CN105071830B - 一种直扩信号的检测识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种直扩信号的检测识别方法，该方法的步骤包括：1、计算接收信号的功率谱，并对所述功率谱进行对数运算；然后将所述对数运算结果作为检测信号，并将所述检测信号的功率谱作为检测谱；2、对检测谱进行滤波；3、在滤波后的信号中查找最大值Vmax，并求取所述滤波后信号的均值Vmean；4、以最大值Vmax和均值Vmean比值作为检测特征值E，即E＝Vmax/Vmean；5、检测特征值E与设定的阈值ethreshold进行比较判断：如果E>ethreshold，则判断接收信号为直扩信号。该方法充分利用了直接序列扩频信号中伪码分量在频域和时域的周期性，并且采用对数运算提升淹没在连续量中的离散分量，从而降低了噪声对识别性能的影响，方法实现简单、易于工程实现且信号识别效率高。

Description

一种直扩信号的检测识别方法
技术领域
本发明涉及通信信号处理领域，特别涉及一种直扩信号的检测识别方法，用于区分常规通信信号与直扩信号。
背景技术
通信信号的检测识别是单星电子侦察领域的关键技术之一。信号检测识别的任务就是要确定接收信号中是否存在有用信号，并识别出信号的调制方式。检测识别过程可能会受到噪声的干扰，且需要已知部分调制信息。有效的检测识别可为解调、分析或者进行干扰等后续工作提供依据。
早期的检测识别方法多是先将接收到的高频信号变到中频，然后输入不同的解调器得到可观察的信号，最后由操作人员根据得到的信号时频域特征、瞬时特征及声音来人为判断信号的调制方式。目前采用的多是自动检测识别方法，大致可以分为两类：基于决策理论的最大似然假设检验方法和基于特征提取的统计模式检测识别方法。
直接序列扩频(DSSS)是一种在现代通信中广泛应用的信道传输技术，具有很高的处理增益。源信号经过直扩处理后常隐藏于噪声之中，这种特殊性质决定了其难以检测。目前，常用于检测直扩信号的方法包括自相关累积、周期平稳谱相关、高阶累积量等。这些方法都具有对噪声不敏感的特性，所以可以在较低信噪比下实现直扩信号检测。但是这类方法也存在着一定的问题，对于这些方法而言，常规通信信号和直扩信号有相似的特性，所以这些方法虽然可以检测信号是否存在，但不能区分目标信号是常规信号还是直扩信号，也就是说该类方法易受常规信号的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种直扩信号的检测识别方法。该方法通过对接收信号的二次功率谱进行分析，提取常规信号不具有的特征作为检测特征，从而在检测信号存在与否的同时确定目标信号是否为直扩信号，避免了常规信号的影响。方法实现简单、易于工程实现，而且对噪声不敏感，信号识别效率高。
本发明的上述目的通过以下方案实现：
一种直扩信号的检测识别方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、计算接收信号的功率谱，并对所述功率谱进行对数运算；然后将所述对数运算结果作为检测信号，并将所述检测信号的功率谱作为检测谱；
(2)、对步骤(1)得到的检测谱进行滤波；
(3)、在步骤(2)滤波后的信号中查找最大值Vmax，并求取所述滤波后信号的均值Vmean；
(4)、以最大值Vmax和均值Vmean比值作为检测特征值E，即E＝Vmax/Vmean；
(5)、将步骤(4)得到的检测特征值E与设定的阈值ethreshold进行比较判断：如果E>ethreshold，则判断接收信号为直扩信号。
上述的直扩信号的检测识别方法，在步骤(1)中，在进行接收信号功率谱计算中，首先对接收信号进行分块，然后计算每个数据块的功率谱，再将多个数据块的功率谱叠加求平均后作为接收信号的功率谱计算结果。
上述的直扩信号的检测识别方法，在步骤(1)中，检测谱的计算公式如下：
P(t)＝|FFT[lg|FFT[f(t)]|2]|2
其中，P(t)为计算得到的检测谱；f(t)为接收信号；FFT代表FFT变换运算；lg代表对数运算。
上述的直扩信号的检测识别方法，在步骤(2)中，采用高通滤波器对检测信号功率谱进行滤波。
上述的直扩信号的检测识别方法，高通滤波器的截止频率为***采样频率的二分之一。
上述的直扩信号的检测识别方法，在步骤(5)中，阈值ethreshold的取值范围为20～25。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)、本发明首先计算接收信号的功率谱，然后取对数后得到检测信号，并再对检测信号的功率谱进行分析得到特征值，充分利用了直接序列扩频信号中伪码分量在频域和时域的周期性，方法实现简单、易于工程实现且信号识别效率高；
(2)、本发明中通过多次计算求平均功率谱的方法得到接收信号的功率谱，可有效的消除噪声，此外，提取的检测谱高频特征对噪声不敏感，又一次降低了噪声对识别性能的影响，两次降噪过程可使该方法在较低信噪比下实现直扩信号有效检测识别；
(3)、本发明通过高通滤波去除直流分量和低频部分，从而将高频部分与其他部分进行分离并提取信号特征，而常规信号及噪声不具有该特征。降低了直流项和低频项对扩频信号特征识别的影响，并充分利用了直扩信号与常规通信信号及高斯白噪声的信号结构的区别，在有效检测目标信号是否存在的同时实现了直扩信号的识别，提高了直扩信号检测识别效率。
