[发明专利]一种基于基尼相关的信号检测电路及方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种用于雷达和声呐测距及无线电通信的同步捕获中基于基尼相关的信号检测电路及方法。

背景技术

捕获雷达和声呐的回波信号进行延时检测，以及在无线电通信中信号同步都需要对接收信号进行信号检测，判断特定的信号是否已经被接收机所接收。因此，对接收信号的信号检测是一个十分重要的问题。目前，信号延时检测的手段以匹配滤波器及以其为基础的改进型滤波器为主。匹配滤波器是一种在输出信号信噪比最大化意义下的最优线性滤波器。由于其形式简单，易于实现，且理论证明完备，得到了广泛的应用。但是匹配滤波器是在假设环境噪声为独立的加性高斯白噪声的前提下进行论证和设计的。而在真实环境中，噪声中经常会出现加性高斯白噪声以外的成分。其中，脉冲噪声是最为典型的环境噪声成分之一，可以由云层放电，冰层破裂，生物的活动等原因产生。由于接收到的信号中混入了脉冲噪声，对应的一段时间内信噪比会迅速下降。在这一情况之下，匹配滤波器的性能也会相应地下降，甚至失效。检测接收到的信号中是否存在感兴趣的信号片段，本质上是能否在较高的概率下成功地判断接收到的信号中是否包含着与已知的信号相似度高的信号片段的问题。因此，我们可以使用相关分析中的相关系数来处理这一类问题。文献中用于相关分析的经典方法是使用积矩相关系数(Pearson’s Product Moment Correlation Coefficient,PPMCC)。而相关文献已经证明，PPMCC对于信号中的脉冲噪声极其敏感无法在脉冲噪声环境中很好地工作。

为减少脉冲噪声对信号的干扰而产生的估计误差，有效地对信号进行检测，本发明首次采用基尼相关(Gini Correlation)来对雷达和声呐信号以及无线电通信信号进行处理。令表示n对原始数据，并由此得到一组新的数据对序列其中X(1)＜...＜X(n)为X的序统计量，相应的Y_[i]则为X_(i)的伴随。假设X_j位于序列中的第K个位置，则定义数字K为X_j的秩次，记为P_j。类似地可以定义Y_j的秩次并记为Q_j。令和分别代表X_i和Y_i的算术平均。则基尼相关的定义如下：

其中Y表示未受噪声干扰的信道数据，而X则为受噪声污染的信道数据。由上式可见，基尼相关只利用数据对中其中一路信号的具体数据值，而另一路信号则使用其秩次信息。因为无论是雷达和声呐测距或无线电通信的同步捕获，都是使用一路已知的信号作为模板与一路接收到的待检测信号做相关分析并做出判决。所以已知的信号模板可以认为是完全“干净”的数据，应该得到充分的利用；而接收到的数据因为包含有噪声，所以要尽可能地减少噪声的影响。基尼相关的定义很好地适应了这一要求，既充分利用了有效的数据值，也利用了数据的秩次信息减少了噪声的干扰。在本发明中，我们利用了基尼相关对数值与秩次组合的数据信息的有效处理能力在尽可能减小噪声干扰的同时有效地对信号延时进行检测。

发明内容

本发明的主要目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于基尼相关的信号检测电路及方法。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：一种基于基尼相关的信 号检测电路，包括两个比较器阵列、一个减法器阵列、两个乘法器阵列，两个加法器树，一个除法器以及一个寄存器；

信号x1……xn、y1……yn同时分别送入相应的比较器、减法器阵列，其中信号x1……xn并行完成n²次比较操作，即sgn(xi-xj)，其中(i,j＝1……n)，而信号y1……yn并行完成n²次比较操作和减法操作，即sgn(yi-yj)和yi-yj，其中(i,j＝1……n)，以上过程同步进行，n为信号长度；

得到的比较，减法结果同时送入相应的乘法器阵列，分别同步完成n²次并行2输入乘法操作，即sgn(xi-xj)(yi-yj)和sgn(yi-yj)(yi-yj)，其中(i,j＝1……n)；

得到的乘法结果同时送入相应的加法器树，分别同步完成n²个输入的并行加法操作，即和其中(i,j＝1……n)；

得到的加法结果送入2输入除法器中，完成其中(i,j＝1……n)；

得到的相关运算结果送入寄存器中。