CN116015497A - 一种信号频谱模板匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信号频谱模板匹配方法，通过提取已知信号频谱，作为模板频谱，构建信号模板库；根据当前检测环境配置宽带信号接收机，获得待检测频谱与其频谱参数；按照当前待检测频谱参数，对模板库中的模板频谱进行预处理；将待检测频谱与模板频谱进行模板匹配，计算相关系数；根据预设门限，判决待检测频谱中是否存在模板频谱；汇总检测结果并输出。本发明的方法采用线性相关度进行匹配，排除了功率不一致带来的影响，能够在待检测宽带频谱中快速发现模板信号，可以用于各种宽带信号检测场景。

Description

一种信号频谱模板匹配方法

技术领域

本发明涉及频谱监测与信号检测领域，尤其涉及一种信号频谱模板匹配方法。

背景技术

频谱检测是指在频域内测量信号的频率分量，以获得信号的多种参数和信号所通过的网络的参数。频谱模板匹配将待检测频谱与用户定义的模板对比以获取检测结果。现有的模板检测方法要求模板频谱与待检测频谱功率一致，当两者出现偏差时，检测准确率大幅降低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种信号频谱模板匹配方法，解决上述问题。此方法能在待检测宽带频谱中快速发现模板信号，可以用于各种宽带信号检测场景。

本发明提供了一种信号频谱模板匹配方法，包括以下步骤：

S1：根据信号参数，从已知频谱中提取有效部分，作为模板频谱，构建模板库；

所述信号参数包括信号中心频率(sig_f_c)，信号有效带宽(sig_bw)；

所述已知频谱包括频谱频率分辨率(p1_f_r)，频谱带宽(p1_bw)，频谱中心频率(p1_f_c)，所述模板频谱的频谱频率分辨率(p_ex_f_r)与已知频谱的频率分辨率(p1_f_r)一致；

S2：根据所述待检测频谱(p2)参数，对所述模板库中的所述模板频谱进行预处理；预处理后的模板频谱记作p_ex1，其样点个数为m；

所述待检测频谱参数包括频谱频率分辨率(p2_f_r)，频谱带宽(p2_bw)，频谱中心频率(p2_f_c)，样点个数n；

所述预处理为对所述模板库中的所有频谱进行重采样，使其与所述待检测频谱频率分辨率一致；

S3：计算待检测频谱(p2)与模板频谱(p_ex1)的相关系数；

S4：根据特定门限和不重叠原则，检测相关系数，判决检测到的模板信息。

优选地，待检测频谱的第i点的相关系数如下：

其中：

优选地，所述相关系数门限C_TH＝0.8。

优选地，当在某一区间内，检测到多个相关系数大于门限的点，根据不重叠原则，选取相关系数最大的点作为检出点；

判决结果包括检出频点(f_c_i)和相关系数C(i)，检出频点如下：

本发明的方法采用线性相关度进行匹配，排除了功率不一致带来的影响。

附图说明

图1为本发明一实施例的信号频谱模板匹配算法流程；

图2为本发明一实施例的已知信号频谱；

图3为本发明一实施例的待检测频谱；

图4为本发明一实施例的预处理后有效频谱模板；

图5为本发明一实施例的模板频谱与待测频谱相关系数；

图6为本发明一实施例的模板匹配结果，其中模板频谱进行了偏移。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，为本实施例的算法流程。本实施例根据实际情况配置宽带接收机，获取待检测频谱。

根据信号参数，从已知频谱中提取有效部分，作为模板频谱，构建模板库。信号参数包括信号中心频率(sig_f_c)，信号有效带宽(sig_bw)。已知频谱可以是本发明中使用的接收机产生，也可以由其它接收机导入。已知频谱包括频谱频率分辨率(p1_f_r)，频谱带宽(p1_bw)，频谱中心频率(p1_f_c)等参数。根据信号参数与已知频谱参数，提取已知频谱中的有效部分作为模板频谱(p_ex)，添加进模板库中。模板频谱的频谱频率分辨率(p_ex_f_r)与已知频谱频率分辨率(p1_f_r)一致。

