CN107576848A - 一种基于频谱分析的模板设定与模板检测方法 - Google Patents
一种基于频谱分析的模板设定与模板检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107576848A CN107576848A CN201710888152.3A CN201710888152A CN107576848A CN 107576848 A CN107576848 A CN 107576848A CN 201710888152 A CN201710888152 A CN 201710888152A CN 107576848 A CN107576848 A CN 107576848A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- value
- template
- signal
- frequency spectrum
- maximum value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)
Abstract
本发明公开了一种模板设定、模板检测的实现方法,它涉及了一种在频谱监测领域用于实现模板检测功能的方法。它由FPGA进行下变频转换和快速傅里叶变化生成频谱数据,对频谱数据进行平滑处理生成频谱模板基准值,判断频谱模板基准值的信号类型,根据不同信号类型采用不同方法生成上下频谱模板。对待识别信号进行预处理,将预处理后的待识别信号与上下频谱模板进行比较和匹配,超出上下频谱模板范围判定为异常信号,并给出告警信号,同时对告警时异常频谱进行存储。本发明具有能够实时分析、实时显示等特点,提取信号特征运算量小,实时处理快,检测精度高等优点。特别适合用于卫星通信领域对瞬时异常信号进行快速检测,便于查找和定位问题。
Description
技术领域
本发明属于频谱监测领域,具体涉及一种模板设定、模板检测的实现方法。
背景技术
频谱监测技术是用来监测和管理频段信息的主要手段。随着无线电的发展,频谱资源的利用也在不断增加,致使频谱资源的使用变得日益紧张。大量设备工作于相邻频段,易产生相互干扰,提升频谱资源的利用率,监测异常信号已经成为了面临的重大问题。
对异常信号的识别是频谱监测主要内容之一。常见的信号识别是对信号特征进行提取,利用模式识别的方式进行信号识别。现有的识别信号多为调制信号,没有考虑实际复杂的电磁环境对其信号的影响。且当前频谱监测中信号识别是对信号特征进行提取,提取其信号包络,根据信号特征与包络进行匹配,设置相关系数的计算,根据计算结果来对信号进行识别,识别过程繁琐,且计算量大,在嵌入式设备应用较难,降低了识别速度。
发明内容
针对以上不足,本发明索要解决的技术问题是提供一种基于模板设定、频谱模板检测的功能实现方法。
本发明的目的是通过以下步骤来实现的:
步骤1:将模拟信号进行AD转换、下变频转换和快速傅立叶变化,形成频谱数据;
步骤2:将生成的频谱数据进行平均处理得到平均后的频谱数据,即为频谱数据的模板基准值为频谱数据的位置;
步骤3:对模板基准值进行极大值搜索,得到极大值所在位置j和极大值将极大值点周围(2m-4)个点的功率值与极大值进行比较并计算极大值周边(2m-4)个点的均值得到特征值;分别判断极大值与极大值点周围(2m-4)个点的功率值差值是否大于等于10且特征值是否大于设定阈值,若是则模板基准值为单载波信号,执行步骤4,否则模板基准值为宽带信号,执行步骤5;其中,m≥5且为整数;
步骤4:对极大值位置附近(j-m)点到(j+m)点位置的任一点k,选取(k-2)到(k+2)五个点的功率值进行极大值搜索,并将k点的功率值设为搜索到的极大值,生成新的上频谱模板基准值并对极大值位置附近(k-1)到(k+1)三个点的功率值进行极小值搜索,将k点的功率值设为搜索到的极小值,生成新的下频谱模板基准值设定上模板差值为a,下模板差值为b,则上频谱模板为下频谱模板为执行步骤6;其中,k为(j-m)点到(j+m)范围内任意一整数点;
步骤5:设定上模板差值为a,下模板差值为b,则上频谱模板为下频谱模板为
步骤6:根据预设带宽对待识别信号进行平滑处理,获得预处理的识别信号,对待识别信号和频谱模板的功率值逐点比对,如果待识别信号高于上频谱模板则给出功率超上限告警,如果待识别信号低于下频谱模板则给出功率超下限告警,并记录存储告警发生时的待识别信号。
其中,步骤3具体为:
对模板基准值进行极大值搜索,得到极大值的所在位置j和极大值将极大值点周围(j-m)、(j-(m-1))、…、(j-3)、(j+3)、…、(j+(m-1))、(j+m)即(2m-4)个点的功率值与极大值比较,并计算该(2m-4)个点均值并计算得到特征值;计算公式如下:
计算特征值θ
判断判断极大值与极大值点周围(2m-4)个点的功率值差值是否大于等于10,且特征值是否大于设定阈值,即
其中i∈[j-m,j-3]∪[j+3,j+m],i∈Z+,m≥5且为整数;
θ>θ1 (2)
其中,θ1为设定阈值;
当公式(1)(2)同时满足时,判定模板基准值为单载波信号,执行步骤4,否则为宽带信号,执行步骤5。
本发明与背景技术相比具有如下优点:
1.本发明频谱模板设定方法较之常见方法,其提取信号特征运算量小,提取包络快,对其应用的硬件平台配置要求低,有利于低成本控制。
