阅读说明：本技术 一种无线电频谱信号检测门限计算方法 (A kind of radio-frequency spectrum signal detecting threshold calculation method ) 是由 赵延安 杜鸿 于 2019-05-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种无线电频谱信号检测门限计算方法。本发明方法对射频接收机输出的频谱数据执行去谷值和指数平滑运算；按频率区间将频谱数据分成频谱段,再将频谱段分割成子段,计算每个子段内最大谱线电平,取子段最大谱线电平的最小值作为频谱段参考背景电平；最后,在频谱段数据和段参考背景电平间取最小值作为信号检测门限。本发明方法计算出的信号检测门限能够适应各种带宽信号和弱信号检测,算法占用内存少,计算开销低,适应各种固定、机载和车载无线电监测系统对信号检测门限计算性能的要求。(The present invention provides a kind of radio-frequency spectrum signal detecting threshold calculation methods.The method of the present invention removes valley and exponential smoothing operation to the frequency spectrum data execution that radio-frequency transmitter exports；Frequency spectrum data is divided into wavelength coverage by frequency separation, then wavelength coverage is divided into subsegment, maximum spectral line level in each subsegment is calculated, takes the minimum value of subsegment maximum spectral line level as wavelength coverage with reference to ambient level；Finally, being minimized between frequency spectrum segment data and section are with reference to ambient level as signal detecting threshold.The calculated signal detecting threshold of the method for the present invention can adapt to various bandwidth signals and Testing of Feeble Signals, and algorithm committed memory is few, and computing cost is low, adapt to various fixations, the requirement that airborne and onboard wireless pyroelectric monitor system is to signal detecting threshold calculated performance.)

一种无线电频谱信号检测门限计算方法

技术领域

本发明涉及无线电频谱监测技术领域，具体为一种无线电频谱信号检测门限计算方法。

背景技术

无线电频谱监测系统的基本工作流程是在监测频段执行频谱扫描，检测频谱中出现的信号，并对检出信号进行统计和分析。

无线电频谱监测系统的基本工作流程是在监测频段执行频谱扫描，检测频谱中出现的信号，并对检出信号进行统计和分析。检测门限是信号检出的依据，当某个频率区间频谱电平高于检测门限时，意味着这个频率区间出现了信号，频谱监测系统录取其频率、电平以及带宽等参数，并对其执行进一步分析和分类。

频谱监测系统对信号检测门限算法的要求是能够同时适应窄带和宽带信号检测，能够适应弱信号检测，并具备动态更新能力以适应电磁环境的变化。

射频接收机硬件决定频谱监测系统的电平测量精度、动态范围以及互调和杂散性能。执行时域/频域变换的快速傅里叶变换是成熟的技术。信号检测门限优劣决定谱监测系统截获各种带宽信号的能力，截获弱信号的能力，适应电磁环境变化的能力，从而最终决定频谱监测系统性能。

在无线电监测技术领域，信号检测门限可分类为电平门限、环境门限和自动门限：

1、电平门限：由操作员指定一个固定电平值作为信号检测门限，仅仅适用少数特定监测任务。

2、环境门限：使用一个时段的最大保持频谱作为信号检测门限。主要用于此时段后新出现的信号检测。

3、自动门限：根据频谱数据自动计算的信号检测门限，作为信号检出依据。自动门限是一种适用范围最广泛的信号检测门限。

在现有的频谱监测系统主要通过“移动平均”或“限幅段均值”两种方法自动计算信号检测门限，“移动平均”算法计算每个频谱点邻接区间的均值，并将其作为信号检测门限；这样计算出的门限只能用于窄带信号检测，且计算开销较大，难以动态更新。“限幅段均值”算法首先计算段均值，使用段均值对频谱电平限幅后再次计算段均值，将限幅后的段均值作为信号检测门限；当频段中信号较多或信号较宽时，这样计算出的门限电平与实际频谱背景差异较大，在信号检测中容易遗漏弱信号。

发明内容

本发明的目的就是提供一种无线电频谱信号检测门限计算方法，用以解决现有技术中不能同时兼具宽带能量检测、弱能量检测以及检测门限动态更新的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无线电频谱信号检测门限计算方法，步骤如下：

S1、参数设置：设定中值滤波器窗口宽度常数组W_MED、段带宽常数组W_SEG、子段带宽常数组W_BKG，这三数组中成员节点的取值与频率相关；设定指数平滑滤波器系数β。

S2、数据块接收和数据处理；

S3、数据块分段：根据段带宽数组W_SEG和频谱数据块的频率区间f_B1～f_BK，将频谱数据块分割为N个频谱数据段SEGn，1≦n≦N；频谱数据段SEGn中有P 个数据点，每个数据点的电平为L_S1～L_SP；

S4、子段分割：在每个频谱数据段内SEGn内，根据子段带宽数组W_BKG和的频谱段中心频率f_SEG，将频谱数据段分割为M个子段；

S5、子段最大电平求取：求取M个子段内的最大谱线电平获得子段最大电平L_max1～L_maxM；

S6、频谱段参考背景电平求取：求取M个子段内最大谱线电平L_max1～L_maxM的最小值，获得频谱段参考背景电平L_REF；

S7、频谱段信号检测门限求取：在频谱数据段SEGn的数据点电平值L_S1～L_SP和频谱段参考背景电平L_REF中取最小值，获得频谱段信号检测门限L_T1～L_TP作为输出；

