一种频谱检测系统、方法、计算机设备及存储介质与流程

本发明属于频谱检测，具体涉及一种频谱检测系统、方法、计算机设备及存储介质。

背景技术：

1、频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，主要用于射频和微波信号的检测，在许多领域有一定的应用。无线和广播技术发展迅速，许多最新成果都已广泛融入大多数人的日常生活。频谱分析仪在详细测量、分析和评估射频信号方面具有至关重要的作用。无线技术领域涌现的新应用对频谱分析仪的功能水平和性能提出了更高的要求，同时也增加了复杂度。

2、频谱分析仪有扫频式及实时式两种类型；扫频式频谱仪是最常见的频谱分析仪，通过本振扫描的方式来实现测试范围内信号的频率、功率等参数测试。扫描调谐频谱分析仪也称为超外差频谱分析仪。其工作原理是将输入信号与本地振荡信号混频，得到中频信号进行处理。这种类型的频谱分析仪具有较高的灵敏度和分辨率，但成本较高。其原理为：本地振荡器采用扫频振荡器，它的输出信号与被测信号中的各个频率分量在混频器内依次进行差频变换，所产生的中频信号通过窄带滤波器后再经放大和检波，加到视频放大器作示波管的垂直偏转信号，使屏幕上的垂直显示正比于各频率分量的幅值。超外差接收机的最大缺点是它可能错过间歇信号内容，尤其是宽带数字调制信号。另一个问题是，在窄分辨率带宽下扫描时间会明显变长。

3、而实时频谱分析仪则是在某个固定带宽内通过实时地数据采集，并进行fft分析来得到带宽范围内信号的幅度、频率参数测试，速度是扫频式的上百倍甚至千倍以上。通过对中频信号直接进行ad变换，得到采样记录，之后通过fft快速傅里叶变换的方法处理一定时间周期的信号，通过计算得到被测信号的频率，幅度和相位信息。fft式频谱分析仪的特点是速度快；精度高，但其分析频率带宽受adc采样速率限制，适合分析窄带宽信号，一般测试带宽应小于10mhz。

4、现有的实时频谱分析仪主要基于fft技术，通过fft处理一定时间周期内的信号，通过计算得到被测信号的频率、幅度等信息。但fft引擎无法在特定时间帧内完成其操作，因此无法精确控制fft接收机的扫描时间，如果信号带宽大于接收机的信息带宽，则需要对信号进行拼接，这样可能导致丢失部分宽带信号内容。同时，现有技术方案中，频谱检测的带宽受到fft运算速度和adc采样速率的限制。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种频谱检测系统、方法、计算机设备及存储介质。其系统包括：

2、天线阵列，包括多个具有不同频率响应特性的天线，多个所述天线用于对待检测信号频谱进行独立采样；

3、数模转换器，用于接收多个采样后的信号，并将多个所述信号转化为强度向量；

4、计算单元，用于使用频谱计算重构算法对接收到的强度向量进行数据处理，得到待检测信号的离散化的频谱。

5、优选的，所述频谱计算重构算法为人工神经网络ann算法。

6、优选的，所述天线阵列为多层石墨烯平面天线。

7、优选的，所述石墨烯平面天线包括一个矩形贴片、一个连接到辐射边缘的短路微带短截线以及位于微带短截线输入端的石墨烯电极。

8、优选的，多层石墨烯平面天线的石墨烯电极的厚度和形状不同。

9、优选的，所述强度向量为：

10、

11、其中是第i个天线对待测信号进行频域采样后得到的电流值经过adc处理后得到的强度值，ti是第i个天线的频率响应特性，i为[1,m]内的整数，fk为第k个频率点，k为[1,n]内的整数，x是待测信号的频谱，m是天线数量，n是频率的采样点数。

12、优选的，所述人工神经网络模型ann为多层感知机模型、卷积神经网络或resnet深度学习模型。

13、本发明还提供有一种频谱检测方法，包括如下步骤：

14、使用多个天线对待检测信号频谱进行独立采样，得到多个不同的电流信号；

15、将多个所述电流信号转化为强度向量；

16、使用频谱计算重构算法对接收到的强度向量进行数据处理，得到待检测信号的离散化的频谱。

17、优选的，所述使用频谱计算重构算法对接收到的强度向量进行数据处理之前，还包括对所述频谱计算重构算法进行训练，具体包括如下步骤：

18、向所述天线阵列输入多个信号频谱，采集每个输入信号频谱对应的强度向量，组成数据集；

19、将所述数据集随机划分为训练数据集和测试数据集；

20、使用训练数据集对所述频谱计算重构算法进行训练，并使用测试数据集对训练后的频谱计算重构算法进行测试，得到训练好的频谱计算重构算法。

21、本发明还包括有一种计算机设备，包括存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于运行所述存储器内的计算机程序，以执行所述频谱检测方法。

22、本发明还包括一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程，所述计算机程序适于处理器进行加载，以执行所述频谱检测方法。

23、本发明提供的频谱检测系统、方法、计算机设备及存储介质具有以下有益效果：

24、本发明所提出的频谱检测系统，通过具有不同的频率响应特性的天线阵列直接在频率域对待检测信号进行采样，计算重建过程也在频谱域完成，因此，其不会丢失带宽信号；另外，该检测系统的检测带宽只与天线阵列中各天线的频率响应特性有关，不受adc采样率和计算单元运算速度的限制。

技术特征：

1.一种频谱检测系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的频谱检测系统，其特征在于，所述频谱计算重构算法为人工神经网络ann算法，所述人工神经网络模型ann为多层感知机模型、卷积神经网络或resnet深度学习模型。

3.根据权利要求1所述的频谱检测系统，其特征在于，所述天线阵列(1)为多层石墨烯平面天线。

4.根据权利要求3所述的频谱检测系统，其特征在于，所述石墨烯平面天线包括一个矩形贴片、一个连接到辐射边缘的短路微带短截线以及位于微带短截线输入端的石墨烯电极。

5.根据权利要求4所述的频谱检测系统，其特征在于，多层石墨烯平面天线的石墨烯电极的厚度和形状不同。

6.根据权利要求1所述的频谱检测系统，其特征在于，所述强度向量为：

7.一种频谱检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的频谱检测方法，其特征在于，所述使用频谱计算重构算法对接收到的强度向量进行数据处理之前，还包括对所述频谱计算重构算法进行训练，具体包括如下步骤：

9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于运行所述存储器内的计算机程序，以执行权利要求7至8任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程，所述计算机程序适于处理器进行加载，以执行权利要求7至8任一项所述的方法。

技术总结
本发明提供了一种频谱检测系统、方法、计算机设备及存储介质，属于频谱检测技术领域，其系统包括天线阵列、数模转换器和计算单元。天线阵列包括多个具有不同频率响应特性的天线，多个天线用于对待检测信号频谱独立采样；数模转换器用于接收多个采样后的信号，并将多个信号转化为强度向量；计算单元用于使用频谱计算重构算法对接收到的强度向量进行数据处理，得到待检测信号的离散化频谱。本发明通过具有不同频率响应特性的天线阵列直接在频率域对待检测信号进行采样，计算重建过程也在频谱域完成，其检测带宽只与天线阵列中各天线的频率响应特性有关，不受ADC采样率和计算单元运算速度的限制，减小了系统对高性能ADC和计算单元的依赖。

技术研发人员：张博轩,袁晔,张赞
受保护的技术使用者：宁夏回族自治区无线电监测站
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17