[发明专利]一种已知占空比的自适应门限信号检测方法

说明书

本发明涉及一种已知占空比的自适应门限信号检测方法。本方法首先对信号包络进行低通滤波平滑，然后计算滤波后信号包络的均值和二阶矩，根据均值和二阶矩反推信号的高电平和低电平，从而确定出信号的最优检测门限，实现对信号有无的检测，并同时可以确定信号的到达时间和信号持续时间估计。本方法提高在多个干扰信号存在条件下较低信噪比的微弱信号检测概率，同时降低虚警概率；可以应用于反无人机的信号检测中，还可以应用于所有其它的合作信号检测领域，例如通信多用户检测、雷达信号检测、认知无线电等领域中。

技术领域

本发明涉及无线电频谱感知领域，具体涉及反无人机无线电频谱感知领域中一种已知信号占空比条件下能够自适应计算检测门限并进行检测的方法。

背景技术

近年来，各类民用或者工业中小型无人机，特别是小型多旋翼无人机，不仅成为各行业新兴的专业设备，也成为普通民众生活中常见的热门工具。但其也带来诸多低空防护的安全威胁。由于无人机在飞行和拍摄过程中，需要回传飞机参数和图像数据等以便操作者需要对其进行控制，因此无人机将发出测控和数传信号，操作者也将发出遥控信号，不同厂家、型号无人机测控和数传信号有其各自的参数特点。通过无线电频谱感知手段对这些无人机辐射的信号可以进行被动截获、参数测量、测向，根据其载频、调制方式、持续时间等进行判别，就可以识别出无人机的型号。再通过对其方向的测量，可通过多站测向交叉或者时差无源定位的方式实现对无人机的精确定位，从而有可能可以实现对无人机及其操作者的定位、识别、跟踪。与雷达、光电、声音探测等多种探测手段相比，无线电频谱感知手段由于其探测距离远、不受雨雪雾天气和光照影响、无人机型号识别能力强等特点受到广泛关注，并成为反无人机领域不可缺少的一种手段。

在反无人机无线电频谱感知过程中，由于无人机发射的信号功率很小，而且发射频段多为无需申请的公用ISM频段，周围环境中可能存在较强的其它干扰如Wifi数据通信、蓝牙等其它信号干扰源，如何在干扰条件下有效、可靠地实现对低信噪比条件下的无人机信号的检测成为一个关键问题。中国专利200910032873.X提出了一种基于判决门限自适应的信号频谱感知与检测方法，首先在信号小波变换基础上分离出信号和噪声，根据噪声功率估计计算检测器的判决门限。中国专利201110336915.6提出了一种自适应门限的能量检测方法，通过离线建立能量判决门限决策函数，根据不同信噪比动态地调整能量判决门限的值，然后在线进行判决。上述方法对多个干扰信号存在时或者接收机增益动态调整时无法适应。中国专利201110291275.1提出了一种基于自适应双门限的认知无线电频谱检测方法与装置，根据上一次判决结果与随机噪声影响选择本次判决门限值，再基于选择的本次判决门限值对所述接收信号能量值E进行判决，得到本次判决结果，但这种方法对弱信号的检测效果不佳。中国专利201310344381.0提出了一种基于能量检测的信号检测方法，根据系统分析带宽内的频谱分段能量方差，确定是否有信号存在，但这种方法无法确定信号的到达时间。张玉龙等提出一种基于统计直方图的信号检测算法(张玉龙等，一种基于统计直方图的信号检测算法，军事通信技术，2017.3(1):26-30),在对信号的均值滤波、直方图的生成和噪声、信号线的划定基础上将信号划分为信号区域、噪声区域和待定区域，实现自适应阈值计算和判决，该方法计算量大且对弱信号的检测效果不强。

由于在实际探测过程中，通常需要对特定的多种(大于3种以上)的无人机信号进行探测，而每一种无人机信号的包络是存在较为固定的占空比的。因此可以利用信号的占空比和信号的多阶矩特性，在干扰中确定信号可能存在的高电平(信号加噪声的幅度)和低电平(噪声的幅度)，从而最优地确定出较优的检测门限。

发明内容

针对反无人机领域干扰众多、所需探测的信号微弱信噪比低的情况，本发明提出了一种已知占空比条件下的信号自适应检测方法。该方法首先对信号包络进行低通滤波平滑，然后计算滤波后信号包络的均值(一阶矩)和二阶矩，根据均值和二阶矩反推信号的高电平和低电平，从而确定出信号的最优检测门限，实现对信号有无的检测，并同时可以确定信号的到达时间和信号持续时间估计。