附图说明
图1a为直扩信号DS-BPSK对应的检测谱图；
图1b为高斯白噪声对应的检测谱图；
图1c为常规通信信号BPSK对应的检测信号功率谱图；
图2为本发明的直扩信号检测识别方法的处理流程图；
图3a为本发明实施例中对1.4MHz信号进行检测时的特征值分布图；
图3b为本发明实施例中对2.8MHz信号进行检测时的特征值分布图；
图3c为本发明实施例中对5.6MHz信号进行检测时的特征值分布图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明的直扩信号检测识别方法充分利用了直接序列扩频信号中伪码分量在频域和时域的周期性，提取特征量识别直扩信号。具体原理如下：
直扩信号的功率谱Ps(f)为：
其中，A是信号幅度，p是PN序列的周期，Tc是PN序列的码元宽度，f0是信号中心频率，pTc是PN序列的时间周期，Sa(f)是信息码d(t)的功率谱。
对以上的信号功率谱进行对数运算后得到的对数谱如下：
上式给出的对数谱中含有三个分量：(一)、表示信号功率谱幅度的直流项；(二)、表示扩频信号伪码速率的低频项；(三)、表示伪码周期的高频项。
对以上的对数谱再次进行FFT变换得到检测谱，该检测谱中相应也含有三项：第一项位于0位置的脉冲，表示信号功率谱幅度的常量；第二项靠近0，表示伪码的速率；第三项位于较高的位置，并以周期pTc间隔重复出现，表示信号伪码周期频率。其中，第二项非常靠近0的位置，在检测谱上很难分离出来，第三项是以伪码时间周期间隔重复出项，而且能获得较高的处理增益，便于检测，并且通过它们之间的间隔估计伪码时间周期。
采用以上的分析方法对直扩信号进行检测谱分析，结果如图1a所示，该图以DS-BPSK信号分析为例，其中可以明显区分出检测谱中的一、二、三项。而采用同样的方法对高斯白噪声和常规通信信号进行检测谱分析，不存在上述的特征，结果如图1b和图1c所示，其中图1c为对BPSK信号进行分析的检测谱。
通过以上分析可以看出，可以采用检测谱中第三项作为直扩信号的个体特征，从而实现直扩信号与噪声及常规通信信号的区分。如图2所示，本发明的直扩信号检测识别方法包括以下步骤：
(1)、通过多次计算求平均的方法得到接收信号的功率谱，并对所述功率谱进行对数运算；然后将所述对数运算结果作为检测信号，并将所述检测信号的功率谱作为检测谱。在本实施例中提供的检测谱计算公式如下所示：
P(t)＝|FFT[lg|FFT[f(t)]|2]|2
其中，P(t)为计算得到的检测谱；f(t)为接收信号；FFT代表FFT变换运算；lg代表对数运算。
(2)、采用高通滤波器对步骤(1)得到的检测谱进行滤波；
(3)、在步骤(2)滤波后的信号中查找最大值Vmax，并求取所述滤波后信号的均值Vmean；
(4)、以最大值Vmax和均值Vmean比值作为检测特征值E，即E＝Vmax/Vmean；
(5)、将步骤(4)得到的检测特征值E与设定的阈值ethreshold进行比较判断：如果E>ethreshold，则判断接收信号为直扩信号。其中，一般根据信号环境设定阈值ethreshold等于20～25。在本实施例中，分别对带宽为1.4MHz、2.8MHz和6MHz的信号进行以上分析，在信噪比SNR＝-10～10dB时得到的特征值分布如图3a、3b和3c所示，从中可以看出，可以设定阈值ethreshold＝25，从而实现直扩信号的检测。
以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种直扩信号的检测识别方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、计算接收信号的功率谱，并对所述功率谱进行对数运算；然后将所述对数运算结果作为检测信号，并将所述检测信号的功率谱作为检测谱；
(2)、采用高通滤波器对步骤(1)得到的检测谱进行滤波；
(3)、在步骤(2)滤波后的信号中查找最大值Vmax，并求取所述滤波后信号的均值Vmean；
(4)、以最大值Vmax和均值Vmean比值作为检测特征值E，即E＝Vmax/Vmean；
(5)、将步骤(4)得到的检测特征值E与设定的阈值ethreshold进行比较判断：如果E>ethreshold，则判断接收信号为直扩信号。
2.根据权利要求1所述的一种直扩信号的检测识别方法，其特征在于：在步骤(1)中，在进行接收信号功率谱计算中，首先对接收信号进行分块，然后计算每个数据块的功率谱，再将多个数据块的功率谱叠加求平均后作为接收信号的功率谱计算结果。
3.根据权利要求1所述的一种直扩信号的检测识别方法，其特征在于：在步骤(1)中，检测谱的计算公式如下：
P(t)＝|FFT[lg|FFT[f(t)]|2]|2
其中，P(t)为计算得到的检测谱；f(t)为接收信号；FFT代表FFT变换运算；lg代表对数运算。
4.根据权利要求1所述的一种直扩信号的检测识别方法，其特征在于：高通滤波器的截止频率为***采样频率的二分之一。
5.根据权利要求1所述的一种直扩信号的检测识别方法，其特征在于：在步骤(5)中，阈值ethreshold的取值范围为20～25。
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