專利名稱：基于頻域平滑的獲取循環(huán)譜α截面的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及認知無線電系統(tǒng)中電磁頻譜檢測技術領域，更具體地說涉及一種基于 頻域平滑的獲取循環(huán)譜α截面的方法和系統(tǒng)。
背景技術：
隨著通信技術的不斷發(fā)展，認知無線電技術作為一種較成熟的通信技術，得到了 廣泛的應用。認知無線電系統(tǒng)中，通常把統(tǒng)計特性呈周期或多周期平穩(wěn)變化的信號統(tǒng)稱為 循環(huán)平穩(wěn)或周期平穩(wěn)信號，其也是無線電信號存在的主要形式之一。在認知無線電系統(tǒng)中，通常對無線電信號的處理主要包括信號檢測、參數(shù)估計和 調(diào)制方式識別等。目前，循環(huán)譜理論是研究分析周期平穩(wěn)信號的主要方法之一。循環(huán)譜密 度函數(shù)《(/)表示信號X(t)在頻率f+d/2和f_ α/2處的譜分量的相關密度(其中，f是 經(jīng)典傅氏頻譜中的頻率，而α則是循環(huán)頻率變量)。循環(huán)譜的α截面包含信號載波頻率和 波特率等豐富的頻譜信息，因此獲取循環(huán)譜的α截面是實現(xiàn)無線電信號電磁頻譜監(jiān)測的 主要方式之一，且因其運算量小、實現(xiàn)簡單而在工程實現(xiàn)中得到了廣泛的應用。在實際應用中我們只能根據(jù)有限個數(shù)據(jù)來近似估計循環(huán)譜的α截面，具體做法 是1)首先計算時間長度為Δ t = NTs的信號χ (η)的N點DFT
λ'-Ι2π= Y^ x{n) exp[-7—( 1 )
〃=o“2)計算時變周期圖^(A) = j^^M+ m)^{k-m) (* 代表共軛)(2)3)進行頻域平滑
ι MX X^+v+m^A+v-m) (3) 2MN ^um因為我們需要獲取的是α截面，所以在第二步驟中需要固定k值，即固定傅立葉 頻率值，這樣就能獲取某傅立葉頻率所對應的α截面。申請人:研究發(fā)現(xiàn)在計算過程中m = α /2，因此只有當α為偶數(shù)時《)(勾Λ/"才會有 值，α為奇數(shù)時《(々Δ/的值都為0，那么奇數(shù)位置的頻譜信息就會被遺漏，因此采用現(xiàn)有技 術獲取循環(huán)譜的α截面的方法所得到的循環(huán)譜α截面，會造成循環(huán)譜α截面頻譜信息的 損失，當離散傅里葉變換(DFT)的柵欄效應比較明顯時，將無法滿足參數(shù)提取、調(diào)制方式識 別等后續(xù)信號處理過程的需求。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明在于提供一種基于頻域平滑的獲取循環(huán)譜α截面的方法和系 統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術無法得到奇數(shù)位置頻譜信息，從而無法滿足參數(shù)提取、調(diào)制方式識別等
3后續(xù)信號處理過程的需求的問題，技術方案如下一種基于頻域平滑的獲取循環(huán)譜α截面的方法，包括對接收到的信號設定某一時長進行離散傅里葉變換；固定傅里葉頻率值k，利用所述離散傅里葉變換的計算結果，并設定循環(huán)頻率變量 α的值為H^m2,以及選定兩個中心分別為k+mi和k-m2，長度都為2M+1的平滑窗交叉移位， 進行頻域平滑計算，得到該循環(huán)頻率變量α對應的循環(huán)譜α截面。優(yōu)選的，上述方法中，利用交叉遞增的Hi1和m2序列實現(xiàn)所述兩個平滑窗的交叉移 位。 優(yōu)選的，上述方法中，所述Hl1和Hl2序列交叉遞增的先后次序可以任意選擇。優(yōu)選的，上述方法中，利用交叉遞減的Hl1和Hl2序列實現(xiàn)所述兩個平滑窗的交叉移 位。優(yōu)選的，上述方法中，所述Hl1和Hl2序列交叉遞減的先后次序可以任意選擇。一種基于頻域平滑的獲取循環(huán)譜α截面的系統(tǒng)，包括離散傅里葉變換單元，用于對接收到的信號設定某一時長進行離散傅里葉變換；循環(huán)譜α截面獲取單元，用于固定傅里葉頻率值k，利用所述離散傅里葉變換的 計算結果，并設定循環(huán)頻率變量α的值為H^m2,以及選定兩個中心分別為k+mi和k_m2，長 度都為2M+1的平滑窗交叉移位，進行頻域平滑計算，得到該循環(huán)頻率變量α對應的循環(huán)譜 α截面。通過上述技術方案可知，本發(fā)明在頻域利用兩個平滑窗交叉移位的方式，得到循 環(huán)譜α截面的方法，與其他的循環(huán)譜α截面計算方法相比，能有效的恢復出截面中奇數(shù)位 置的頻譜信息，從而減少DFT柵欄效應帶來的α截面頻譜信息損失，使得獲取的循環(huán)譜α 截面頻譜信息更加完整，從而能夠滿足參數(shù)提取、調(diào)制方式識別等后續(xù)信號處理過程的需 求。