2.本发明对待测信号实时分析,实时识别速度快,能够快速识别异常偶发信号,识别率高,并且对异常信号能够及时存储,便于分析。
3.本发明制造的设备具有集成化程度高、结构简单、可靠性高、人机交互界面友好、使用方便等特点。
附图说明
图1是本发明的模板设定检测方法流程框图。
图2是单载波信号用本发明的方法产生的上下频谱模板。
图3是宽带信号用本发明的方法产生的上下频谱模板。
图4是待识别信号与模板信号匹配检测正常的原理图。
图5是待识别信号与模板信号匹配检测超上限告警的原理图。
图6是待识别信号与模板信号匹配检测超下限告警的原理图。
具体实施方式
本发明的实施步骤:如图1所示
步骤1;频谱数据生成
***前端通过FPGA来实现AD数据采集、数字下变频器和快速傅立叶变化。频谱数据生成单元通过DMA模式读取FPGA的频谱数据。在存储区开辟两个数据区A和B,区域大小为615点数据,每个数据为16比特。采用乒乓结构方式将频谱数据接收存储。设当前存储新的数据到数据区A,同时对数据区B的数据进行存储和计算处理,数据区B处理完成后,等待数据区A接收完成,一旦接收完成,数据区A转为存储、计算处理流程,同时数据区B转为接收新的数据流程,如此数据区A、B轮流循环接收数据,处理数据。
步骤2:对生成的频谱数据进行平滑处理。
对生成的频谱数据进行平滑处理,对其进行平均运算,设频谱数据为Pn(i),则平均后的频谱数据,即为频谱数据的模板基准值
其中N为频谱数据的平均次数,i为频谱数据的位置。
步骤3:设定上下模板的差值,生成上下频谱模板。
首先判定模板基准值是否为单载波信号,对模板基准值进行极大值搜索,得到极大值的所在位置j和极大值判定极大值点周围(j-m)、(j-(m-1))、…、(j-3)、(j+3)、…、(j+(m-1))、(j+m)即(2m-4)个点的功率值与极大值比较,其中,m≥5且为整数;
满足以下条件:
其中i∈[j-m,j-3]∪[j+3,j+m],i∈Z+,10≥m≥5;
且计算极大值周边(2m-4)各点的均值
则选取特征值θ
设置一个阈值θ1,判断
θ>θ1 (2)
当公式(1)(2)同时满足时,判定模板基准值为单载波信号。如果不满足上述条件为宽带信号。
若为单载波信号,对极大值位置附近(j-m)点到(j+m)点位置的模板基准值进行处理,得到新的模板基准值。当处理其中某个点k时,对其(k-2)到(k+2)五个点的功率值进行极大值搜索,得到的极大值为k点的功率值,依次类推,当所有点处理完成后,生成新的上频谱模板基准值同理,当处理其中某个点k时,对其(k-1)到(k+1)三个点的功率值进行极小值搜索,得到的极小值为k点的功率值,当所有点处理完成后,生成新的下频谱模板基准值设定上模板差值为a,下模板差值为b,则上频谱模板为 下频谱模板为其中,k为(j-m)点到(j+m)范围内任意一整数点。单载波信号生成的上下频谱模板如图2所示。
若为宽带信号,则设定上模板差值为a,下模板差值为b,则上频谱模板为下频谱模板为宽带信号生成的上下频谱模板如图3所示。
频谱模板可以根据频谱的特征(如频率、SPAN)和类型形成模板库。在模板检测匹配过程中,可以直接调用模板库的模板进行匹配。
步骤4:模板检测匹配。
根据预设频率带宽对待识别信号进行平滑处理,获得预处理的识别信号,将预处理后的待识别信号与频谱模板进行比较,判断待识别信号是否正常。通过对待识别信号和模板信号的功率值逐点比对,如果高于上频谱模板则给出超上限告警,如果低于下频谱模板则给出超下限告警。并记录存储告警发生时的待识别信号。如图4所示,正常信号的频谱位于上频谱模板与下频谱模板之间。待识别信号功率过高时,如图5所示,频谱信号超过上频率模板,监测到后发出超上限告警。待识别信号功率低于下频谱模板时时,如图6所示,监测到后发出超下限告警。
Claims (2)
1.一种基于频谱分析的模板设定与模板检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:将模拟信号进行AD转换、下变频转换和快速傅立叶变化,形成频谱数据;
步骤2:将生成的频谱数据进行平均处理得到平均后的频谱数据,即为频谱数据的模板基准值为频谱数据的位置;
步骤3:对模板基准值进行极大值搜索,得到极大值所在位置j和极大值将极大值点周围2m-4个点的功率值与极大值进行比较并计算极大值周边2m-4个点的均值得到特征值;分别判断极大值与极大值点周围2m-4个点的功率值差值是否大于等于10且特征值是否大于设定阈值,若是则模板基准值为单载波信号,执行步骤4,否则模板基准值为宽带信号,执行步骤5;其中,m≥5且为整数;
步骤4:对极大值位置附近j-m点到j+m点位置的任一点k,选取k-2到k+2五个点的功率值进行极大值搜索,并将k点的功率值设为搜索到的极大值,生成新的上频谱模板基准值并对极大值位置附近k-1到k+1三个点的功率值进行极小值搜索,将k点的功率值设为搜索到的极小值,生成新的下频谱模板基准值设定上模板差值为a,下模板差值为b,则上频谱模板为下频谱模板为执行步骤6;其中,k为j-m点到j+m范围内任意一整数点;
步骤5:设定上模板差值为a,下模板差值为b,则上频谱模板为下频谱模板为
步骤6:根据预设带宽对待识别信号进行平滑处理,获得预处理的识别信号,对待识别信号和频谱模板的功率值逐点比对,如果待识别信号高于上频谱模板则给出功率超上限告警,如果待识别信号低于下频谱模板则给出功率超下限告警,并记录存储告警发生时的待识别信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于频谱分析的模板设定与模板检测方法,其特征在于,步骤3具体为:
