[发明专利]基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法及装置，相关方案不仅能够从噪声中检测周期性的弱信号，并且不受采样过程中引入的偶数倍采样周期的周期性弱干扰信号的影响；而且，由于中位数本身是一个抗极值干扰的统计量，因此，该方法具有较好的稳健性。此外，该方案还存在一个潜在的特性：由于左右差中的最大值与周期性弱信号的信噪比呈正相关性，因此，对于确定形状的周期性弱信号，还能够用于估算信号的信噪比。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法及装置。

背景技术

对于信噪比(SNR，Signal-to-Noise Ratio)很低以至于信号波形被淹没在噪声中的周期性弱信号，直接观察波形无法判断弱信号是否存在，因此需要通过专门的方法来检测。周期性弱信号的检测在通信、机械探伤、神经生物学等诸多领域被广泛应用。

一种简单有效的检测方法是数字累加法，该方法通过ADC(Analog-to-DigitalConverter，模数转换器)对信号进行采样，ADC的采样率恰好是待检测的弱信号的重复频率的整数倍。通过对多个重复周期的信号波形进行对应采样点累加，可以提高弱信号的信噪比，当累加次数足够多时，弱信号对应的累加和将明显区别于噪声对应的累加和，使得弱信号的存在能够被检测出来。该方法在GERHARD SCHMIDT等人的论文(Complementary Codeand Digital Filtering for Detection of Weak VHF Radar Signals from theMesosphere，1979年)中被报道过。

早期的ADC，其数据时钟和采样时钟是同一个时钟。随着ADC采样率的不断提高，出现了一些类型的ADC，其采样时钟频率为数据时钟频率的偶数倍，这种设计可以降低ADC的采样数据向后端传输的难度，例如：TEXAS INSTRUMENTS公司的ADS5400芯片。然而，在这种设计下，由于ADC的内部电路部分地工作在与采样率不同的时钟频率下，在ADC的采样数据中，会混入周期性的弱干扰信号，该弱干扰信号的周期是ADC采样周期的偶数倍。由于该弱干扰信号是ADC的内部电路产生的，因此无法通过ADC之前的模拟滤波电路消除。当弱干扰信号的信噪比无法被视为远远小于待检测的周期性弱信号的信噪比时，弱干扰信号的存在可能会严重地影响数字累加法的检测结果，甚至可能会造成数字累加法的失效。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法及装置，以消除偶数倍采样周期的弱干扰信号对周期性弱信号检测的影响。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测方法，包括：

利用ADC采样一个可能存在周期性弱信号的模拟信号后得到采样数据，所述ADC的采样率是所述周期性弱信号的重复频率的N倍，N＝4P，P为正整数，所述采样数据的数量为N×L+P，L为正整数；所述周期性弱信号信噪比小于设定的最低指标；

将采样数据按照序号输出为两路，从而得到两组采样数据，两组采样数据之间存在P个数据的延迟，每一组采样数据都分割为L段，每一段采样数据的数量为4P，两组数据存在部分重叠；通过伪中位数提取方法计算出每一段采样数据的左右伪中位数；再以组为单元，对组内所有左伪中位数与右伪中位数分别求和，再计算求和结果差值的绝对值作为左右差，从而得到两个左右差；

将左右差中的最大值与设定的阈值进行比较；若左右差中的最大值大于阈值，则认定周期性弱信号存在，通过左右差中的最大值计算信噪比；否则，则认定周期性弱信号不存在。

一种基于伪中位数累加的周期性弱信号检测装置，包括：ADC与数字检测单元；其中：