一种基于小波变换的宽带频谱感知方法

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种基于小波变换的宽带频谱感知方法。

背景技术

现有频域频谱感知中存在以下问题：

1.由于接收机在不同频段的噪声特性不同，同时空间中不同频段的噪声也不同，扫描频谱的底噪处于不平坦状态，无法估计底噪的变化；

2.突发信号持续时间比较短，扫描频谱只能在连续少量几帧内持续抓到一次突发，因此无法对扫描频谱长时间进行平均以减少噪声影响；

3.平均连续几帧的扫描频谱出现不同带宽和幅度的信号重合现象，无法在这种情况下将不同信号频域信息提取出来。

发明内容

本发明的目的在于，针对解决现有频域频谱感知的问题，提出一种基于小波变换的宽带频谱感知方法。

一种基于小波变换的宽带频谱感知方法，包括底噪提取和信号频域信息提取；

所述底噪提取，步骤为：

S11:扫描频谱按点数分割成若干部分；

S12：每部分取中值，形成中值曲线；

S13：中值曲线中所有波谷形成波谷曲线；

S14：波谷曲线进行中值滤波，去掉突变点；

S15：进行线性插值，最终获得扫描频谱噪声平面变化曲线；

所述信号频域信息提取，步骤为：

S21:平均几帧扫描频谱，按情况定平均帧数；

S22：频谱进行中值滤波平滑，中值滤波点数据fft点数选取，其中点数增大平滑效果提升，同时也会滤掉窄带信号；

S23：噪声平面提取平滑频谱；

S24：平滑频谱同噪声平面相减，消除噪声平面变化影响，噪声平面处于0平面；

S25：消除噪声平面变化的频谱若小于5Db则处置零；

S26：经上述步骤处理的频谱开展多尺度Haar小波变换；

S27：各尺度的Haar小波变换结果相乘，获取最小波变换曲线；

S28：小波变换曲线上寻找波峰和波谷，设置最小峰值距离和最小峰值高度，取到陡峭的峰值；

S29：匹配波峰和波谷，获取各信号的频率范围；

S210：提取窄带信号频率范围，扫描频谱同噪声平面相减，检测大于一定门限的频谱范围，若相邻两频谱范围的间隔小于若干Hz则合并为一个频谱范围，视为同一个信号。

进一步的，一种基于小波变换的宽带频谱感知方法，所述信号频域信息提取步骤在底噪提取S15后，所述扫描频谱噪声平面变化曲线用于频域信息提取。

进一步的，一种基于小波变换的宽带频谱感知方法，所述多尺度Haar小波变换，尺度个数为奇数。

进一步的，一种基于小波变换的宽带频谱感知方法，所述小波变换曲线，随尺度越小边缘感知越精细，细微起伏变化便有峰值出现；随尺度越大边缘感知越粗放，更陡峭的变化时明显峰值出现。

本发明的有益效果为：在扫描频谱或定频收频谱上提取信号粗略的频域信息，包括中心频率和频率范围，为后续更准确的参数测量、识别等做好准备，信号信噪比可低至5dB，能够检测出更短的突发信号。

附图说明

图1是底噪提取流程图。

图2是信号频域信息提取。

图3是中值曲线图。

图4是消除噪声平面变化的频谱图。

图5是小于5dB处置零的消除噪声平面变化频谱图。

图6是多尺度Haar小波变换图。

图7是Haar小波变换结果相乘图。

图8是具有波峰和波谷的小波变换曲线图。

图9是窄带信号频率范围提取图。

图10是匹配下降沿和上升沿图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

实例分析所述一种基于小波变换的宽带频谱感知方法，包括底噪提取和信号频域信息提取。

如附图2所示：将扫描频谱按一定的点数分割成若干部分，每一部分取中值，形成一条曲线为中值曲线。

找出中值曲线中所有的波谷，形成波谷曲线；

对波谷曲线进行中值滤波，去掉突变点，再线性插值得到最终的扫描频谱噪声平面变化曲线。

仿真实验参数如下：

采样率为204.8MHz，fft点数为8192，频率分辨率为25kHz，信噪比约5dB到15dB。

信号参数调制方式、中心频率、带宽如下表所示：

表1信号参数表

变化的噪声平面模拟计算式如下：

-sin(2*pi*0.01*(0:1:8191)'/100)*5

如附图5所示，将平滑频谱与噪声平面相减，得到消除噪声平面变化的频谱。

如附图6所示，消除噪声平面变化的频谱小于5dB处置零。

如附图7所示，将处理后的频谱进行多尺度Haar小波变换，尺度20到28，步进2。

如附图8所示，将每个尺度的Haar小波变换结果相乘。

如附图9所示，小波变换曲线上寻找波峰和波谷，最小峰值距离40，最小峰值高度2000。

如附图10所示，窄带信号频率范围提取，门限11dB，相邻两个频谱范围的间隔125kHz(5个频点)。

计算中的调制方式、中心频率、带宽如下表所示：

表2计算中的信号参数表

其中第三个信号未检出是因为信噪比低于5dB；中心频率和带宽检测误差大是因为边缘检测的对象是变化最大位置，而不是信号功率谱最大值以下3dB位置，信噪比增加到约7dB到20Db。

调制方式、中心频率、带宽的结果如下表所示：

表3信号参数结果表

本方案通过一种基于小波变换的宽带频谱感知方法，实现了扫描频谱的底噪，估计底噪的变化，在扫描频谱或定频收频谱上提取信号粗略的频域信息，包括中心频率和频率范围，为后续更准确的参数测量、识别等做好准备，信号信噪比可低至5dB，能够检测出更短的突发信号，能够对频谱重叠但带宽和幅度不一样的信号的频域信息进行提取；多尺度的小波变换能够更好适应不同信号频谱边缘形状，提取更准确。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。