专利名称：基于频域平滑的获取循环谱α截面的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及认知无线电系统中电磁频谱检测技术领域，更具体地说涉及一种基于 频域平滑的获取循环谱α截面的方法和系统。
背景技术：
随着通信技术的不断发展，认知无线电技术作为一种较成熟的通信技术，得到了 广泛的应用。认知无线电系统中，通常把统计特性呈周期或多周期平稳变化的信号统称为 循环平稳或周期平稳信号，其也是无线电信号存在的主要形式之一。在认知无线电系统中，通常对无线电信号的处理主要包括信号检测、参数估计和 调制方式识别等。目前，循环谱理论是研究分析周期平稳信号的主要方法之一。循环谱密 度函数《(/)表示信号X(t)在频率f+d/2和f_ α/2处的谱分量的相关密度(其中，f是 经典傅氏频谱中的频率，而α则是循环频率变量)。循环谱的α截面包含信号载波频率和 波特率等丰富的频谱信息，因此获取循环谱的α截面是实现无线电信号电磁频谱监测的 主要方式之一，且因其运算量小、实现简单而在工程实现中得到了广泛的应用。在实际应用中我们只能根据有限个数据来近似估计循环谱的α截面，具体做法 是1)首先计算时间长度为Δ t = NTs的信号χ (η)的N点DFT
λ'-Ι2π= Y^ x{n) exp[-7—( 1 )
〃=o“2)计算时变周期图^(A) = j^^M+ m)^{k-m) (* 代表共轭)(2)3)进行频域平滑
ι MX X^+v+m^A+v-m) (3) 2MN ^um因为我们需要获取的是α截面，所以在第二步骤中需要固定k值，即固定傅立叶 频率值，这样就能获取某傅立叶频率所对应的α截面。申请人:研究发现在计算过程中m = α /2，因此只有当α为偶数时《)(勾Λ/"才会有 值，α为奇数时《(々Δ/的值都为0，那么奇数位置的频谱信息就会被遗漏，因此采用现有技 术获取循环谱的α截面的方法所得到的循环谱α截面，会造成循环谱α截面频谱信息的 损失，当离散傅里叶变换(DFT)的栅栏效应比较明显时，将无法满足参数提取、调制方式识 别等后续信号处理过程的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明在于提供一种基于频域平滑的获取循环谱α截面的方法和系 统，以解决现有技术无法得到奇数位置频谱信息，从而无法满足参数提取、调制方式识别等
3后续信号处理过程的需求的问题，技术方案如下一种基于频域平滑的获取循环谱α截面的方法，包括对接收到的信号设定某一时长进行离散傅里叶变换；固定傅里叶频率值k，利用所述离散傅里叶变换的计算结果，并设定循环频率变量 α的值为H^m2,以及选定两个中心分别为k+mi和k-m2，长度都为2M+1的平滑窗交叉移位， 进行频域平滑计算，得到该循环频率变量α对应的循环谱α截面。优选的，上述方法中，利用交叉递增的Hi1和m2序列实现所述两个平滑窗的交叉移 位。 优选的，上述方法中，所述Hl1和Hl2序列交叉递增的先后次序可以任意选择。优选的，上述方法中，利用交叉递减的Hl1和Hl2序列实现所述两个平滑窗的交叉移 位。优选的，上述方法中，所述Hl1和Hl2序列交叉递减的先后次序可以任意选择。一种基于频域平滑的获取循环谱α截面的系统，包括离散傅里叶变换单元，用于对接收到的信号设定某一时长进行离散傅里叶变换；循环谱α截面获取单元，用于固定傅里叶频率值k，利用所述离散傅里叶变换的 计算结果，并设定循环频率变量α的值为H^m2,以及选定两个中心分别为k+mi和k_m2，长 度都为2M+1的平滑窗交叉移位，进行频域平滑计算，得到该循环频率变量α对应的循环谱 α截面。通过上述技术方案可知，本发明在频域利用两个平滑窗交叉移位的方式，得到循 环谱α截面的方法，与其他的循环谱α截面计算方法相比，能有效的恢复出截面中奇数位 置的频谱信息，从而减少DFT栅栏效应带来的α截面频谱信息损失，使得获取的循环谱α 截面频谱信息更加完整，从而能够满足参数提取、调制方式识别等后续信号处理过程的需 求。
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明描述中所需要使用的附图 作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的基于频域平滑的环谱α截面的计算流程图；图2为本发明实施例提供的平滑窗交叉移位过程的示意图；图3为本发明实施例提供的频域平滑计算流程图；图4为本发明实施例提供的一种基于频域平滑的获取循环谱α截面的系统结构 示意图。
具体实施例方式本发明的核心思想是采用两个平滑窗交叉移位的方式，提供一种新的基于频域平 滑的循环谱α截面的获取方法，可以有效减少离散傅立叶变换栅栏效应所造成的循环谱 截面特征信息的损失，从而能够获取特征信息更加明显、更加稳定的循环谱α截面，为进 一步的信号处理提供可靠的依据，提高参数估计、调制方式识别等处理的性能。
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本发明实施例提供的基于频域平滑的获取循环谱α截面的方法可以包括以下步 骤步骤1，对接收到的信号设定某一时长进行离散傅里叶变换。对于接收到的信号x(n)，可以选取某一时长At = NTsJlj用公式(1)进行离散傅 里叶变换，得到N点离散傅里叶变换结果。需要说明的是，本发明所指的信号为采样获取的带通信号，满足乃奎斯特带通采 样准则。步骤2，固定傅里叶频率值k，利用所述离散傅里叶变换的计算结果，并设定循环 频率变量α的值为H^m2,以及选定两个中心分别为k+mi和k-m2，长度都为2M+1的平滑窗 交叉移位，进行频域平滑计算，得到该循环频率变量α对应的循环谱α截面。首先，固定傅里叶频率值k，设定平滑窗长Μ，其中k为整数，其取值范围是 0彡k < N/2, M也是整数，其取值原则是2M > > 1，同时二者还要保证k+M+m彡N/2,且 k-M-m ^ -Ν/2。然后，利用离散傅里叶变换计算结果，对频域平滑计算表达式做如下修正
