頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法,包括:頻譜數(shù)據(jù)獲取步驟、待分析數(shù)據(jù)提取步驟、噪聲基底估計(jì)步驟、估計(jì)值插值步驟和噪聲基底校正步驟。本發(fā)明的頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法,能在頻譜監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行的過程中實(shí)時(shí)、自動(dòng)、高效地完成頻譜不平坦噪聲基底的校正,而且適合各種類型的通信系統(tǒng)。
【專利說明】頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信和數(shù)字信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】,特別是一種頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]針對通信信號的頻譜監(jiān)測,需要實(shí)時(shí)分析識別當(dāng)前接收到的有用信號的數(shù)量、帶寬、調(diào)制方式等。為了實(shí)現(xiàn)上述參數(shù)的識別,首先必須將信號從背景噪聲中分離出來。目前,簡單實(shí)用的頻譜檢測方法是固定分辨率無參數(shù)譜估計(jì)的門限值檢測法,即將頻帶的估計(jì)值與門限進(jìn)行比較,從而獲得對感興趣的頻帶(band of Interest,BOI)的檢測結(jié)果。該方法適用的前提條件是噪聲基底平坦。然而,在實(shí)際應(yīng)用中,接收到的信號的噪聲基底大多存在起伏,此時(shí)上述門限值檢測法就會(huì)增大信號的誤檢率和漏檢率,降低后續(xù)參數(shù)識別的準(zhǔn)確率,從而造成頻譜監(jiān)測性能的整體惡化。為此,需要在進(jìn)行信號檢測前對不平坦的噪聲基底進(jìn)行校正。
[0003]對頻譜噪聲基底的校準(zhǔn),本質(zhì)上是需要了解無信號條件下噪聲基底的變化,現(xiàn)有方法是關(guān)閉發(fā)送設(shè)備,采用手動(dòng)完成噪聲基底的校正,數(shù)據(jù)量大、復(fù)雜度高,難以滿足頻譜監(jiān)測分析的實(shí)時(shí)性要求,而且短時(shí)間內(nèi)的手動(dòng)校正擬合度低、偏差大,一次校正后,由于信號自身的原因以及接收設(shè)備器件的特性變化,噪聲基底又會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)前各類型通信系統(tǒng)都需要頻譜監(jiān)測,目前還沒有能適用于不同類型監(jiān)測系統(tǒng)的自動(dòng)化噪聲基底校正方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法,能在頻譜監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行的過程中實(shí)時(shí)、自動(dòng)、高效地完成頻譜不平坦噪聲基底的校正,而且適合各種類型的通信系統(tǒng)。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法,包括如下步驟:
[0006]10)頻譜數(shù)據(jù)獲取:從前端傅里葉變換設(shè)備獲得信號幅度譜或功率譜的原始頻譜數(shù)據(jù);
[0007]20)待分析數(shù)據(jù)提取:對原始頻譜數(shù)據(jù)等長分段,對每一段逐一搜索其幅度和功率的最大值點(diǎn),將其抽取排列,組成待分析數(shù)據(jù);
[0008]30)噪聲基底估計(jì):利用形態(tài)學(xué)濾波對待分析數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲基底的變化趨勢估計(jì),得到噪聲基底估計(jì)值;
[0009]40)估計(jì)值插值:對噪聲基底估計(jì)值逐點(diǎn)進(jìn)行前、后兩點(diǎn)間以及首、尾插值,得到與原始頻譜數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)相同的插值估計(jì)值; [0010]50)噪聲基底校正:利用原始頻譜數(shù)據(jù)與插值估計(jì)值逐點(diǎn)對應(yīng)相減,得到噪聲基底平坦的校正頻譜。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,其顯著優(yōu)點(diǎn):[0012]1、實(shí)時(shí)自動(dòng)校正:在頻譜監(jiān)測過程中,本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)每一幀頻譜數(shù)據(jù)噪聲基底的自動(dòng)校正,無需在每次監(jiān)測前關(guān)閉發(fā)送設(shè)備進(jìn)行長時(shí)間而且繁瑣的手動(dòng)校準(zhǔn);
[0013]2、通用性好:本發(fā)明首先進(jìn)行的頻譜的分段抽取,弱化了信號的幅度電平、帶寬等特性對基底噪聲估計(jì)的影響,可以通用于各種不同類型的通信系統(tǒng);
[0014]3、擬合度高:本發(fā)明將存在信號的頻譜視為一維圖形,利用圖像處理中的形態(tài)學(xué)濾波,消除其存在的信號區(qū)域,擬合出噪聲基底變化,其結(jié)果與無信號時(shí)的頻譜噪聲基底變化趨勢一致;
[0015]4、復(fù)雜度低:本發(fā)明單次處理的數(shù)據(jù)量低于信號點(diǎn)數(shù),且處理流程均為線性運(yùn)算,復(fù)雜度為ο (N),適合硬件實(shí)現(xiàn)。
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法流程圖。
[0018]圖2是頻譜數(shù)據(jù)分段示意圖。
[0019]圖3是結(jié)構(gòu)元素示意圖。
[0020]圖4是利用結(jié)構(gòu)元素分析原信號的操作示意圖。
[0021]圖5是利用本發(fā)明方法估計(jì)的不平坦頻譜噪聲基底值示例圖。
[0022]圖6是利用本發(fā)明方法校正后的頻譜示例圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖1所示,本發(fā)明頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法,包括如下步驟:
[0024]10)頻譜數(shù)據(jù)獲取:從前端傅里葉變換設(shè)備獲得信號幅度譜或功率譜的原始頻譜數(shù)據(jù)。
[0025]從前端傅里葉變換設(shè)備得到原始頻譜數(shù)據(jù),記為SpecD,長度是N,其中SpecD (i)代表第i個(gè)點(diǎn)的幅度或者功率值,是一個(gè)實(shí)數(shù),如式(I)。
[0026]SpecD= [SpecD (I),SpecD (2),…,SpecD (i),…,SpecD (N) ] (I)
[0027]20)待分析數(shù)據(jù)提取:對原始頻譜數(shù)據(jù)等長分段,對每一段逐一搜索其幅度或功率的最大值點(diǎn),將其抽取排列,組成待分析數(shù)據(jù)。
[0028]所述待分析數(shù)據(jù)提取(20)步驟包括:
[0029]21)頻譜數(shù)據(jù)分段:選擇一定長度的窗口,在原始頻譜數(shù)據(jù)上移動(dòng)該窗口,將原始頻譜數(shù)據(jù)依次分割成若干互不重疊、且長度均等于窗口長度的頻譜數(shù)據(jù)段;
[0030]選擇長度為K的窗口,在頻譜SpecD上移動(dòng)該窗,將頻譜SpecD依次分割成若干段互不重疊的長度都是K頻譜數(shù)據(jù)`,每一段記為Part (i),其包含有K點(diǎn)原始頻譜數(shù)據(jù),操作過
程如圖2所示,分割結(jié)束后得到:
[0031]
Pdi t = ^PartiX),Part{2) ,..., Part(M)],其中 i/ = [yV / A,」 (2)
[0032]22)最大值點(diǎn)搜索:逐一搜索每一頻譜數(shù)據(jù)段,找出各段中幅度或功率的最大值點(diǎn);對每一個(gè)分段Part (i),逐點(diǎn)搜索段內(nèi)幅度或功率的最大值的點(diǎn),記為PMax (i);
[0033]23)待分析數(shù)據(jù)組成:將每一段的幅度或功率最大值點(diǎn)抽出,依次排列,得到待分析數(shù)據(jù)。
[0034]將每一段搜索到頻譜值最大值點(diǎn)PMax⑴抽出組成一幀待分析數(shù)據(jù),記為PMax:
[0035]
PMax = [PMax(I),…,PMaxU),…PMax(M)],其中 J/ = [.V /X」(3 )
[0036]30)噪聲基底估計(jì):利用形態(tài)學(xué)濾波對待分析數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲基底的變化趨勢估計(jì),得到噪聲基底估計(jì)值。
[0037]所述噪聲基底估計(jì)(30)步驟包括:
[0038]31)結(jié)構(gòu)元素選擇:根據(jù)頻譜信號的特點(diǎn),選擇一維扁平型結(jié)構(gòu)元素;
[0039]所述結(jié)構(gòu)元素選擇(31)步驟具體為:
[0040]長度為L的扁平型結(jié)構(gòu)元素S,
[0041]S=S0, S1,…,Sh(4)
[0042]其中,L為小于頻譜數(shù)據(jù)長度的自然數(shù),Si是其中某一點(diǎn)的取值,i是從O到(L-1)的整數(shù),Si取值是任意實(shí)數(shù)。圖3是一個(gè)扁平型結(jié)構(gòu)元素示例。S中第一個(gè)點(diǎn)所對應(yīng)的待分析數(shù)據(jù)點(diǎn)為當(dāng)前處理的目標(biāo)點(diǎn)。
[0043]32)腐蝕運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)獲取:利用結(jié)構(gòu)元素對待分析數(shù)據(jù)做形態(tài)學(xué)中的腐蝕運(yùn)算,得到腐蝕運(yùn)算的結(jié)果數(shù) 據(jù);
[0044]所述腐蝕運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)獲取(32)步驟操作如圖4所示,包括:
[0045]321)待分析數(shù)據(jù)中的目標(biāo)點(diǎn)選擇:若首次分析待分析數(shù)據(jù)f,設(shè)待分析數(shù)據(jù)第一個(gè)點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)X,否則設(shè)當(dāng)前目標(biāo)點(diǎn)下一點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)X ;
[0046]322)當(dāng)前分析數(shù)據(jù)獲取:從目標(biāo)點(diǎn)X開始,獲取和結(jié)構(gòu)元素長度L相同個(gè)數(shù)的待分析數(shù)據(jù);
[0047]323)目標(biāo)點(diǎn)腐蝕運(yùn)算結(jié)果計(jì)算:當(dāng)前分析數(shù)據(jù)f與結(jié)構(gòu)元素S做腐蝕運(yùn)算,得到當(dāng)前目標(biāo)點(diǎn)X的腐蝕運(yùn)算結(jié)果;
[0048]所述目標(biāo)點(diǎn)腐蝕運(yùn)算結(jié)果計(jì)算(323)步驟具體為:
[0049](x) = min +⑴
0<i<(X-l)
[0050]其中,f代表待分析數(shù)據(jù)PMax,x代表其目標(biāo)點(diǎn)下標(biāo),是一個(gè)非負(fù)的整數(shù);S是長度為L的一維結(jié)構(gòu)元素,Si是其中某一點(diǎn)的取值,i是從O到(L-1)的整數(shù)。
[0051]324)腐蝕運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)組成:將目標(biāo)點(diǎn)腐蝕運(yùn)算結(jié)果依次排列,得到腐蝕運(yùn)算的結(jié)果數(shù)據(jù)ErdVal ;
[0052]325)腐蝕運(yùn)算結(jié)束判別:待分析數(shù)據(jù)f中從目標(biāo)點(diǎn)X位置開始到數(shù)據(jù)結(jié)束,總數(shù)據(jù)長度小于結(jié)構(gòu)元素長度L時(shí),結(jié)束運(yùn)算;否則,轉(zhuǎn)至設(shè)定目標(biāo)點(diǎn)(321)。
[0053]33)噪聲基底估計(jì)值獲取:利用結(jié)構(gòu)元素對腐蝕運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)做形態(tài)學(xué)中的膨脹運(yùn)算,獲得噪聲基底估計(jì)值。
[0054]所述噪聲基底估計(jì)值獲取(33 )步驟包括:
[0055]331)腐蝕運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)中的目標(biāo)點(diǎn)選擇:若首次分析腐蝕運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù),設(shè)腐蝕運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)ErdVal第一個(gè)點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)X,否則設(shè)當(dāng)前目標(biāo)點(diǎn)下一點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)x ;
[0056]332)當(dāng)前分析數(shù)據(jù)獲取:從目標(biāo)點(diǎn)X開始,獲取和結(jié)構(gòu)元素長度L相同個(gè)數(shù)的腐蝕運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù);[0057]333)目標(biāo)點(diǎn)膨脹運(yùn)算結(jié)果計(jì)算:當(dāng)前分析數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)元素S做膨脹運(yùn)算,得到當(dāng)前目標(biāo)點(diǎn)X的膨脹運(yùn)算結(jié)果;
[0058]所述目標(biāo)點(diǎn)膨脹運(yùn)算結(jié)果計(jì)算(333)步驟具體為:
【權(quán)利要求】
1.一種頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法,其特征在于,包括如下步驟: 10)頻譜數(shù)據(jù)獲取:從前端傅里葉變換設(shè)備獲得信號幅度譜或功率譜的原始頻譜數(shù)據(jù); 20)待分析數(shù)據(jù)提取:對原始頻譜數(shù)據(jù)等長分段,對每一段逐一搜索其幅度或功率的最大值點(diǎn),將其抽取排列,組成待分析數(shù)據(jù); 30)噪聲基底估計(jì):利用形態(tài)學(xué)濾波對待分析數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲基底的變化趨勢估計(jì),得到噪聲基底估計(jì)值; 40)估計(jì)值插值:對噪聲基底估計(jì)值逐點(diǎn)進(jìn)行前、后兩點(diǎn)間以及尾部插值,得到與原始頻譜數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)相同的插值估計(jì)值; 50)噪聲基底校正:利用原始頻譜數(shù)據(jù)與插值估計(jì)值逐點(diǎn)對應(yīng)相減,得到噪聲基底平坦的校正頻譜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法,其特征在于,所述待分析數(shù)據(jù)提取(20)步驟包括: 21)頻譜數(shù)據(jù)分段:選擇一定長度的窗口,在原始頻譜數(shù)據(jù)上移動(dòng)該窗口,將原始頻譜數(shù)據(jù)依次分割成若干互不重疊、且長度均等于窗口長度的頻譜數(shù)據(jù)段; 22)最大值點(diǎn)搜索:逐一搜索每一頻譜數(shù)據(jù)段,找出各段中幅度或功率的最大值點(diǎn); 23)待分析數(shù)據(jù)組成:將每一段的幅度或功率最大值點(diǎn)抽出,依次排列,得到待分析數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法,其特征在于,所述噪聲基底估計(jì)(30)步驟包括: 31)結(jié)構(gòu)元素選擇:根據(jù)頻譜信號的特點(diǎn),選擇一維扁平型結(jié)構(gòu)元素; 32)腐蝕運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)獲取:利用結(jié)構(gòu)元素對待分析數(shù)據(jù)做形態(tài)學(xué)中的腐蝕運(yùn)算,得到腐蝕運(yùn)算的結(jié)果數(shù)據(jù); 33)噪聲基底估計(jì)值獲取:利用結(jié)構(gòu)元素對腐蝕運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)做形態(tài)學(xué)中的膨脹運(yùn)算,獲得噪聲基底估計(jì)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法,其特征在于,所述結(jié)構(gòu)元素選擇(31)步驟具體為: 長度為L的扁平型結(jié)構(gòu)元素S, S=S0, S1,…,Sh(I) 其中,L為小于頻譜數(shù)據(jù)長度的自然數(shù),Si是其中某一點(diǎn)的取值,i是從O到(L-1)的整數(shù),Si取值是任意實(shí)數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法,其特征在于,所述腐蝕運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)獲取(32)步驟包括: 321)待分析數(shù)據(jù)中的目標(biāo)點(diǎn)選擇:若首次分析待分析數(shù)據(jù),設(shè)待分析數(shù)據(jù)第一個(gè)點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn),否則設(shè)當(dāng)前目標(biāo)點(diǎn)下一點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn); 322)當(dāng)前分析數(shù)據(jù)獲取:從目標(biāo)點(diǎn)開始,獲取和結(jié)構(gòu)元素長度L相同個(gè)數(shù)的待分析數(shù)據(jù); 323)目標(biāo)點(diǎn)腐蝕運(yùn)算結(jié)果計(jì)算:當(dāng)前分析數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)元素做腐蝕運(yùn)算,得到當(dāng)前目標(biāo)點(diǎn)的腐蝕運(yùn)算結(jié)果;324)腐蝕運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)組成:將目標(biāo)點(diǎn)腐蝕運(yùn)算結(jié)果依次排列,得到腐蝕運(yùn)算的結(jié)果數(shù)據(jù); 325)腐蝕運(yùn)算結(jié)束判別:待分析數(shù)據(jù)中從目標(biāo)點(diǎn)位置開始到數(shù)據(jù)結(jié)束,總數(shù)據(jù)長度小于結(jié)構(gòu)元素長度L時(shí),結(jié)束運(yùn)算;否則,轉(zhuǎn)至設(shè)定目標(biāo)點(diǎn)(321)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法,其特征在于,所述目標(biāo)點(diǎn)腐蝕運(yùn)算結(jié)果計(jì)算(323)步驟具體為:
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法,其特征在于,所述噪聲基底估計(jì)值獲取(33)步驟包括: 331)腐蝕運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)中的目標(biāo)點(diǎn)選擇:若首次分析腐蝕運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù),設(shè)腐蝕運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)第一個(gè)點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn),否則設(shè)當(dāng)前目標(biāo)點(diǎn)下一點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn); 332)當(dāng)前分析數(shù)據(jù)獲取:從目標(biāo)點(diǎn)開始,獲取和結(jié)構(gòu)元素長度L相同個(gè)數(shù)的腐蝕運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù); 333)目標(biāo)點(diǎn)膨脹運(yùn)算結(jié)果計(jì)算:當(dāng)前分析數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)元素做膨脹運(yùn)算,得到當(dāng)前目標(biāo)點(diǎn)的膨脹運(yùn)算結(jié)果; 334)噪聲基底估計(jì)值組成:將目標(biāo)`點(diǎn)膨脹運(yùn)算結(jié)果依次排列,得到噪聲基底估計(jì)值; 335)膨脹運(yùn)算結(jié)束判別:腐蝕運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)中從目標(biāo)點(diǎn)位置開始到數(shù)據(jù)結(jié)束,數(shù)據(jù)長度小于結(jié)構(gòu)元素長度L時(shí),結(jié)束運(yùn)算;否則,轉(zhuǎn)至設(shè)定目標(biāo)點(diǎn)(331)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法,其特征在于,所述目標(biāo)點(diǎn)膨脹運(yùn)算結(jié)果計(jì)算(333)步驟具體為:
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法,其特征在于,所述估計(jì)值插值(40)步驟包括: 41)估計(jì)值兩點(diǎn)間插值結(jié)果獲取:依次在估計(jì)值的前、后兩個(gè)點(diǎn)間插入較分段后的頻譜數(shù)據(jù)段長度少一個(gè)值,得到估計(jì)值兩點(diǎn)間插值結(jié)果; 42)尾部插值結(jié)果獲取:在估計(jì)值兩點(diǎn)間插值結(jié)果的尾部利用其尾部最后一個(gè)點(diǎn)的值進(jìn)行補(bǔ)值,直至其長度和原始頻譜數(shù)據(jù)相等。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的頻譜非平坦噪聲基底實(shí)時(shí)自動(dòng)校正方法,其特征在于,所述估計(jì)值兩點(diǎn)間插值結(jié)果獲取(41)步驟具體為:
InstV(j)=Open_Max(i)+j*(Open_Max(i+1)_Open_Max(i)/K) (4) 其中,Open_Max(i)代表估計(jì)值中第i各點(diǎn)的估計(jì)值,InstV(i)代表插入的值,j=l...(K-1),K是原始頻譜數(shù)據(jù)的分段后每段的長度。
【文檔編號】H04B17/00GK103856276SQ201410104411
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】胡婧, 張更新, 謝智東, 邊東明, 孫謙, 陳歡, 馬兆宇, 李永強(qiáng) 申請人:中國人民解放軍理工大學(xué)