S8、重复S4到S7之间的步骤，直到所有频谱数据段都被处理完毕。

优选的，所述步骤S2中数据块接收和数据处理包括：

S21、数据块接收：接收射频接收机输出的宽频段频谱数据块B_R，其频谱数据点数为K，数据点的频率为f_B1～f_BK，数据点的电平为L_B1～L_BK；

S22、谷值点滤波：对频谱数据块BR中的谷值点执行中值滤波，获得剔除了谷值点的频谱数据块B_U,中值滤波器窗口长度取决于中值滤波常数组WMED和频谱数据点的频谱分辨率；

S23、指数平滑：对频谱数据块B_U执行指数平滑，滤波器系数为β，获得平滑后的频谱数据块B_E。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明实施例提供了一种无线电频谱信号检测门限计算方法，谷值点滤波用于消除频谱数据中由于频率成分缺失引起的谱线塌陷；指数平滑用于消除噪声引起的谱线起伏；指数平滑运算仅仅存储一份数据，占用内存少，计算开销低；数据块分段起到避免计算频谱区间内背景电平起伏过大的作用；子段分割、子段最大电平求取以及频谱段参考背景电平求取过程是与信号带宽无关的操作，在频谱数据中存在窄带或宽带信号时都能获得合理的考背景电平；频谱段信号检测门限求取过程在考背景电平和段频谱数据点之间取最小值，保证输出的信号检测门限贴近背景电平，从而提升了弱信号检测能力；本发明算法适应各种固定、机载和车载无线电监测系统对信号检测门限计算性能的要求。

附图说明

图1为本发明实施例中的无线电频谱信号检测门限计算方法流程示意图。

图2为本发明方法示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种无线电频谱信号检测门限计算方法，步骤如下：

S1、参数设置：设定中值滤波器窗口宽度常数组W_MED段带宽常数组W_SEG、子段带宽常数组W_BKG，这三数组中成员节点的取值与频率相关；设定指数平滑滤波器系数β。

其中；

本实例中射频接收机工作频率区间为30MHz～6GHZ，中频带宽BWIF＝40MHZ；射频接收机API输出未经平均的快速傅立叶变换频谱数据块，监测任务使用的频谱分辨率为2.4KHz；根据射频接收机工作条件，设置指数平滑滤波器系数β为0.0625，设置中值滤波器窗口宽度常数组W_MED为表1，设置段带宽常数组 W_SEG为表2，设置子段带宽常数组W_BKG为表3:

表(1)

频率数值区间(单位：MHz)	段带宽常数组WSEG(单位：KHz)
		30～80	500.0
80～110	1000.0
		110～500	1500
300～500	5000
		500～6000	40000

表(2)

表(3)

S2、数据块接收和数据处理；

其中，S21、数据块接收：接收射频接收机输出的宽频段频谱数据块B_R，其频谱数据点数为K，数据点的频率为f_B1～f_BK，数据点的电平为L_B1～L_BK；

其中；数据块中心频率为F_C，数据点的频率为f_B(k)，其中1≦k≦K，最低频率为L_B1最高频率为L_BK，数据点的电平为L_B(k)。

S22、谷值点滤波：对频谱数据块B_R中的谷值点执行中值滤波，获得剔除了谷值点的频谱数据块B_U,中值滤波器窗口长度取决于中值滤波常数组W_MED和频谱数据点的频谱分辨率；

实现中值滤波的伪程序为：

for k＝2:K-1

if L_B(k)<L_B(k-1)&&L_B(k)<L_B(k+1)

对以W_MED为窗口，以L_B(k)为中心点的频谱电平进行排序；

L_U(k)排序后的电平中值；

else

L_U(k)＝L_B(k)；

end

end

S23、指数平滑：对频谱数据块B_U执行指数平滑，滤波器系数为β，获得平滑后的频谱数据块B_E。

其中：指数平滑的计算公式为：

其中：是记录的上次指数平滑结果；

L_E(k)为频谱数据电平；

L_U(k)为中值滤波后的频谱数据电平；

β为滤波器系数；

k为频谱数据点数。

S3、数据块分段：根据段带宽数组WSEG和频谱数据块的频率区间f_B1～f_BK，将频谱数据块分割为N个频谱数据段SEGn，1≦n≦N；频谱数据段SEGn中有P 个数据点，每个数据点的电平为L_s(P)；

S4、子段分割：在每个频谱数据段内SEGn内，根据子段带宽数组W_BKG和的频谱段中心频率f_SEG，将频谱数据段分割为M个子段；

其中：M＝BW_SEG/W_EKG[j]；其中j是频谱段数据块中心频率f_SEG对应的W_BKG数组下标。

S5、子段最大电平求取：求取M个子段内的最大谱线电平获得子段最大电平L_max1～L_maxM；

S6、频谱段参考背景电平求取：求取M个子段内最大谱线电平L_max1～L_maxM的最小值，获得频谱段参考背景电平L_REF；

S7、频谱段信号检测门限求取：在频谱数据段SEGn的数据点电平值L_S1～L_SP和频谱段参考背景电平LREF中取最小值，获得频谱段信号检测门限L_T1～L_TP作为输出；

S8、重复S4到S7之间的步骤，直到所有频谱数据段都被处理完毕。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。