CN117278144B - 一种侦察接收机低信噪比信号的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种侦察接收机低信噪比信号的检测方法，属于通信技术领域，包括：对多通道侦察接收机接收的中频信号进行采样，并完成多个通道的数字信道化处理；其中，中频信号包括低信噪比的噪声和有效信号；对中频信号进行DBF处理，得到波束和每一个波束对应的复信号；计算复信号的功率值，获得信号的功率最大和功率次大值所对应的波束；若连续多个功率最大和功率次大的波束所对应的波束指向为固定的两个相邻波束指向；并且连续多个采样点的功率值过门限；则认为接收到的当前信道的信号有效。该方法能够提高接收机对于微弱信号的检测能力。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种侦察接收机低信噪比信号的检测方法。
背景技术
侦察接收机是一种专门用于接收和监测电磁信号的设备，通常被用于侦察、情报收集、监测和侦听等应用领域。
侦察接收机接收外界电磁信号后，需要对接收到的信号进行检测，以确保从复杂的电磁环境中提取有用的信息。检测是这一过程的核心，它通过一系列精密的信号处理步骤来区分有价值的信号与背景噪声或干扰。
首先，在信号检测的初始阶段，接收机会对原始连续信号进行采样和量化，将其转换为数字形式，以便于数字信号处理。接下来，信号检测过程的关键目标是确定信号是否存在，并提取出相关信息。
然而，在当前技术中，为了减少在检测过程中由接收机噪声引起的虚警，通常会采用较高的信噪比检测门限。这意味着只有当信号的信噪比高于门限值时，才会被认为是有效信号。尽管这种方法有效降低了虚警的发生率，但也带来了一个问题：较高的信噪比检测门限会降低接收机对低信噪比信号的检测能力。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种侦察接收机低信噪比信号的检测方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种侦察接收机低信噪比信号的检测方法，包括：
对多通道侦察接收机接收的中频信号进行采样，并完成多个通道的数字信道化处理；其中，所述中频信号包括低信噪比的噪声和有效信号；
对不同信道的信号进行DBF处理，获得同一信道的多个通道的中频信号对应的波束和每一个波束对应的复信号；其中，不同通道的噪声形成波束后的功率最大值不会确定的出现在某一个波束，不同通道的有效信号形成波束后的功率最大值会确定的出现在某一个波束；
对每一个波束的复信号进行功率计算，获得功率最大和次大的波束对应的波束指向和功率值；
连续统计多个采样点的功率最大和次大的波束对应的波束指向和功率值，若功率最大值和次大值对应的波束指向为固定的两个相邻波束指向，则给出信号初步有效标志；
连续统计多个采样点的功率值是否过门限，若连续多个采样点的功率值过门限，则给出信号最终有效标志，且多通道侦察接收机接收最终有效信号。
进一步，所述对不同信道的信号进行DBF处理，包括：
根据信道所对应的信道频率，计算每一个波束指向所对应的权值；
利用权值对同一信道的多个通道的接收信号分别进行加权求和，得到同一信道的多个通道的中频信号对应的波束和每一个波束对应的复信号。
进一步，所述对多通道侦察接收机接收的中频信号进行采样；包括：
利用多个等间距排列的天线与多个微波接收单元接收信号，对所有天线接收到的信号中的中频信号持续进行同步采样。
进一步，所述多个等间距排列的天线之间的间距为9mm。
进一步，还包括：
设置信噪比门限进一步判断信号的有效性；
连续统计多个采样点的功率最大和次大的波束对应的波束指向和功率值，若功率最大值和次大值对应的波束指向为固定的两个相邻波束指向，并且连续多个采样点的信噪比超过信噪比门限，并且连续多个采样点的功率值过门限；则给出信号最终有效标志。
进一步，所述信噪比门限为3dB。
进一步，所述采样点的信噪比的计算为：
利用信号的功率值与噪底的功率值进行计算得到信号的信噪比，表达式为：
