[发明专利]频谱非平坦噪声基底实时自动校正方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信和数字信号处理技术领域，特别是一种频谱非平坦噪声基底实时自动校正方法。

背景技术

针对通信信号的频谱监测，需要实时分析识别当前接收到的有用信号的数量、带宽、调制方式等。为了实现上述参数的识别，首先必须将信号从背景噪声中分离出来。目前，简单实用的频谱检测方法是固定分辨率无参数谱估计的门限值检测法，即将频带的估计值与门限进行比较，从而获得对感兴趣的频带（band of Interest，BOI）的检测结果。该方法适用的前提条件是噪声基底平坦。然而，在实际应用中，接收到的信号的噪声基底大多存在起伏，此时上述门限值检测法就会增大信号的误检率和漏检率，降低后续参数识别的准确率，从而造成频谱监测性能的整体恶化。为此，需要在进行信号检测前对不平坦的噪声基底进行校正。

对频谱噪声基底的校准，本质上是需要了解无信号条件下噪声基底的变化，现有方法是关闭发送设备，采用手动完成噪声基底的校正，数据量大、复杂度高，难以满足频谱监测分析的实时性要求，而且短时间内的手动校正拟合度低、偏差大，一次校正后，由于信号自身的原因以及接收设备器件的特性变化，噪声基底又会发生变化。当前各类型通信系统都需要频谱监测，目前还没有能适用于不同类型监测系统的自动化噪声基底校正方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种频谱非平坦噪声基底实时自动校正方法，能在频谱监测设备运行的过程中实时、自动、高效地完成频谱不平坦噪声基底的校正，而且适合各种类型的通信系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种频谱非平坦噪声基底实时自动校正方法，包括如下步骤：

10）频谱数据获取：从前端傅里叶变换设备获得信号幅度谱或功率谱的原始频谱数据；

20）待分析数据提取：对原始频谱数据等长分段，对每一段逐一搜索其幅度和功率的最大值点，将其抽取排列，组成待分析数据；

30）噪声基底估计：利用形态学滤波对待分析数据进行噪声基底的变化趋势估计，得到噪声基底估计值；

40）估计值插值：对噪声基底估计值逐点进行前、后两点间以及首、尾插值，得到与原始频谱数据点数相同的插值估计值；

50）噪声基底校正：利用原始频谱数据与插值估计值逐点对应相减，得到噪声基底平坦的校正频谱。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

1、实时自动校正：在频谱监测过程中，本发明可以实现每一帧频谱数据噪声基底的自动校正，无需在每次监测前关闭发送设备进行长时间而且繁琐的手动校准；

2、通用性好：本发明首先进行的频谱的分段抽取，弱化了信号的幅度电平、带宽等特性对基底噪声估计的影响，可以通用于各种不同类型的通信系统；

3、拟合度高：本发明将存在信号的频谱视为一维图形，利用图像处理中的形态学滤波，消除其存在的信号区域，拟合出噪声基底变化，其结果与无信号时的频谱噪声基底变化趋势一致；

4、复杂度低：本发明单次处理的数据量低于信号点数，且处理流程均为线性运算，复杂度为o(N)，适合硬件实现。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明非平坦噪声基底实时自动校正方法流程图。

图2是频谱数据分段示意图。

图3是结构元素示意图。

图4是利用结构元素分析原信号的操作示意图。

图5是利用本发明方法估计的不平坦频谱噪声基底值示例图。

图6是利用本发明方法校正后的频谱示例图。

具体实施方式

如图1所示，本发明频谱非平坦噪声基底实时自动校正方法，包括如下步骤：

10）频谱数据获取：从前端傅里叶变换设备获得信号幅度谱或功率谱的原始频谱数据。

从前端傅里叶变换设备得到原始频谱数据，记为SpecD，长度是N,其中SpecD(i)代表第i个点的幅度或者功率值,是一个实数，如式（1）。

SpecD=[SpecD(1),SpecD(2),…,SpecD(i),…,SpecD(N)]     （1）

20）待分析数据提取：对原始频谱数据等长分段，对每一段逐一搜索其幅度或功率的最大值点，将其抽取排列，组成待分析数据。

所述待分析数据提取（20）步骤包括：

21）频谱数据分段：选择一定长度的窗口，在原始频谱数据上移动该窗口，将原始频谱数据依次分割成若干互不重叠、且长度均等于窗口长度的频谱数据段；