為了更清楚地說明本發(fā)明的技術方案，下面將對本發(fā)明描述中所需要使用的附圖 作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普 通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例提供的基于頻域平滑的環(huán)譜α截面的計算流程圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的平滑窗交叉移位過程的示意圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的頻域平滑計算流程圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的一種基于頻域平滑的獲取循環(huán)譜α截面的系統(tǒng)結構 示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的核心思想是采用兩個平滑窗交叉移位的方式，提供一種新的基于頻域平 滑的循環(huán)譜α截面的獲取方法，可以有效減少離散傅立葉變換柵欄效應所造成的循環(huán)譜 截面特征信息的損失，從而能夠獲取特征信息更加明顯、更加穩(wěn)定的循環(huán)譜α截面，為進 一步的信號處理提供可靠的依據(jù)，提高參數(shù)估計、調(diào)制方式識別等處理的性能。
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本發(fā)明實施例提供的基于頻域平滑的獲取循環(huán)譜α截面的方法可以包括以下步 驟步驟1，對接收到的信號設定某一時長進行離散傅里葉變換。對于接收到的信號x(n)，可以選取某一時長At = NTsJlj用公式(1)進行離散傅 里葉變換，得到N點離散傅里葉變換結果。需要說明的是，本發(fā)明所指的信號為采樣獲取的帶通信號，滿足乃奎斯特帶通采 樣準則。步驟2，固定傅里葉頻率值k，利用所述離散傅里葉變換的計算結果，并設定循環(huán) 頻率變量α的值為H^m2,以及選定兩個中心分別為k+mi和k-m2，長度都為2M+1的平滑窗 交叉移位，進行頻域平滑計算，得到該循環(huán)頻率變量α對應的循環(huán)譜α截面。首先，固定傅里葉頻率值k，設定平滑窗長Μ，其中k為整數(shù)，其取值范圍是 0彡k < N/2, M也是整數(shù)，其取值原則是2M > > 1，同時二者還要保證k+M+m彡N/2,且 k-M-m ^ -Ν/2。然后，利用離散傅里葉變換計算結果，對頻域平滑計算表達式做如下修正
ι MWV = -- Σ Λ從眾 + 卜歷2)( 4 )
2 MN ^m由上式可知，兩個平滑窗的中心分別為k+!^*!^!^，其中α = !^+Ivivm2的取值 須保證k+M+mi彡N/2, k-M-m2彡-N/2，我們分別定義其為窗1和窗2。需要說明的是，可以利用交叉遞增的Hi1和m2序列實現(xiàn)所述兩個平滑窗的交叉移 位，且Hl1和Hl2序列交叉遞增的先后次序可以任意選擇。例如，第一次平滑令Hi1 = 0, m2 = 0 ；第二次平滑固定窗2，窗1向右移一位，即令 Hi1 = 1, Hl2 = 0 ；第三次平滑固定窗1，窗2向左移一位，即令Hl1 = 1，Hl2 = 1，依此方法使平 滑窗交叉移位。此外，也可以利用交叉遞減的Hl1和Hl2序列實現(xiàn)所述兩個平滑窗的交叉移位，且Hl1 和Hl2序列交叉遞減的先后次序可以任意選擇。實際上，mi，m2的取值只要保證α值按照α = 0，α = 1, α = 2，α =3，......，
α = Ν-2Μ遞增或者α = Ν_2Μ，α = Ν_2Μ_1，......，α =1，α = 0遞減的順序依次取
值即可。兩個平滑窗每次移位后，將兩個平滑窗內(nèi)對應元素共軛相乘并相加，然后除以2Μ，
即利用公式(4)進行計算，這樣就可以依次獲取α =0, α = 1, α = 2, α =3，......，
α =Ν_2Μ等各個位置的頻譜信息。從上述實施例可以看出，本發(fā)明提供的基于頻域平滑的，利用平滑窗交叉移位的 循環(huán)譜α截面獲取方法，不僅保留了常規(guī)做法中α截面偶數(shù)位置的頻譜信息，而且奇數(shù)位 置的頻譜信息也得到了恢復，這樣在DFT結果出現(xiàn)柵欄效應時，位于截面奇數(shù)位置的頻譜 信息就為后續(xù)信號處理的性能及穩(wěn)定性提供了保證。以下將結合說明書附圖對本發(fā)明的具體運算過程進行詳細說明圖1中所示的基于頻域平滑的環(huán)譜α截面的計算流程如下(1)對信號χ (η)做離散傅里葉變換；(2)根據(jù)實際需求固定k值，設定平滑窗長M，k為0<k<N/2的整數(shù)，M為2M> > 1的整數(shù)，且二者須保證k+M+m彡N/2，且k-M-m彡-N/2 (如N = 2048時，k = 0，M = 64)；(3)根據(jù)(2)中設定的參數(shù)，在(1)離散傅里葉變換的結果中設定窗1和窗2，并 對其做交叉移位；(4)每次移位后都對窗1和窗2內(nèi)對應元素項做共軛相乘相加并取平均的平滑處 理，這樣就可以獲取α截面各個位置的頻譜信息。