SNR=10log10(Ps/Pn）
式中，SNR为信号的信噪比，Ps为信号的功率值，Pn为噪底的功率值，log为对数计算符号。
进一步，所述噪底的功率值的获取，包括：
将功率最大的波束的波束指向不固定时，复信号所对应的功率值作为无效的信号功率值；将无效的信号功率值作为噪底的功率值。
进一步，连续统计4个采样点的功率最大和次大的波束对应的波束指向和功率值，若功率最大值和次大值对应的波束指向为固定的两个相邻波束指向，则给出信号初步有效标志。
进一步，所述对每一个波束的复信号进行功率计算；包括：
确定信号的复信号的表达式，复信号的表达式为：
z(t)=a(t)+b(t)j
其中a(t)和b(t)分别为实部和虚部函数；j是虚数单位；
根据复信号的表达式得到信号的功率，功率表达式为：
P(t)=|z(t)|^2=a(t)^2+b(t)^2
其中，P(t)为信号的功率，z(t)为复信号。
本发明提供的一种侦察接收机低信噪比信号的检测方法具有以下有益效果：
本发明考虑到对于噪声来说，其不同通道的噪声是非相关的，没有确定的相位关系，因此波束形成后，功率大值不会确定的出现在某一个波束。利用功率最大和次大的波束所对应的波束指向和功率值作为判断波束输出稳定性的标准，与信号的功率一同作为信号有效的判断标准；解决了现有技术中用信噪比作为标准使得信噪比门限需要设置得很高导致接收机对弱信号的检测能力弱的问题。
进一步，在波束稳定性判断中，由于不知道信号的入射角，其可能位于波束的最大值方向，也可能位于两个相邻波束交叠的位置，如果只用功率最大所对应的波束进行判断，结果不准确。同时，由于侦察接收机接收的信号经DBF处理后，其波束通常较宽，一个信号通常会在多个波束输出中有较大功率值，因此判断波束输出稳定性时，使用最大和次大输出对波束进行判定更加准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法示意图；
图2为本发明实施例中基于DBF技术的8通道侦察接收机的天线方向图；
图3为本发明实施例中侦察接收机信道37和信道38的输出信号的包络图；
图4为本发明实施例中侦察接收机信道37经DBF后输出不同波束指向的信号包络图1；
图5为本发明实施例中侦察接收机信道37经DBF后输出不同波束指向的信号包络图2；
图6为本发明实施例中侦察接收机信道38经DBF后输出不同波束指向的信号包络图1；
图7为本发明实施例中侦察接收机信道38经DBF后输出不同波束指向的信号包络图2；
图8为本发明实施例中功率输出最大值对应的波束指向图；
图9为本发明实施例中功率输出次大值对应的波束指向图；
图10为本发明实施例中信道38基于波束指向稳定的检测检测结果图；
图11为本发明实施例中信道38对应波束指向为-30°的低信噪比检测结果图；
图12 为本发明实施例中信道38的基于波束指向和低信噪比联合检测结果图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示为本发明的方法示意图，其具体为：
步骤一：对多个通道接收到的中频信号进行采样，并完成多个通道的数字信道化处理。
步骤二：信道信号的DBF（数字波束形成）处理
根据信道所对应的频率，计算每一个波束指向对应的权值。
利用计算得到的权值，对同一信道的多个通道的接收信号分别进行加权求和，获得波束以及每一个波束对应的复信号。
由于不同通道的噪声是非相关的，没有确定的相位关系，因此波束形成后，功率大值不会确定的出现在某一个波束，多个波束功率输出的最大值位置具有较强的随机性。而对于有效信号来说，其在多个波束功率输出最大值位置具备较强的稳定性。
因此可以利用多个波束功率输出的最大值位置的稳定性作为信号是否为有效信号的判断标准。
步骤三：判断
3.1 对每一个波束的复信号进行功率计算，并对多个波束的功率进行排序，获得功率最大和次大的波束对应的波束指向和功率值。