对模板基准值进行极大值搜索,得到极大值的所在位置j和极大值将极大值点周围j-m、j-(m-1)、…、j-3、j+3、…、j+(m-1)、j+m即2m-4个点的功率值与极大值比较,并计算该2m-4个点均值并计算得到特征值;计算公式如下:
<mrow>
<mover>
<mi>P</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msubsup>
<mi>&Sigma;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>j</mi>
<mo>-</mo>
<mi>m</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<mi>j</mi>
<mo>-</mo>
<mn>3</mn>
</mrow>
</msubsup>
<mo>|</mo>
<mover>
<mi>P</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>i</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>|</mo>
<mo>+</mo>
<msubsup>
<mi>&Sigma;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>j</mi>
<mo>+</mo>
<mn>3</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<mi>j</mi>
<mo>+</mo>
<mi>m</mi>
</mrow>
</msubsup>
<mo>|</mo>
<mover>
<mi>P</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>i</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>|</mo>
</mrow>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi>m</mi>
<mo>-</mo>
<mn>4</mn>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
计算特征值θ
<mrow>
<mi>&theta;</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mover>
<mi>P</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>j</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mover>
<mi>P</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
</mfrac>
<mo>;</mo>
</mrow>
判断判断极大值与极大值点周围2m-4个点的功率值差值是否大于等于10,且特征值是否大于设定阈值,即
<mrow>
<mover>
<mi>P</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>j</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>-</mo>
<mover>
<mi>P</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>i</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&GreaterEqual;</mo>
<mn>10</mn>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中i∈[j-m,j-3]∪[j+3,j+m],i∈Z+,m≥5且为整数;
θ>θ1 (2)
其中,θ1为设定阈值;
当公式(1)(2)同时满足时,判定模板基准值为单载波信号,执行步骤4,否则为宽带信号,执行步骤5。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710888152.3A CN107576848B (zh) | 2017-09-27 | 2017-09-27 | 一种基于频谱分析的模板设定与模板检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710888152.3A CN107576848B (zh) | 2017-09-27 | 2017-09-27 | 一种基于频谱分析的模板设定与模板检测方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107576848A true CN107576848A (zh) | 2018-01-12 |
