本發(fā)明屬于物聯(lián)網通信，涉及一種基于分段動態(tài)時間規(guī)整的前導碼檢測方法、系統(tǒng)及設備。

背景技術：

1、隨著可穿戴設備、智能家居和智慧城市等應用的普及，數以千億計的設備接入物聯(lián)網，其接入需求越來越難以滿足，主要表現(xiàn)為可靠接入不足、高成本和電池依賴等。無源物聯(lián)網技術因支持海量設備、低成本和無需電池供電，已成為研究熱點；零功耗通信通過能量收集、反向散射通信和超低功耗計算，可滿足新需求，有望成為下一代物聯(lián)網技術。其中，反向散射通信利用接收到的射頻信號作為載波，通過調節(jié)阻抗或基帶信號頻率將信息調制到反射載波上，從而進行無線通信，其優(yōu)勢在于無需自產生載波，避免了高功耗模塊，使節(jié)點功耗低至μw（微瓦）級別，適合超低功耗傳輸。射頻識別（rfid）系統(tǒng)是典型的反向散射通信應用系統(tǒng)。

2、由于rfid芯片能量有限，時鐘產生電路通常使用簡單的弛豫振蕩器，導致時鐘頻率誤差較大。例如在一些rfid芯片中，時鐘頻率為1.60mhz時，最大誤差可達17%。此外，反向散射通信中的節(jié)點運動、背景變化和多節(jié)點干擾會導致信號畸變，這些問題給接收機設計帶來了極大挑戰(zhàn)，而簡單的互相關算法已經無法滿足復雜背景下反向散射通信中前導碼的檢測需求。

技術實現(xiàn)思路

1、針對上述傳統(tǒng)方法中存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于分段動態(tài)時間規(guī)整的前導碼檢測方法、一種基于分段動態(tài)時間規(guī)整的前導碼檢測系統(tǒng)以及一種計算機設備，能夠高效實現(xiàn)復雜背景下反向散射通信中前導碼的準確檢測。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例采用以下技術方案：

3、一方面，提供一種基于分段動態(tài)時間規(guī)整的前導碼檢測方法，包括步驟：

4、獲取待檢測信號；

5、采用滑動窗口截取待檢測信號，得到當前窗口內信號；

6、根據基線通過率預判當前窗口內信號是否包含散射信號，并結合上一窗口的信號預判結果調整當前窗口的檢測器開關；

7、若當前窗口的檢測器開關開啟，則通過sdtw算法計算當前窗口內信號的最小歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離；否則，采用滑動窗口截取待檢測信號的下一段信號；

8、若最小歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離小于設定距離門限，則確定當前窗口內信號存在前導碼并關閉檢測器開關，否則確定當前窗口內信號不存在前導碼。

9、在其中一個實施例中，通過sdtw算法計算當前窗口內信號的最小歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離的過程，包括步驟：

10、對當前窗口內信號進行數據預處理；

11、根據當前窗口內信號的電平翻轉次數，將預處理后的當前窗口內信號進行分段，生成多個信號片段；

12、分別生成每個信號片段對應的前導碼模板，并利用dtw算法逐一計算每個信號片段與相應前導碼模板之間的歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離值；

13、選取最小的歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離值作為最小歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離輸出。

14、在其中一個實施例中，利用dtw算法逐一計算每個信號片段與相應前導碼模板之間的歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離值的過程中，引入圍繞主對角線的彎曲窗口作為計算約束。

15、另一方面，還提供一種基于分段動態(tài)時間規(guī)整的前導碼檢測系統(tǒng)，包括：

16、信號獲取模塊，用于獲取待檢測信號；

17、滑窗模塊，用于采用滑動窗口截取待檢測信號，得到當前窗口內信號；

18、檢測判斷模塊，用于根據基線通過率預判當前窗口內信號是否包含散射信號，并結合上一窗口的信號預判結果調整當前窗口的檢測器開關；

19、距離計算模塊，用于在當前窗口的檢測器開關開啟時，通過sdtw算法計算當前窗口內信號的最小歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離；否則，采用滑動窗口截取待檢測信號的下一段信號；

20、前導確定模塊，用于在最小歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離小于設定距離門限時，確定當前窗口內信號存在前導碼并關閉檢測器開關，否則確定當前窗口內信號不存在前導碼。