连续统计多个采样点的功率最大和次大的波束对应的波束指向和功率值，若功率最大值和次大值对应的波束指向为固定的两个相邻波束指向，则给出信号有效标志，并取功率最大值对应波束指向的复信号和相应的功率值作后续的进一步处理。
对于采用多个天线和多个微波接收单元的多通道侦察接收机来说，其采用DBF进行多波束和差比幅测向，此时，对于信号来说，由于其来自于一个确定的方向，这个确定的方向对应于相应的波束，即某个采样点的多个波束形成结果的功率大值会出现在某一个确定的波束，当信号有多个采样点时，其多个采样点的功率大值会稳定的出现在某一个确定的波束。如图2所示，DBF形成的8个波束分别指向-42°，-30°，-18°，-6°，6°，18°，30°，42°，当信号入射角为25°时，波束指向为30°的波束信号功率始终最大，对于噪声来说，其不同通道的噪声是非相关的，没有确定的相位关系，因此，波束形成后，功率大值不会确定的出现在某一个波束。
因此，利用波束形成后，最大功率输出对应波束的稳定性和基于功率检测相结合的方法进行信号检测，可以有效降低功率检测所需要的信噪比，从而提升多通道侦察接收机对微弱信号的检测能力。
计算每一个波束所对应的信号的功率值；包括：
确定信号的复信号的表达式，复信号的表达式为：z(t)=a(t)+b(t)j，其中a(t)和b(t)分别为实部和虚部函数。
根据复信号的表达式得到信号的功率，功率表达式为：P(t)=|z(t)|^2=a(t)^2+b(t)^2。
3.2 利用功率最大值对应波束指向的功率值作进一步信号检测
利用采样点的功率值与噪底的功率进行信噪比计算，并与一个较低的门限比较，判断信号的信噪比是否过门限。
连续统计多个采样点的功率是否过门限，若连续多个采样点的功率值过门限，则给出信号有效标志。
信噪比的计算为：利用信号的功率值与噪底的功率值进行计算得到信号的信噪比，表达式为：
SNR=10log10(Ps/Pn）
式中，SNR为信号的信噪比，Ps为信号的功率值，Pn为噪底的功率值，log为对数计算符号。
噪底的功率值的获取，包括：将功率最大的信号所对应的波束的波束指向不固定时所对应的功率值作为无效的信号功率值；将无效的信号功率值作为噪底的功率值。
3.3 利用步骤二和步骤三中3.1和3.2获得的信号有效标志进行信号有效性的确认，若步骤二和步骤三获得的信号有效标志均有效，则认为信号有效，若有一个为无效，则认为信号无效。
3.4 对其他信道内的数据重复步骤二至步骤3.3进行处理，判断其他信道内是否存在信号。
以下为本发明具体实施例：
本实施例为采用8个通道侦察接收机系统，8个天线的间距为9mm，利用8个通道进行DBF处理，产生8个波束，波束指向分别为-42°，-30°，-18°，-6°，6°，18°，30°，42°，如图2所示，信号频率为9706MHz，本振为8000MHz，信号采样率为2400MHz，数字信道化信道个数为128，输入信号信噪比为-18dB。
步骤1：对8个通道接收到的中频信号进行采样，并完成多个通道的数字信道化处理，图3给出了其中一个接收通道经数字信道化处理后，信道37和信道38的输出信号的包络图。
步骤2：信道信号的DBF处理
根据信道所对应的频率，信道37对应的信号频率为8000+（2400-36*18.75）=9725MHz，信道38对应的信号的信号频率为8000+（2400-37*18.75）=9706MHz，计算每一个波束指向对应的权值，-42°，-30°，-18°，-6°，6°，18°，30°，42°对应的权值分别为[1.00+0.00i，0.34-0.94i，-0.77-0.64i，-0.86+0.51i，0.18+0.98i，0.99+0.16i，0.49-0.87i，-0.66-0.75i]、[1.00+0.00i，0.61-0.79i，-0.26-0.97i，-0.92-0.39i，-0.87+0.49i，-0.14+0.99i，0.70+0.71i，0.99-0.12i]、[1.00+0.00i，0.84-0.54i，0.43-0.90i，-0.12-0.99i，-0.64-0.77i，-0.95-