CN107576848B CN107576848B (zh) | 2019-07-26 |
Family
ID=61038648
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710888152.3A Active CN107576848B (zh) | 2017-09-27 | 2017-09-27 | 一种基于频谱分析的模板设定与模板检测方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107576848B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108414832A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-08-17 | 中国人民解放军31007部队 | 一种基于图像处理的异常信号频谱参数检测方法 |
CN116015497A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-04-25 | 成都爱科特科技发展有限公司 | 一种信号频谱模板匹配方法 |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1848240A (zh) * | 2005-04-12 | 2006-10-18 | 佳能株式会社 | 基于离散对数傅立叶变换的基音检测方法、设备和介质 |
CN1941762A (zh) * | 2005-09-27 | 2007-04-04 | 华为技术有限公司 | 一种分配正交多路频分复用***中保护子载波的方法 |
CN101173870A (zh) * | 2007-09-27 | 2008-05-07 | 上海交通大学 | 复杂噪声基底下短时特征声信号时频域辨识与检测方法 |
CN102466764A (zh) * | 2010-11-03 | 2012-05-23 | 北京普源精电科技有限公司 | 一种频谱超限测量模板的生成方法和装置 |
JP2014016552A (ja) * | 2012-07-10 | 2014-01-30 | Pioneer Electronic Corp | 音声信号処理方法、音声信号処理装置およびプログラム |
CN104640139A (zh) * | 2015-02-12 | 2015-05-20 | 成都大公博创信息技术有限公司 | 一种高铁通信的干扰检测方法 |
JP2017032488A (ja) * | 2015-08-05 | 2017-02-09 | 株式会社リコー | 情報処理装置、診断方法、およびプログラム |
CN106646012A (zh) * | 2016-09-09 | 2017-05-10 | 中国舰船研究设计中心 | 一种用频装备发射谱包络提取方法 |
CN106771589A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-31 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种频谱分析实时瀑布图的实现方法 |
CN106792706A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-05-31 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种基于无线网信号频谱非平稳特性的非法入侵检测方法 |
-
2017
- 2017-09-27 CN CN201710888152.3A patent/CN107576848B/zh active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1848240A (zh) * | 2005-04-12 | 2006-10-18 | 佳能株式会社 | 基于离散对数傅立叶变换的基音检测方法、设备和介质 |
CN1941762A (zh) * | 2005-09-27 | 2007-04-04 | 华为技术有限公司 | 一种分配正交多路频分复用***中保护子载波的方法 |
CN101173870A (zh) * | 2007-09-27 | 2008-05-07 | 上海交通大学 | 复杂噪声基底下短时特征声信号时频域辨识与检测方法 |
CN102466764A (zh) * | 2010-11-03 | 2012-05-23 | 北京普源精电科技有限公司 | 一种频谱超限测量模板的生成方法和装置 |
JP2014016552A (ja) * | 2012-07-10 | 2014-01-30 | Pioneer Electronic Corp | 音声信号処理方法、音声信号処理装置およびプログラム |
CN104640139A (zh) * | 2015-02-12 | 2015-05-20 | 成都大公博创信息技术有限公司 | 一种高铁通信的干扰检测方法 |
JP2017032488A (ja) * | 2015-08-05 | 2017-02-09 | 株式会社リコー | 情報処理装置、診断方法、およびプログラム |