21、在其中一個實施例中，距離計算模塊在通過sdtw算法計算當前窗口內信號的最小歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離的過程中，用于對當前窗口內信號進行數據預處理，根據當前窗口內信號的電平翻轉次數，將預處理后的當前窗口內信號進行分段，生成多個信號片段，分別生成每個信號片段對應的前導碼模板，并利用dtw算法逐一計算每個信號片段與相應前導碼模板之間的歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離值，選取最小的歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離值作為最小歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離輸出。

22、在其中一個實施例中，利用dtw算法逐一計算每個信號片段與相應前導碼模板之間的歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離值的過程中，引入圍繞主對角線的彎曲窗口作為計算約束。

23、又一方面，還提供一種計算機設備，包括存儲器和處理器，存儲器存儲有計算機程序，處理器執(zhí)行計算機程序時實現(xiàn)上述基于分段動態(tài)時間規(guī)整的前導碼檢測方法的步驟。

24、上述技術方案中的一個技術方案具有如下優(yōu)點和有益效果：

25、上述基于分段動態(tài)時間規(guī)整的前導碼檢測方法、系統(tǒng)及設備，獲取待檢測信號后，通過采用滑動窗口實時判斷窗口內信號是否存在散射信號，結合前導碼檢測情況和前序窗口的信號預判結果，如果滿足一定判別條件則開啟檢測器開關進行檢測，即通過sdtw算法計算窗口內信號的最小歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離再與設定距離門限進行比較，最后根據比較結果確定窗口內信號是否存在前導碼。與傳統(tǒng)技術相比，采用滑窗的方式進行信號分段，根據窗口內信號和前導碼檢測情況實時控制檢測器開關，通過逐段計算歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離，尋找窗口內前導碼的最佳匹配段并與設定門限進行比較，能有效檢測窗口內前導碼的存在，并準確定位前導碼的位置，從而在降低誤報率的同時提高運算效率，最終在頻偏較大和信號畸變時實現(xiàn)了較高檢測率和較低的誤報率，達到高效實現(xiàn)復雜背景下反向散射通信中前導碼的準確檢測的目的。

技術特征：

1.一種基于分段動態(tài)時間規(guī)整的前導碼檢測方法，其特征在于，包括步驟：

2.根據權利要求1所述的基于分段動態(tài)時間規(guī)整的前導碼檢測方法，其特征在于，通過sdtw算法計算所述當前窗口內信號的最小歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離的過程，包括步驟：

3.根據權利要求2所述的基于分段動態(tài)時間規(guī)整的前導碼檢測方法，其特征在于，利用dtw算法逐一計算每個信號片段與相應前導碼模板之間的歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離值的過程中，引入圍繞主對角線的彎曲窗口作為計算約束。

4.一種基于分段動態(tài)時間規(guī)整的前導碼檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

5.根據權利要求4所述的基于分段動態(tài)時間規(guī)整的前導碼檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述距離計算模塊在通過sdtw算法計算所述當前窗口內信號的最小歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離的過程中，用于對所述當前窗口內信號進行數據預處理，根據所述當前窗口內信號的電平翻轉次數，將預處理后的所述當前窗口內信號進行分段，生成多個信號片段，分別生成每個信號片段對應的前導碼模板，并利用dtw算法逐一計算每個信號片段與相應前導碼模板之間的歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離值，選取最小的歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離值作為所述最小歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離輸出。

6.根據權利要求5所述的基于分段動態(tài)時間規(guī)整的前導碼檢測系統(tǒng)，其特征在于，利用dtw算法逐一計算每個信號片段與相應前導碼模板之間的歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離值的過程中，引入圍繞主對角線的彎曲窗口作為計算約束。

7.一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)權利要求1至3任一項所述基于分段動態(tài)時間規(guī)整的前導碼檢測方法的步驟。

技術總結
本發(fā)明涉及基于分段動態(tài)時間規(guī)整的前導碼檢測方法、系統(tǒng)及設備，通過采用滑窗的方式進行信號分段，根據窗口內信號和前導碼檢測情況實時控制檢測器開關，通過逐段計算歸一化動態(tài)時間規(guī)整距離，尋找窗口內前導碼的最佳匹配段并與設定門限進行比較，能有效檢測窗口內前導碼的存在，并準確定位前導碼的位置，從而在降低誤報率的同時提高運算效率，最終在頻偏較大和信號畸變時實現(xiàn)了較高檢測率和較低的誤報率，達到高效實現(xiàn)復雜背景下反向散射通信中前導碼的準確檢測的目的。

技術研發(fā)人員：鄭黎明,王雨琪,韓子龍,羅英南,馬奉獻,姜光燏,余磊
受保護的技術使用者：中國人民解放軍國防科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2