0.31i，-0.97+0.25i，-0.69+0.73i]、[1.00+0.00i，0.98-0.19i，0.93-0.37i，0.84-0.54i，0.72-0.69i，0.58-0.82i，0.41-0.91i，0.23-0.97i]、[1.00+0.00i，0.98+0.19i，0.93+0.37i，0.84+0.54i，0.72+0.69i，0.58+0.82i，0.41+0.91i，0.23+0.97i]、[1.00+0.00i，0.84+0.54i，0.43+0.90i，-0.12+0.99i，-0.64+0.77i，-0.95+0.31i，-0.97-0.25i，-0.69-0.73i]、[1.00+0.00i，0.61+0.79i，-0.26+0.97i，-0.92+0.39i，-0.87-0.49i，-0.14-0.99i，0.70-0.71i，0.99+0.12i]、[1.00+0.00i，0.34+0.94i，-0.77+0.64i，-0.86-0.51i，0.18-0.98i，0.99-0.16i，0.49+0.87i，-0.66+0.75i]。
利用计算得到的权值，对同一信道的多个通道的接收信号分别进行加权求和，获得每一个波束对应的复信号和功率值，图4-图7分别给出了37和38信道的8个波束指向的包络图。
步骤3：判断
3.1对多个波束的功率进行排序，获得功率最大和次大的波束对应的波束指向和功率值，图8和图9分别给出了不同采样点功率最大值和次大值的波束图。
连续统计多个采样点的功率最大和次大的波束对应的波束指向和功率值，若功率最大值和次大值对应的波束指向为固定的两个相邻波束指向，则给出信号有效标志，可以看出，波束指向为-30°和-18°的功率始终为最大或次大，且连续4个点（可根据信道采样率和最小可检测脉宽设定，如最小可检测脉宽为0.2μs，信道采样率为18.75MHz时，为连续4个点）均稳定，此时判断波束指向为-30°对应的波束内有信号存在，并将波束检测结果记为1，如图10所示，并取功率最大值对应波束指向的复信号和相应的功率值作后续的进一步处理，此处取波束指向为-30°的对应的功率值作后续的进一步处理。
3.2利用功率最大值对应波束指向的功率值作进一步信号检测
利用采样点的功率值Ps与噪底的功率Pn进行信噪比计算，即SNR=10log10(Ps/Pn)，并与一个较低的门限(thr=3dB)比较，判断信号的信噪比是否过门限，若SNR>=3，则认为采样点的功率值过了门限。
连续统计4个采样点的功率是否过门限，若连续4个信号采样点的功率值均过门限，则给出信号有效标志，判断信号存在，并将检测结果记为1，如图11所示。
步骤4：利用步骤二和步骤三3.2获得的信号有效标志进行信号有效性的确认，若步骤二和步骤三3.2获得的信号有效标志均有效，则认为信号有效，若有一个为无效，则认为信号无效，如图12所示。
步骤5：对其他信道内的数据重复步骤二至步骤四进行处理，判断其他信道内是否存在信号。
综上所述，本发明提出一种基于DBF技术的侦察接收机低信噪比信号检测方法，该方法利用信号在多个通道的相关性，从而来自某一方向信号在多个波束功率输出最大值位置具备较强的稳定性，以及噪声在多个通道的非相关性，当没有信号时，多个波束功率输出的最大值位置具有较强的随机性，从而将单纯的利用信号功率进行信号检测转化为利用信号在多个波束输出功率最大值的确定性和信号功率检测相结合的低信噪比信号检测方法，提升侦察接收机在低信噪比条件下的检测性能，因此本发明拥有广泛的应用前景。
以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种侦察接收机低信噪比信号的检测方法，其特征在于，包括：
对多通道侦察接收机接收的中频信号进行采样，并完成多个通道的数字信道化处理；其中，所述中频信号包括低信噪比的噪声和有效信号；