ι MWV = -- Σ Λ从众 + 卜历2)( 4 )
2 MN ^m由上式可知，两个平滑窗的中心分别为k+!^*!^!^，其中α = !^+Ivivm2的取值 须保证k+M+mi彡N/2, k-M-m2彡-N/2，我们分别定义其为窗1和窗2。需要说明的是，可以利用交叉递增的Hi1和m2序列实现所述两个平滑窗的交叉移 位，且Hl1和Hl2序列交叉递增的先后次序可以任意选择。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，也可以利用交叉递减的Hl1和Hl2序列实现所述两个平滑窗的交叉移位，且Hl1 和Hl2序列交叉递减的先后次序可以任意选择。实际上，mi，m2的取值只要保证α值按照α = 0，α = 1, α = 2，α =3，......，
α = Ν-2Μ递增或者α = Ν_2Μ，α = Ν_2Μ_1，......，α =1，α = 0递减的顺序依次取
值即可。两个平滑窗每次移位后，将两个平滑窗内对应元素共轭相乘并相加，然后除以2Μ，
即利用公式(4)进行计算，这样就可以依次获取α =0, α = 1, α = 2, α =3，......，
α =Ν_2Μ等各个位置的频谱信息。从上述实施例可以看出，本发明提供的基于频域平滑的，利用平滑窗交叉移位的 循环谱α截面获取方法，不仅保留了常规做法中α截面偶数位置的频谱信息，而且奇数位 置的频谱信息也得到了恢复，这样在DFT结果出现栅栏效应时，位于截面奇数位置的频谱 信息就为后续信号处理的性能及稳定性提供了保证。以下将结合说明书附图对本发明的具体运算过程进行详细说明图1中所示的基于频域平滑的环谱α截面的计算流程如下(1)对信号χ (η)做离散傅里叶变换；(2)根据实际需求固定k值，设定平滑窗长M，k为0<k<N/2的整数，M为2M> > 1的整数，且二者须保证k+M+m彡N/2，且k-M-m彡-N/2 (如N = 2048时，k = 0，M = 64)；(3)根据(2)中设定的参数，在(1)离散傅里叶变换的结果中设定窗1和窗2，并 对其做交叉移位；(4)每次移位后都对窗1和窗2内对应元素项做共轭相乘相加并取平均的平滑处 理，这样就可以获取α截面各个位置的频谱信息。图1中符号解释如下χ (η)接收的信号；X(k)信号离散傅里叶变换结果；k 傅立叶频率；α 循环频率变量；M 平滑窗长；(句:平滑窗1移位后窗内元素；K2^)平滑窗2移位后窗内元素；Sa (k)循环谱α截面结果。图2中所示的平滑窗交叉移位的过程如下(1)按照交叉递增的方式产生依次产生叫，m2 ；(2)根据产生的叫，m2值，利用离散傅里叶变换结果依次生成2M+1长的窗序列 Xffl (k+v+m)禾口 Xw2 (k+v-m2)。图2中符号解释如下X(k)信号离散傅里叶变换结果；k 傅立叶频率；ν 范围是[-M，+M]的变量；Iii1, m2 范围是
的变量，且循环频率 a = Jii1+m2 ；Xffl (k+ν+πθ 平滑窗1移位后窗内元素；Xff2 (k+v-m2)平滑窗2移位后窗内元素。图3所示频域平滑计算流程如下(1)平滑窗1内各元素与平滑窗2内各元素的共轭对应相乘；(2)对(1)的结果求和；(3)对(2)的结果做平均。图2中的符号解释如下^m(2M+\) , JTm{2M), ...... ^1(I)平滑窗 1 内的各元素；J^2(2M+]), J^2(2M) , ......#2(1):平滑窗 2 内的各元素；D 表示延时；C 表示共轭；Sa (k)循环谱α截面结果。通过以上的方法实施例的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可 借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者 是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡
6献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包 括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执 行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括只读存储器 (ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。相应于上面的方法实施例，本发明还提供了一种基于频域平滑的获取循环谱α 截面的系统，如图4所示，可以包括离散傅里叶变换单元401，用于对接收到的信号设定某一时长进行离散傅里叶变 换。对于接收到的信号χ (η)，离散傅里叶变换单元401选取某一时长At = NTs，利用 公式(1)进行离散傅里叶变换，得到N点离散傅里叶变换结果。需要说明的是，本发明所指的信号为采样获取的带通信号，满足乃奎斯特带通采 样准则。循环谱α截面获取单元402，用于固定傅里叶频率值k，利用所述离散傅里叶变换 的计算结果，并设定循环频率变量α的值为HiJm2，以及选定两个中心分别为k+mi*!^!^， 长度都为2M+1的平滑窗交叉移位，进行频域平滑计算，得到该循环频率变量α对应的循环 谱α截面。