CN113848391B - 一种脉冲信号检测和提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脉冲信号检测和提取方法，包括采集信号，得到信号的基带IQ信号波形；对基带IQ信号波形归一化处理，并包络求取得到包络信号，再对包络信号进行PRF极窄带低通滤波，并对PRF极窄带低通滤波后的包络信号进行截取，使与原始的基带IQ信号波形的时间对齐；基于截取得到的包络信号检测初始脉冲信号，剔除不完整脉冲，再搜索和检测完整脉冲，得到完整脉冲信号的起始点和终止点后，在原始的基带IQ信号波形对应位置进行截取，提取完整脉冲信号。本发明实现流程简易、适应场景多、门限参数设置简易，可完成各类脉冲信号的有效检测和提取，从而为无线电监测信号分析和识别、无线电监测业务的顺利开展提供重要技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及无线电信号监测测向和频谱管理技术领域，尤其涉及信号检测和分析技术领域，具体的说，是一种脉冲信号检测和提取方法。
背景技术
在无线电监测和频谱管理领域，信号的分析和识别是一个重要业务，对于无线电干扰的排查、定位、取证等都非常关键。而信号分析、识别的前提是信号必须被有效的捕获和采集。在真实场景的各类信号中，脉冲形式的信号占据了较大的比重，因此脉冲信号的有效检测和准确检测和采集是非常重要的，这直接关系到后续信号分析和识别的正确性和稳定性，以及频谱占用率等关键指标的测量准确性。
现有技术中的脉冲信号检测方法不够理想，主要缺点有：实现流程较为复杂、门限参数设置多，门限设置方面过多依赖经验知识、门限设置不灵活难以应对不同脉宽，不同功率的多种形式突发信号、不能很好的应对低信噪比场景的脉冲检测等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脉冲信号检测和提取方法，用于解决现有技术中脉冲信号测量存在设计复杂、门限设置多，难以应对突发信号、难以应对低信噪比下的脉冲检测问题。
本发明通过下述技术方案解决上述问题：
一种脉冲信号检测和提取方法，包括：
步骤S100、根据预设的采样率采集信号，得到信号的基带IQ信号波形；采样率可以参考目标信号的脉宽和带宽。
步骤S200、对基带IQ信号波形归一化处理，并包络求取得到包络信号，再对包络信号进行PRF极窄带低通滤波，并对PRF极窄带低通滤波后的包络信号进行截取，使与原始的基带IQ信号波形的时间对齐；其中的PRF指脉冲重复频率的缩写。
步骤S300、基于截取得到的包络信号检测初始脉冲信号，剔除不完整脉冲，在搜索和检测完整的脉冲，得到完整脉冲信号的起始点和终止点后，在原始的基带IQ信号波形对应位置进行截取，提取完整脉冲信号。
所述归一化处理为：对基带IQ信号波形逐点进行求模运算，寻找最大值MAX，对IQ信号逐点除以最大值，将信号幅度约束到区间[-1,1]。
所述包络求取采用函数s_env＝abs(s)，其中，s_env为包络信号，s为原始的基带IQ信号波形。
所述PRF极窄带低通滤波的参数设置为：通带截止频率为500KHz，过渡带为2MHz，阻带抑制度为80dBc。
所述对PRF极窄带低通滤波后的包络信号进行截取的方法为：去除PRF极窄带低通滤波后的包络信号的起始位置以及末尾位置的m个样点，其中，m＝N/2，N为PRF极窄带低通滤波器的阶数，且当N为奇数时，m＝INT(N/2+1)。
还包括判断提取的完整脉冲信号的脉宽是否符合预定要求，若符合则输出提取的完整脉冲信号的IQ数据，否则输出未检测到脉冲信号。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明具有实现流程简易、适应场景多、门限参数设置简易等优点，可完成各类脉冲信号的有效检测和提取，尤其提升了低信噪比场景下的脉冲信号检测能力，从而为无线电监测信号分析和识别、无线电监测业务的顺利开展提供重要技术支撑。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为信号的预处理流程图；