根据待检测频谱参数，对模板库中的模板频谱进行预处理。待检测频谱(p2)包含频谱频率分辨率(p2_f_r)，频谱带宽(p2_bw)，频谱中心频率(p2_f_c)，样点个数n等参数。

对模板库中的所有频谱进行重采样，使其与待检测频谱频率分辨率一致。预处理后的模板频谱记作p_ex1，其样点个数为m。

计算待检测频谱(p2)与模板频谱(p_ex1)的相关系数。待检测频谱的第i点的相关系数如下：

其中：

根据特定门限和不重叠原则，检测相关系数，判决检测到的模板信息。

待检测频谱相关系数C(i)表示其与模板频谱的线性相关系，其取值在(0-1)之间。当系数取值在(0.8-1.0)之间，认为存在极强的线性相关性，故相关系数的门限C_TH＝0.8。

当在某一区间内，检测到多个相关系数大于门限的点，根据不重叠原则，选取相关系数最大的点作为检出点。

判决结果包括检出频点(f_c_i)和相关系数C(i)。检出频点如下：

具体实施例：

如图2所示，为本实施例的已知信号频谱。其参数频谱带宽p1_bw＝4MHz，频率分辨率p1_f_r＝7812.50Hz，频谱中心频率p1_f_c＝2MHz。已知信号中心频率sig_f_c＝2MHz，信号有效带宽sig_bw＝1.68MHz，提取已知信号频谱中的有效部分，并存入模板库。

待检测频谱的频谱带宽p2_bw＝80MHz，样点个数n＝16384，频谱中心频率p2_f_c＝1GHz，频率分辨率p2_f_r＝4882.8125Hz。其频谱如图3所示。

根据待检测频谱的频率分辨率p2_f_r，对模板库中的模板频谱进行重采样，使得重采样后的模板频谱p_ex1的频率分辨率p_ex1_f_r＝4882.8125Hz，样点个数m＝347。其频谱如图4所示。

计算待检测频谱(p2)与模板频谱(p_ex1)的相关系数。待检测频谱的第i点的相关系数如下：

其中：

模板频谱与待测频谱相关系数如图5所示。

根据相关系数的门限C_TH＝0.8，可得到有效坐标范围为4946≤i≤4948，根据不重叠原则，取最大值点i＝4947为检出点，其相关系数C(i)＝0.8731。

可以计算出模板检出频率：

检测结果如图6所示。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种信号频谱模板匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据信号参数，从已知频谱中提取有效部分，作为频谱模板，构建模板库；

所述信号参数包括信号中心频率(sig_f_c)，信号有效带宽(sig_bw)；

所述已知频谱包括频谱频率分辨率(p1_f_r)，频谱带宽(p1_bw)，频谱中心频率(p1_f_c)，模板频谱的频谱频率分辨率(p_ex_f_r)与已知频谱频率分辨率(p1_f_r)一致；

S2：根据待检测频谱(p2)参数，对模板库中的模板进行预处理；预处理后的模板频谱记作p_ex1，其样点个数为m；

所述待检测频谱参数包括频谱频率分辨率(p2_f_r)，频谱带宽(p2_bw)，频谱中心频率(p2_f_c)，样点个数n；

所述预处理为对所述模板库中的所有频谱进行重采样，使其与所述待检测频谱频率分辨率一致；

S3：计算待检测频谱(p2)与模板频谱(p_ex1)的相关系数；

S4：根据特定门限和不重叠原则，检测相关系数，判决检测到的模板信息。

2.如权利要求1所述的一种信号频谱模板匹配方法，其特征在于，所述待检测频谱的第i点的相关系数如下：

其中：

3.如权利要求1所述的一种信号频谱模板匹配方法，其特征在于，所述相关系数门限C_TH＝0.8。

4.如权利要求1所述的一种信号频谱模板匹配方法，其特征在于，当在某一区间内，检测到多个相关系数大于门限的点，根据不重叠原则，选取相关系数最大的点作为检出点；

判决结果包括检出频点(f_c_i)和相关系数C(i)，检出频点如下：

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