号的监测能力；

4)提高信道选择性，改善频谱监测灵敏度，可扩展频谱监测动态范围。

附图说明

图1为常规加窗傅里叶变换流程图。

图2为本发明方法的简要流程图。

图3为本发明方法的详细流程图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

为了克服现有技术存在的两大缺点，本专利提出了一种提高频谱信道化监测的信道选择性方法，如图2所示，本发明除了基本加窗和FFT计算过程之外，还包括对加窗数据叠接相加过程。

加窗FFT的效果相当于一个单输入多输出的滤波器组，增加窗函数长度相当于提高滤波器阶数，通过滤波器阶数越高，滤波器形状因子性能越好，从而每个FFT频点所在信道的选择性就越好。基于这个原理，本发明提出将加窗后的数据平均分成若干段，每段数据对应位置的数据进行相加，然后对相加结果做FFT计算得到频谱。这样既能够通过增加窗长度提高信道选择性，又能够保证FFT计算点数不再增加。

具体实现过程如图3所示。

本发明的具体实现步骤如下：

1)首先读取L*N个采样数据进行加窗运算，窗长度为L*N；

2)然后将L*N个加窗数据平均划分为L段，每段数据长度为N，对每段数据中相同位置的数据求和得到N个求和数据；

3)然后做N点傅里叶变换得到N个频域数据。

本发明采用增加窗长度的同时增加时域采样时长，压缩了窗在频域的主瓣宽度，使得频率分辨率增大，因此本发明的加窗过程可选用主瓣宽度适中并且频域旁瓣衰减较大的窗函数，比如性能优越的高斯窗。L*N个数据叠接相加为N个数据，然后做N点FFT，与图1的N点FFT相比，滤波器形状因子更好，频域内的频率分辨率越高，子信道选择性越好，同时单个频点所在子信道的频域信噪比就越低，进而频谱监测灵敏度就越高。本发明在时域执行L*N个加窗数据叠接L次之后做N点FFT的过程，其效果相当于对L*N个加窗数据做L*N点FFT，然后抽取L倍得到N点频域数据，本发明专利只计算N点FFT，而后者需要计算L*N点FFT，因此本发明专利可以实现计算部分频点，节省计算资源。

本发明在增加窗长度的同时增加时域采样时长，将加窗后的数据平均分成若干段，每段数据对应位置的数据进行相加，对加和数据做FFT计算，叠接数据段的数目越多，即窗长度越大，频谱监测信道选择性越好；

本发明将频域抽取转换为时域叠接相加的方式，减小了FFT计算点数，降低了FFT计算的资源消耗和处理压力。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种提高频谱监测信道选择性的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：读取L*N个采样数据；

步骤2：数据加窗；

对步骤1中的L*N个采样数据进行加窗运算，窗长度为L*N；

步骤3：加窗结果分段；

将L*N个加窗数据平均划分为L段，每段数据长度为N；

步骤4：折叠相加过程；

对步骤3中每段数据中相同位置的数据求和，得到N个求和数据；

步骤5：频谱计算；

对步骤4中的N个求和数据做N点傅里叶变换，得到N个频域数据。

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