首先，固定傅里叶频率值k，设定平滑窗长Μ，其中k为整数，其取值范围是 0彡k < N/2, M也是整数，其取值原则是2M > > 1，同时二者还要保证k+M+m彡N/2,且 k-M-m ^ -Ν/2。然后，利用离散傅里叶变换计算结果，进行频域平滑计算，由公式(4)可知，两个 平滑窗的中心分别为k+mi和k-m2，其中α = mi+m2，Hi1，m2的取值须保证k+M+n^ ( Ν/2， k-M-m2 ^ -N/2，我们分别定义其为窗1和窗2。需要说明的是，可以利用交叉递增的Hi1和m2序列实现所述两个平滑窗的交叉移 位，且Hl1和Hl2序列交叉递增的先后次序可以任意选择。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，也可以利用交叉递减的Hl1和Hl2序列实现所述两个平滑窗的交叉移位，且Hl1 和Hl2序列交叉递减的先后次序可以任意选择。实际上，mi，m2的取值只要保证α值按照α = 0，α = 1, α = 2，α =3，......，
α = Ν-2Μ递增或者α = Ν_2Μ，α = Ν_2Μ_1，......，α =1，α = 0递减的顺序依次取
值即可。两个平滑窗每次移位后，将两个平滑窗内对应元素共轭相乘并相加，然后除以2Μ，
即利用公式(4)进行计算，这样就可以依次获取α =0, α = 1, α = 2, α =3，......，
α =Ν_2Μ等各个位置的频谱信息。对于系统实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以相关之处参见方法实 施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件 说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以 不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的
7需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不 付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，在没有超过 本申请的精神和范围内，可以通过其他的方式实现。当前的实施例只是一种示范性的例子， 不应该作为限制，所给出的具体内容不应该限制本申请的目的。例如，所述单元或子单元的 划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或多个 子单元结合一起。另外，多个单元可以或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些 特征可以忽略，或不执行。以上所述仅是本发明的具体实施方式
，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
权利要求
一种基于频域平滑的获取循环谱α截面的方法，其特征在于，包括对接收到的信号设定某一时长进行离散傅里叶变换；固定傅里叶频率值k，利用所述离散傅里叶变换的计算结果，并设定循环频率变量α的值为m1+m2，以及选定两个中心分别为k+m1和k m2，长度都为2M+1的平滑窗交叉移位，进行频域平滑计算，得到该循环频率变量α对应的循环谱α截面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用交叉递增的Hi1和m2序列实现所述两 个平滑窗的交叉移位。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述Hi1和m2序列交叉递增的先后次序可 以任意选择。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用交叉递减的Hi1和m2序列实现所述两 个平滑窗的交叉移位。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述Hi1和m2序列交叉递减的先后次序可 以任意选择。
6.一种基于频域平滑的获取循环谱α截面的系统，其特征在于，包括离散傅里叶变换单元，用于对接收到的信号设定某一时长进行离散傅里叶变换；循环谱α截面获取单元，用于固定傅里叶频率值k，利用所述离散傅里叶变换的计算 结果，并设定循环频率变量α的值为HiJm2，以及选定两个中心分别为k+mjnk-m2，长度都 为2M+1的平滑窗交叉移位，进行频域平滑计算，得到该循环频率变量α对应的循环谱α 截面。
全文摘要
本发明公开了一种基于频域平滑的获取循环谱α截面的方法，包括对接收到的信号设定某一时长进行离散傅里叶变换；固定傅里叶频率值k，利用所述离散傅里叶变换的计算结果，并设定循环频率变量α的值为m1+m2，以及选定两个中心分别为k+m1和k-m2，长度都为2M+1的平滑窗交叉移位，进行频域平滑计算，得到该循环频率变量α对应的循环谱α截面。本发明在频域利用两个平滑窗交叉移位的方式，得到循环谱α截面的方法，能有效的恢复出截面中奇数位置的频谱信息，从而减少DFT栅栏效应带来的α截面频谱信息损失，使得获取的循环谱α截面频谱信息更加完整，从而能够满足参数提取、调制方式识别等后续信号处理过程的需求。
文档编号H04L25/03GK101917239SQ20101027492
公开日2010年12月15日 申请日期2010年9月8日 优先权日2010年9月8日
发明者于宏毅, 张效义, 张霞, 李青, 田鹏武, 胡赟鹏, 袁本义 申请人:中国人民解放军信息工程大学