对不同信道的信号进行数字波束形成DBF处理，获得同一信道的多个通道的中频信号对应的波束和每一个波束对应的复信号；其中，不同通道的噪声形成波束后的功率最大值不会确定的出现在某一个波束，不同通道的有效信号形成波束后的功率最大值会确定的出现在某一个波束；
对每一个波束的复信号进行功率计算，获得功率最大和次大的波束对应的波束指向和功率值；
连续统计多个采样点的功率最大和次大的波束对应的波束指向和功率值，若功率最大值和次大值的波束对应的波束指向为固定的两个相邻波束指向，则给出信号初步有效标志；
连续统计多个采样点的功率值是否过门限，若连续多个采样点的功率值过门限，则给出信号最终有效标志，且多通道侦察接收机接收最终有效信号。
2.根据权利要求1所述的一种侦察接收机低信噪比信号的检测方法，其特征在于，所述对不同信道的信号进行数字波束形成DBF处理，包括：
根据信道所对应的信道频率，计算每一个波束指向所对应的权值；
利用权值对同一信道的多个通道的接收信号分别进行加权求和，得到同一信道的多个通道的中频信号对应的波束和每一个波束对应的复信号。
3.根据权利要求1所述的一种侦察接收机低信噪比信号的检测方法，其特征在于，所述对多通道侦察接收机接收的中频信号进行采样；包括：
利用多个等间距排列的天线与多个微波接收单元接收信号，对所有天线接收到的信号中的中频信号持续进行同步采样。
4.根据权利要求3所述的一种侦察接收机低信噪比信号的检测方法，其特征在于，所述多个等间距排列的天线之间的间距为9mm。
5.根据权利要求1所述的一种侦察接收机低信噪比信号的检测方法，其特征在于，还包括：
设置信噪比门限进一步判断信号的有效性；
连续统计多个采样点的功率最大和次大的波束对应的波束指向和功率值，若功率最大值和次大值对应的波束指向为固定的两个相邻波束指向，并且连续多个采样点的信噪比超过信噪比门限，并且连续多个采样点的功率值过门限；则给出信号最终有效标志。
6.根据权利要求5所述的一种侦察接收机低信噪比信号的检测方法，其特征在于，所述信噪比门限为3dB。
7.根据权利要求5所述的一种侦察接收机低信噪比信号的检测方法，其特征在于，所述采样点的信噪比的计算为：
利用信号的功率值与噪底的功率值进行计算得到信号的信噪比，表达式为：
SNR=10log10(Ps/Pn）
式中，SNR为信号的信噪比，Ps为信号的功率值，Pn为噪底的功率值，log为对数计算符号。
8.根据权利要求7所述的一种侦察接收机低信噪比信号的检测方法，其特征在于，所述噪底的功率值的获取，包括：
将功率最大的波束的波束指向不固定时，复信号所对应的功率值作为无效的信号功率值；将无效的信号功率值作为噪底的功率值。
9.根据权利要求1所述的一种侦察接收机低信噪比信号的检测方法，其特征在于，连续统计4个采样点的功率最大和次大的波束对应的波束指向和功率值，若功率最大值和次大值的波束对应的波束指向为固定的两个相邻波束指向，则给出信号初步有效标志。
10.根据权利要求1所述的一种侦察接收机低信噪比信号的检测方法，其特征在于，所述对每一个波束的复信号进行功率计算；包括：
确定信号的复信号的表达式，复信号的表达式为：
z(t)=a(t)+b(t)j
其中a(t)和b(t)分别为实部和虚部函数；j是虚数单位；
根据复信号的表达式得到信号的功率，功率表达式为：
P(t)=|z(t)|^2=a(t)^2+b(t)^2
其中，P(t)为信号的功率，z(t)为复信号。
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- 2023-11-22 CN CN202311558008.5A patent/CN117278144B/zh active Active
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Also Published As
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|---|---|
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