圖1中符號解釋如下χ (η)接收的信號；X(k)信號離散傅里葉變換結果；k 傅立葉頻率；α 循環(huán)頻率變量；M 平滑窗長；(句:平滑窗1移位后窗內(nèi)元素；K2^)平滑窗2移位后窗內(nèi)元素；Sa (k)循環(huán)譜α截面結果。圖2中所示的平滑窗交叉移位的過程如下(1)按照交叉遞增的方式產(chǎn)生依次產(chǎn)生叫，m2 ；(2)根據(jù)產(chǎn)生的叫，m2值，利用離散傅里葉變換結果依次生成2M+1長的窗序列 Xffl (k+v+m)禾口 Xw2 (k+v-m2)。圖2中符號解釋如下X(k)信號離散傅里葉變換結果；k 傅立葉頻率；ν 范圍是[-M，+M]的變量；Iii1, m2 范圍是
的變量，且循環(huán)頻率 a = Jii1+m2 ；Xffl (k+ν+πθ 平滑窗1移位后窗內(nèi)元素；Xff2 (k+v-m2)平滑窗2移位后窗內(nèi)元素。圖3所示頻域平滑計算流程如下(1)平滑窗1內(nèi)各元素與平滑窗2內(nèi)各元素的共軛對應相乘；(2)對(1)的結果求和；(3)對(2)的結果做平均。圖2中的符號解釋如下^m(2M+\) , JTm{2M), ...... ^1(I)平滑窗 1 內(nèi)的各元素；J^2(2M+]), J^2(2M) , ......#2(1):平滑窗 2 內(nèi)的各元素；D 表示延時；C 表示共軛；Sa (k)循環(huán)譜α截面結果。通過以上的方法實施例的描述，所屬領域的技術人員可以清楚地了解到本發(fā)明可 借助軟件加必需的通用硬件平臺的方式來實現(xiàn)，當然也可以通過硬件，但很多情況下前者 是更佳的實施方式。基于這樣的理解，本發(fā)明的技術方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術做出貢
6獻的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包 括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網(wǎng)絡設備等)執(zhí) 行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括只讀存儲器 (ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。相應于上面的方法實施例，本發(fā)明還提供了一種基于頻域平滑的獲取循環(huán)譜α 截面的系統(tǒng)，如圖4所示，可以包括離散傅里葉變換單元401，用于對接收到的信號設定某一時長進行離散傅里葉變 換。對于接收到的信號χ (η)，離散傅里葉變換單元401選取某一時長At = NTs，利用 公式(1)進行離散傅里葉變換，得到N點離散傅里葉變換結果。需要說明的是，本發(fā)明所指的信號為采樣獲取的帶通信號，滿足乃奎斯特帶通采 樣準則。循環(huán)譜α截面獲取單元402，用于固定傅里葉頻率值k，利用所述離散傅里葉變換 的計算結果，并設定循環(huán)頻率變量α的值為HiJm2，以及選定兩個中心分別為k+mi*!^!^， 長度都為2M+1的平滑窗交叉移位，進行頻域平滑計算，得到該循環(huán)頻率變量α對應的循環(huán) 譜α截面。首先，固定傅里葉頻率值k，設定平滑窗長Μ，其中k為整數(shù)，其取值范圍是 0彡k < N/2, M也是整數(shù)，其取值原則是2M > > 1，同時二者還要保證k+M+m彡N/2,且 k-M-m ^ -Ν/2。然后，利用離散傅里葉變換計算結果，進行頻域平滑計算，由公式(4)可知，兩個 平滑窗的中心分別為k+mi和k-m2，其中α = mi+m2，Hi1，m2的取值須保證k+M+n^ ( Ν/2， k-M-m2 ^ -N/2，我們分別定義其為窗1和窗2。需要說明的是，可以利用交叉遞增的Hi1和m2序列實現(xiàn)所述兩個平滑窗的交叉移 位，且Hl1和Hl2序列交叉遞增的先后次序可以任意選擇。例如，第一次平滑令Hi1 = 0, m2 = 0 ；第二次平滑固定窗2，窗1向右移一位，即令 Hi1 = 1, Hl2 = 0 ；第三次平滑固定窗1，窗2向左移一位，即令Hl1 = 1，Hl2 = 1，依此方法使平 滑窗交叉移位。此外，也可以利用交叉遞減的Hl1和Hl2序列實現(xiàn)所述兩個平滑窗的交叉移位，且Hl1 和Hl2序列交叉遞減的先后次序可以任意選擇。實際上，mi，m2的取值只要保證α值按照α = 0，α = 1, α = 2，α =3，......，
α = Ν-2Μ遞增或者α = Ν_2Μ，α = Ν_2Μ_1，......，α =1，α = 0遞減的順序依次取
值即可。兩個平滑窗每次移位后，將兩個平滑窗內(nèi)對應元素共軛相乘并相加，然后除以2Μ，