图3为脉冲的检测和搜索流程图；
图4为低信噪比下的脉冲信号时域IQ波形；
图5为低信噪比下的脉冲信号的原始包络图形；
图6为低信噪比下的经过PRF极窄带低通滤波后的脉冲信号包络效果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
结合附图1所示，一种脉冲信号检测和提取方法，包括：
步骤S100、根据预设的采样率采集信号，得到信号的基带IQ信号波形；采样率可以参考目标信号的脉宽和带宽。
为保证较好的信号分析处理结果，采样率通常不低于信号带宽的2倍。采样率可设定为204.8MHz或102.4MHz，该采样率可应对当前的绝大多数民用通信、导航、雷达等信号。对于无线电监测领域应用，信号的采集可基于常用的无线电监测接收机设备完成。
步骤S200、进行信号预处理如图2所示，包括：
对基带IQ信号波形归一化处理：将信号幅度约束到区间[-1,1]；例如对基带IQ信号波形逐点进行求模运算，寻找最大值MAX，对IQ信号逐点除以最大值MAX即可；
求取包络信号：采用函数s_env＝abs(s)进行包络求取得到包络信号，其中，s_env为包络信号，s为原始的基带IQ信号波形；
PRF极窄带低通滤波预处理：对包络信号进行低通滤波；
滤波前后信号对齐操作：对PRF极窄带低通滤波后的包络信号进行截取，可选地，对PRF极窄带低通滤波后的包络信号进行截取的方法为：去除PRF极窄带低通滤波后的包络信号的起始位置以及末尾位置的m个样点，其中，m＝N/2，N为PRF极窄带低通滤波器的阶数，且当N为奇数时，m＝INT(N/2+1)，PRF极窄带低通滤波后的包络信号波形需要进行截取操作，以保证与原始的基带IQ信号波形的时间对齐。
这里PRF极窄带低通滤波处理对象并非原始IQ信号，而是原始IQ信号的包络波形。虽然脉冲信号载波频率很高，但脉冲信号的重复周期通常很低，基本都在几百KHz范围内。因此可通过信号包络滤波的方式，滤除载波、脉内复杂调制信息、以及各种噪声和干扰，只保留脉冲包络形状本身变化的信息，而脉冲包络形状本身变化的速度是很慢的。本发明采用此处理方法，并在此基础上完成各类脉冲信号的有效检测和提取，提升了低信噪比场景下的脉冲信号检测能力。
如图4所示的低信噪比下的脉冲信号时域IQ波形，脉冲信号本身已经淹没在噪声以下，直接进行基于信号功率电平的门限检测方法已经不可行，而基于加窗平滑的方法效果也不是最佳。
如图5和图6所示，相对未经处理的原始脉冲信号包络，经过PRF极窄带低通滤波后，信号的包络波形已经非常明显的凸显出来，从而很容易的提取出来，同时也降低了脉冲检测误判的概率。
PRF极窄带低通滤波器的参数设置为：通带截止频率为500kHz，过渡带为2MHz，阻带抑制度为80dBc。PRF极窄带低通滤波器可基于常规的滤波器设计方法进行设计，窗函数法、切比雪夫最佳一致逼近法等等均可。
步骤S300、基于截取得到的包络信号检测初始脉冲信号，排除不完整脉冲，搜索和检测完整的脉冲，得到完整脉冲信号的起始点和终止点后，在原始的基带IQ信号波形对应位置进行截取，提取完整脉冲信号。以排除由于采集的随机性导致的不完整脉冲。
如图3所示，具体包括：
S310、检测起始脉冲：针对滤波后且对齐后的包络波形，检测起始脉冲。从第一个样点开始，逐点检测脉冲上升沿过门限点A0和脉冲下降沿过门限点B0。门限值Gate＝MAX_ENV/3，其中MAX_ENV为滤波后包络信号的最大值。由于信号接收和采集的随机性，很有可能从一个脉冲信号的中间位置开始采集，这导致初始脉冲的不完整，会导致后续信号分析和识别的误判。因此需要剔除该不完整脉冲。经过上述的初始脉冲检测处理后，根据B0的数值，针对原始IQ信号波形和滤波后包络信号波形，均剔除最初的B0+10个样点。
