[发明专利]一种基于互素分析的海上全景频谱感知分析方法及其装置

说明书

一种基于互素分析的频谱感知分析方法及其装置极大降低全景感知需要的采样速率；本方法能将采样速率降低到或，其中与可达150以上；采用基于奇偶对称频率采样的全相位方法对原型滤波器进行了优化，获得较精确的边界频率，有效地解决了谱泄漏问题；利用全相位窄带类点通FIR滤波器设计精细化方案，获得更精准的频谱感知结果，使整个分析算法更适用于海上实际通信应用中。

技术领域

本发明涉及数字信号处理领域，尤其涉及一种基于互素分析的海上电磁环境下全景频谱感知方法及其装置。

背景技术

无线电频谱是国家的稀缺性战略资源，然而，随着大量频谱资源被开发占用，频谱资源的缺口将越来越大。为提升频谱利用率，认知无线电技术[1]通过感知信道环境，利用空闲频谱进行伺机通信，实现自适应多模式可靠通信。就海洋无线电信道感知而言，宽频带频谱分析是急需突破的技术。无线信道感知目标是实时、高效的获取背景信号的全景谱，从全景谱中挖掘频谱特征。根据经典的香农采样定理和奈奎斯特准则，要实现海上主用的短波、超短波、微波和卫星频段范围内无线电信号的全景检测，其采样速率须达到 6GHz 或以上，然而在当前的技术条件下很难实现。同时，高速率采样引发的海量数据对现有的数字信号处理硬件提出严峻挑战。

为突破海上全景信道感知的局限[2]，近年来，一种新型的谱估计方法：互素感知理论[3][4]受到越来越多的关注，该方法首先对单个模拟输入信号作两路并行的稀疏采样要求两路下采样因子、数值满足互素关系，然后对得到的两路稀疏样本分别作多相滤波,将单通道信号转换成多通路子信号，再同时对两路并行的多相滤波输出信号做IDFT，最后对IDFT输出的多通道信号做互相关扫描估计出信号频谱位置，从而获得真正意义上的高分辨率谱。

欠采样互素谱感知方法在分析窄带信号时展现出很高的价值[5]，同时对宽带信号的频谱感知也具有很大的效果[6][7]。但对于海上全景信号，经典的互素感知方法感知频带窄，谱分辨率低，并且存在伪峰效应和交叉项效应，影响频谱感知的性能。

为进一步提高互素谱分析的性能，实现海上无线信号高效精准的监测，本发明提出一种新的改进方法，用于实现海上全景环境下跨频段、超宽带、近实时、高效率的信道感知。

参考文献

[1]Haykin S. Cognitive radio: brain-empowered wireless communications[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2005, 23(2):201-220.

[2]海洋信息获取、传输、处理及融合前沿研究评述[J]. 中国科学：信息科学, 2016,46(8):1053.

[3]Vaidyanathan P P, Pal P. Sparse Sensing With Co-Prime Samplers andArrays[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2011, 59(2):573-586.

[4] Vaidyanathan, P. P. Theory of Sparse Coprime Sensing in MultipleDimensions[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2011, 59(8):3592-3608.

[5]Vaidyanathan P P, Pal P. Sparse coprime sensing with multidimensionallattice arrays[C]// Digital Signal Processing Workshop and IEEE SignalProcessing Education Workshop. IEEE, 2011:425-430.