CN106646012A (zh) * | 2016-09-09 | 2017-05-10 | 中国舰船研究设计中心 | 一种用频装备发射谱包络提取方法 |
CN106792706A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-05-31 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种基于无线网信号频谱非平稳特性的非法入侵检测方法 |
CN106771589A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-31 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种频谱分析实时瀑布图的实现方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
张红涛 等: "基于FPGA的数字下变频器的设计", 《现代电子技术》 * |
王先鹏 等: "TD-LTE-Advanced终端测试仪频谱发射模板测试方法与实现", 《安徽电子信息职业技术学院学报》 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108414832A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-08-17 | 中国人民解放军31007部队 | 一种基于图像处理的异常信号频谱参数检测方法 |
CN108414832B (zh) * | 2018-02-09 | 2020-11-03 | 中国人民解放军31007部队 | 一种基于图像处理的异常信号频谱参数检测方法 |
CN116015497A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-04-25 | 成都爱科特科技发展有限公司 | 一种信号频谱模板匹配方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107576848B (zh) | 2019-07-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104883734B (zh) | 一种基于地理指纹的室内被动定位方法 | |
CN107911183B (zh) | 一种基于实时信号特征分析的无人机识别方法及*** | |
Nafkha et al. | Experimental spectrum sensing measurements using USRP Software Radio platform and GNU-radio | |
WO2021103206A1 (zh) | 基于机器学习算法的无线射频设备身份识别方法及*** | |
CN105429719B (zh) | 基于功率谱和多尺度小波变换分析强干扰信号检测方法 | |
US9450688B1 (en) | Autonomous spectral harvesting system | |
CN101494508A (zh) | 基于特征循环频率的频谱检测方法 | |
CN102244548A (zh) | 联合频谱检测方法以及联合频谱感知装置、频谱检测*** | |
JP2011044937A (ja) | 無線局識別装置、無線局識別方法、無線局識別プログラム | |
CN113447893B (zh) | 一种雷达脉冲信号频谱自动检测方法、***及介质 | |
CN104270234A (zh) | 一种基于欠奈奎斯特采样的宽带信号检测识别方法 | |
CN109347584A (zh) | 基于指数平滑预测的频谱感知方法 | |
CN108120875A (zh) | 一种基于快速频谱模板匹配的目标信号宽带检测方法 | |
CN107576848A (zh) | 一种基于频谱分析的模板设定与模板检测方法 | |
CN104993884B (zh) | 手持数字监测测向***及其监测方法 | |
CN108924847B (zh) | 一种基于ann的认知无线电频谱预测方法及设备 | |
CN113702703B (zh) | 一种微弱信号检测识别方法及*** | |
CN113300986B (zh) | 无人机图传信号与热点信号识别方法、介质、计算机设备 | |
CN112751633B (zh) | 一种基于多尺度窗口滑动的宽带频谱检测方法 | |
CN107294628B (zh) | 一种基于usrp的频谱智能感知***及其方法 | |
CN108020740A (zh) | 一种设备区域电磁干扰检测识别***及方法 | |
JP5958453B2 (ja) | 無線局識別装置、無線局識別方法および無線局識別プログラム | |
Makled et al. | Detection and identification of mobile network signals | |
CN105119668A (zh) | 一种采用双重判决的迭代频谱感知方法 | |
CN115659136A (zh) | 基于神经网络的无线干扰信号波形识别方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |