本發(fā)明涉及通信信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及Alpha穩(wěn)定分布噪聲下的信號(hào)處理，用于Alpha穩(wěn)定分布噪聲下直擴(kuò)信號(hào)的檢測(cè)。

背景技術(shù)：

通信信號(hào)的檢測(cè)是電子偵察領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。信號(hào)檢測(cè)的任務(wù)就是要確定接收信號(hào)中是否存在有用信號(hào)。檢測(cè)過程可能會(huì)受到噪聲的干擾，且需要已知部分調(diào)制信息。有效的檢測(cè)可為識(shí)別、分析或者進(jìn)行干擾等后續(xù)工作提供依據(jù)。

直接序列擴(kuò)頻(DSSS)是一種在現(xiàn)代通信中廣泛應(yīng)用的信道傳輸技術(shù)，具有很高的處理增益。源信號(hào)經(jīng)過直擴(kuò)處理后常隱藏于噪聲之中，這種特殊性質(zhì)決定了其難以檢測(cè)。常用的直擴(kuò)信號(hào)檢測(cè)方法包括循環(huán)譜、高階累積量、倒譜等方法。

二次功率譜可看作倒譜的改進(jìn)型，其計(jì)算復(fù)雜度略低于倒譜。將二次功率譜用于直擴(kuò)信號(hào)的檢測(cè)，是利用了直接序列擴(kuò)頻信號(hào)中偽碼分量在頻域和時(shí)域的周期性，通過二次求功率譜，在偽時(shí)域或倒頻率域上將這種周期性顯現(xiàn)出來，變成檢測(cè)信號(hào)的有用特征。

在以往的信號(hào)處理研究中，大多以高斯分布作為信號(hào)或噪聲模型，確實(shí)高斯假設(shè)在許多情況下是合理的。而且，高斯分布符合中心極限定理，便于分析計(jì)算。

雖然高斯分布能夠很好的模擬一些信號(hào)和噪聲，但是在實(shí)際應(yīng)用中還常遇到許多非高斯信號(hào)和噪聲具有顯著尖峰脈沖特性的情況。這類非高斯過程的統(tǒng)計(jì)特性在尖峰脈沖的影響下明顯的偏離高斯分布，特別是其概率密度函數(shù)的衰減比高斯分布要慢很多，會(huì)造成顯著的拖尾。實(shí)際中，較為常見的這類過程有低頻大氣噪聲、雷電噪聲、強(qiáng)干擾脈沖噪聲、人為脈沖噪聲、海雜波等。越來越多的研究證明，Alpha穩(wěn)定分布是一種更有效的描述實(shí)際環(huán)境噪聲的有效模型。

Alpha穩(wěn)定分布序列不具有二階及以上各階統(tǒng)計(jì)量，此性質(zhì)決定以往的諸多直擴(kuò)信號(hào)檢測(cè)方法都將失效，圖1以DS-BPSK信號(hào)二次功率譜為例，對(duì)此進(jìn)行了說明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種Alpha穩(wěn)定分布噪聲下直擴(kuò)信號(hào)的檢測(cè)方法。該方法通過廣義二次功率譜中的廣義化變換降低噪聲對(duì)二次功率譜的影響，然后提取廣義二次功率譜中的脈沖譜線特征作為檢測(cè)特征，最終實(shí)現(xiàn)直擴(kuò)信號(hào)的有效檢測(cè)。方法原理簡(jiǎn)單、易于工程實(shí)現(xiàn)，而且對(duì)噪聲不敏感，信號(hào)檢測(cè)效率高。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于廣義二次功率譜的直擴(kuò)信號(hào)的檢測(cè)方法，包括以下步驟：

(1)、計(jì)算接收信號(hào)的廣義二次功率譜，并將其作為檢測(cè)譜；

(2)、對(duì)步驟(1)得到的檢測(cè)譜零頻處幅值置零；

(3)、在步驟(2)處理后的檢測(cè)譜中查找最大值V_max，并求取均值V_mean；

(4)、以最大值V_max和均值V_mean比值作為檢測(cè)特征值E，即E＝V_max/V_mean；

(5)、將步驟(4)得到的檢測(cè)特征值E與設(shè)定的閾值e_threshold進(jìn)行比較判斷：如果E>e_threshold，則判斷接收信號(hào)為直擴(kuò)信號(hào)。

在步驟(1)中，檢測(cè)譜的計(jì)算公式如下：

G²P_x＝|FFT|FFT(f(x))|²|²；

其中，G²P_x為計(jì)算得到的檢測(cè)譜；為廣義化變換函數(shù)，H()表示希爾伯特變換，F(xiàn)FT代表傅里葉變換運(yùn)算。

在步驟(5)中，閾值e_threshold的取值范圍為20～25。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)、該專利將噪聲背景變?yōu)楦蠈?shí)際情況的Alpha穩(wěn)定分布噪聲，且該噪聲包括了高斯噪聲，高斯噪聲只是其一種特列。在此噪聲背景下設(shè)計(jì)的算法在實(shí)際應(yīng)用中有更好的魯棒性。

(2)、該專利對(duì)原有的二次功率譜進(jìn)行了廣義化改進(jìn)。廣義化變換在不改變信號(hào)相位的情況下將信號(hào)幅值映射到一個(gè)有限區(qū)間。這說明該變換將Alpha穩(wěn)定分布噪聲趨于無窮大的幅值壓縮到一個(gè)有限值，使其變換后具有二次功率譜，同時(shí)，并沒有改變直擴(kuò)信號(hào)擴(kuò)頻碼周期特性，廣義二次功率譜必然和傳統(tǒng)二次功率譜有相似的譜特性。在實(shí)際應(yīng)用層面來講，這種改進(jìn)將原有的基于二次功率譜的直擴(kuò)信號(hào)檢測(cè)方法使用范圍由高斯噪聲擴(kuò)展到Alpha穩(wěn)定分布噪聲背景，從理論層面來講，完善了直擴(kuò)信號(hào)檢測(cè)理論體系。

附圖說明

圖1(a)為無噪聲情況下DS-BPSK信號(hào)二次功率譜，圖1(b)為Alpha穩(wěn)定分布噪聲情況下DS-BPSK信號(hào)二次功率譜；

圖2DS-BPSK信號(hào)廣義二次功率譜；

圖3含噪DS-BPSK信號(hào)廣義二次功率譜；

圖4含噪信號(hào)及噪聲的檢測(cè)特征值分布；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述：

本發(fā)明的直擴(kuò)信號(hào)檢測(cè)方法充分利用了廣義化變換對(duì)噪聲的抑制作用和直接序列擴(kuò)頻信號(hào)中偽碼分量在頻域和時(shí)域的周期性，提取特征量檢測(cè)直擴(kuò)信號(hào)。具體原理如下：

接收機(jī)接收到的含噪直擴(kuò)信號(hào)可以表示為：

其中，A為擴(kuò)頻信號(hào)幅值；為信息碼序列，是一個(gè)獨(dú)立等概±1隨機(jī)變量集，T_d為其碼元周期，g_d為脈沖成型函數(shù)；表示擴(kuò)頻碼序列，T_p為其碼元周期，定義偽擴(kuò)頻序列周期為T₀＝NT_p，直接擴(kuò)頻大多是由一個(gè)周期的擴(kuò)頻序列來調(diào)制一個(gè)信息碼，因此T₀＝T_d，g_p為脈沖成型函數(shù)；ω_c為載波頻率，為初始相位，n(t)為Alpha穩(wěn)定分布噪聲。

這里從x(t)的廣義自相關(guān)函數(shù)入手來研究其廣義功率譜，廣義自相關(guān)函數(shù)如下：

GR_x(t+τ,t)＝E[f{x(t+τ)}f^*{x(t)}]

＝(arctan²A)R_s(t+τ,t)+R_n(t+τ,t)+(arctanA)R_sn(t+τ,t)+(arctanA)R_ns(t+τ,t)

因?yàn)閤(t)和n(t)相互獨(dú)立，所以有R_sn(t+τ,t)＝R_ns(t+τ,t)＝0。此外，擴(kuò)頻信號(hào)中，信息碼、擴(kuò)頻碼與載波三者互相獨(dú)立，則接收信號(hào)可簡(jiǎn)化為：

GR_x(t+τ,t)＝(arctan²A)R_s(t+τ,t)+R_n(t+τ,t)

＝(arctan²A)R_d(t+τ,t)R_p(t+τ,t)R_c(t+τ,t)+R_n(t+τ,t)

R_c(t+τ,t)為載波的自相關(guān)函數(shù)，可表示為：

R_c(t+τ,t)＝cos(ω_cτ)/2

信息碼為二進(jìn)制的隨機(jī)序列，其自相關(guān)函數(shù)可以表示為：

擴(kuò)頻碼序列的自相關(guān)函數(shù)可以表示為：

根據(jù)功率譜估計(jì)理論及上述分析，可得載波、信息碼及擴(kuò)頻碼的功率譜如下：

P_c(ω)＝π[δ(ω-ω_c)+δ(ω+ω_c)]/2

其中，Sa(x)＝sin(x)/x。

根據(jù)傅里葉變換的卷積性質(zhì)，可得

考慮單邊功率譜，即：

考慮到N＞＞1，且則上式有如下近似表示形式：

對(duì)上式再求功率譜，即可得到信號(hào)的廣義二次功率譜結(jié)果，如下：

由上式可見，在直擴(kuò)信號(hào)的廣義二次功率譜中，信號(hào)能量聚集在一些較尖銳的三角脈沖序列處，如圖2所示。且這些脈沖串間的寬度就是擴(kuò)頻碼的周期。圖3給出了和圖1(b)相同噪聲情況下的廣義二次功率譜圖，從圖中可以看出，譜特性有了很大的改善，因此，廣義二次功率譜可作為Alpha穩(wěn)定分布噪聲下直擴(kuò)信號(hào)的檢測(cè)特征。

對(duì)于直擴(kuò)信號(hào)的廣義二次功率譜，經(jīng)過大量仿真分析，擬采用譜域中最大值與均值的比值來描述其尖銳脈沖特性，并將該比值作為檢測(cè)特征，即

含噪信號(hào)及噪聲的檢測(cè)特征值分布如圖4所示，圖中噪聲特征指數(shù)α＝1.5。由圖可知，選取判決閾值為25時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)一定混合信噪比下的直擴(kuò)信號(hào)的有效檢測(cè)。本發(fā)明的直擴(kuò)信號(hào)檢測(cè)方法包括以下步驟：

1)、計(jì)算接收信號(hào)的廣義二次功率譜，并將廣義二次功率譜作為檢測(cè)譜。在本實(shí)施例中提供的檢測(cè)譜計(jì)算公式如下所示：

G²P_x＝|FFT|FFT(f(x))|²|²

其中，G²P_x為計(jì)算得到的檢測(cè)譜；為廣義化變換函數(shù)，H()表示希爾伯特變換，F(xiàn)FT代表傅里葉變換運(yùn)算。

(2)、將步驟(1)得到的檢測(cè)譜零頻處幅值置零，以避免直流分量的影響；

(3)、在步驟(2)濾波后的信號(hào)中查找最大值V_max，并求取均值V_mean；

(4)、以最大值V_max和均值V_mean比值作為檢測(cè)特征值E，即E＝V_max/V_mean；

(5)、將步驟(4)得到的檢測(cè)特征值E與設(shè)定的閾值e_threshold進(jìn)行比較判斷：如果E>e_threshold，則判斷接收信號(hào)為直擴(kuò)信號(hào)。其中，一般根據(jù)信號(hào)環(huán)境設(shè)定閾值e_threshold等于20～25。在本實(shí)施例中，根據(jù)圖4可以設(shè)定閾值e_threshold＝25，從而實(shí)現(xiàn)直擴(kuò)信號(hào)的檢測(cè)。

以上所述，僅為本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。