即利用公式(4)進行計算，這樣就可以依次獲取α =0, α = 1, α = 2, α =3，......，
α =Ν_2Μ等各個位置的頻譜信息。對于系統(tǒng)實施例而言，由于其基本相應于方法實施例，所以相關之處參見方法實 施例的部分說明即可。以上所描述的系統(tǒng)實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件 說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以 不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡單元上?？梢愿鶕?jù)實際的
7需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現(xiàn)本實施例方案的目的。本領域普通技術人員在不 付出創(chuàng)造性勞動的情況下，即可以理解并實施。在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的系統(tǒng)和方法，在沒有超過 本申請的精神和范圍內(nèi)，可以通過其他的方式實現(xiàn)。當前的實施例只是一種示范性的例子， 不應該作為限制，所給出的具體內(nèi)容不應該限制本申請的目的。例如，所述單元或子單元的 劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或多個 子單元結合一起。另外，多個單元可以或組件可以結合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些 特征可以忽略，或不執(zhí)行。以上所述僅是本發(fā)明的具體實施方式
，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
一種基于頻域平滑的獲取循環(huán)譜α截面的方法，其特征在于，包括對接收到的信號設定某一時長進行離散傅里葉變換；固定傅里葉頻率值k，利用所述離散傅里葉變換的計算結果，并設定循環(huán)頻率變量α的值為m1+m2，以及選定兩個中心分別為k+m1和k m2，長度都為2M+1的平滑窗交叉移位，進行頻域平滑計算，得到該循環(huán)頻率變量α對應的循環(huán)譜α截面。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，利用交叉遞增的Hi1和m2序列實現(xiàn)所述兩 個平滑窗的交叉移位。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述Hi1和m2序列交叉遞增的先后次序可 以任意選擇。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，利用交叉遞減的Hi1和m2序列實現(xiàn)所述兩 個平滑窗的交叉移位。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述Hi1和m2序列交叉遞減的先后次序可 以任意選擇。
6.一種基于頻域平滑的獲取循環(huán)譜α截面的系統(tǒng)，其特征在于，包括離散傅里葉變換單元，用于對接收到的信號設定某一時長進行離散傅里葉變換；循環(huán)譜α截面獲取單元，用于固定傅里葉頻率值k，利用所述離散傅里葉變換的計算 結果，并設定循環(huán)頻率變量α的值為HiJm2，以及選定兩個中心分別為k+mjnk-m2，長度都 為2M+1的平滑窗交叉移位，進行頻域平滑計算，得到該循環(huán)頻率變量α對應的循環(huán)譜α 截面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于頻域平滑的獲取循環(huán)譜α截面的方法，包括對接收到的信號設定某一時長進行離散傅里葉變換；固定傅里葉頻率值k，利用所述離散傅里葉變換的計算結果，并設定循環(huán)頻率變量α的值為m1+m2，以及選定兩個中心分別為k+m1和k-m2，長度都為2M+1的平滑窗交叉移位，進行頻域平滑計算，得到該循環(huán)頻率變量α對應的循環(huán)譜α截面。本發(fā)明在頻域利用兩個平滑窗交叉移位的方式，得到循環(huán)譜α截面的方法，能有效的恢復出截面中奇數(shù)位置的頻譜信息，從而減少DFT柵欄效應帶來的α截面頻譜信息損失，使得獲取的循環(huán)譜α截面頻譜信息更加完整，從而能夠滿足參數(shù)提取、調(diào)制方式識別等后續(xù)信號處理過程的需求。
文檔編號H04L25/03GK101917239SQ20101027492
公開日2010年12月15日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權日2010年9月8日
發(fā)明者于宏毅, 張效義, 張霞, 李青, 田鵬武, 胡赟鵬, 袁本義 申請人:中國人民解放軍信息工程大學