S320、搜索完整脉冲：针对剔除初始脉冲后的包络信号波形，重新进行脉冲检测。检测完整脉冲的上升沿过门限点A1和脉冲下降沿过门限点B1。检测方法同S310。
S330、脉宽宽度判决：102.4MHz的采样率，一个样点大约对应10ns。当B1-A1的差小于10时或大于90万时，可判定其为该信号无脉冲。这对应长发信号或噪声信号等无脉冲场景。
S340、截取并输出脉冲数据：根据A1和B1的数值，在原始IQ信号波形对应位置上截取对应的脉冲信号数据，该数据即脉冲提取结果。为确保截取更为完整的脉冲波形，可适当减小A1数值和适当增大B1数值，比如将脉冲的左右边沿适当增加20个样点。
步骤S400：判断提取的完整脉冲信号的脉宽是否符合预定要求，若符合则输出提取的完整脉冲信号的IQ数据，否则输出未检测到脉冲信号的结果。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (4)
1.一种脉冲信号检测和提取方法，其特征在于，包括：
步骤S100、根据预设的采样率采集信号，得到信号的基带IQ信号波形；
步骤S200、对基带IQ信号波形归一化处理，并包络求取得到包络信号，再对包络信号进行PRF极窄带低通滤波，并对PRF极窄带低通滤波后的包络信号进行截取，使与原始的基带IQ信号波形的时间对齐；所述对PRF极窄带低通滤波后的包络信号进行截取的方法为：去除PRF极窄带低通滤波后的包络信号的起始位置以及末尾位置的m个样点，其中，m=N/2，N为PRF极窄带低通滤波器的阶数，且当N为奇数时，m=INT(N/2+1)；
步骤S300、基于截取得到的包络信号检测初始脉冲信号，剔除不完整脉冲，在搜索和检测完整的脉冲，得到完整脉冲信号的起始点和终止点后，在原始的基带IQ信号波形对应位置进行截取，提取完整脉冲信号，具体包括：
步骤S310、检测起始脉冲：针对滤波后且对齐后的包络波形，检测起始脉冲，从第一个样点开始，逐点检测脉冲上升沿过门限点A0和脉冲下降沿过门限点B0，门限值Gate=MAX_ENV/3，其中MAX_ENV为滤波后包络信号的最大值；根据B0的数值，针对原始IQ信号波形和滤波后包络信号波形，均剔除最初的B0+10个样点；
步骤S320、搜索完整脉冲：针对剔除初始脉冲后的包络信号波形，重新进行脉冲检测，从第一个样点开始，逐点检测完整脉冲的上升沿过门限点A1和脉冲下降沿过门限点B1；
步骤S330、脉宽宽度判决：根据采样率判断，当B1-A1的差小于采样点间隔时或大于90万时，判定该信号无脉冲；
步骤S340、截取并输出脉冲数据：根据A1和B1的数值，在原始IQ信号波形对应位置上截取对应的脉冲信号数据，该数据即脉冲提取结果，通过减小A1数值和增大B1数值，确保截取更完整的脉冲波形；
步骤S400、判断提取的完整脉冲信号的脉宽是否符合预定要求，若符合则输出提取的完整脉冲信号的IQ数据，否则输出未检测到脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲信号检测和提取方法，其特征在于，所述归一化处理为：对基带IQ信号波形逐点进行求模运算，寻找最大值MAX，对IQ信号逐点除以最大值，将信号幅度约束到区间[-1,1]。
3.根据权利要求1所述的一种脉冲信号检测和提取方法，其特征在于，所述包络求取采用函数s_env=abs(s)，其中，s_env为包络信号，s为原始的基带IQ信号波形。
4.根据权利要求1所述的一种脉冲信号检测和提取方法，其特征在于，所述PRF极窄带低通滤波的参数设置为：通带截止频率为500KHz，过渡带为2MHz，阻带抑制度为80dBc。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |