[发明专利]基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法及系统，应用于频谱拼接技术领域，所述方法包括先对原始宽带信号划分为若干重叠的子频带信号，再对子频带信号进行监测，进而获取各子频带谱线的幅值和相位数据：采用缝合的方法对子频带信号进行拼接，重建原始宽带信号。本发明通过将宽带信号频谱划分为多个相互重叠的窄带区间进行监测，对相邻子频带信号重叠部分数据进行处理，拼接时分别同时生成两条频谱，并对两条频谱的结果进行融合平均，最终获得一条拼接频谱，重建原始宽带信号，大大提高频谱监测的准确性，解决分布式频谱监测拼接误差大的问题。

技术领域

本发明涉及频谱拼接技术领域，尤其涉及一种基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法及系统。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是一种新型的分布式信息获取系统，它以无线自组织网络技术为基础，并对其功能应用提出了更高的要求。WSN可以大范围快速地部署大量的节点到目标监测区域中，多节点协同工作获取关于目标的多项信息，并在个别节点死亡时对网络进行动态拓扑，保证整个系统的容错性和抗毁性，由于性能要求不高、消耗硬件资源少，单个节点功耗极低，整个网络的工作时间将会很长。基于以上特点，WSN在军事战场、紧急救灾、临时无线电管控等场合非常适合使用。

与分布式的宽带电磁频谱监测形式类似的系统在2012年左右被提出过，但它们并未实现窄带的频谱拼接，这是一个较新的理论体系。关于窄带频谱拼接，文献《一种基于软件无线电的频谱扫描技术》构建了一种基于软件无线电的频谱拼接实现平台，借助单个软件无线电装置进行扫频式采集并与原始频谱对比，验证了频谱拼接技术的可行性。文献《一种有效的宽带数字侦察接收机信号检测方法》提出了一种宽带信号频谱的检测方法，该方法采用数字信道化方法将频谱划分为均匀窄子带，各子带经FFT运算后拼接出整个接收带宽的频谱。以上两种方法均是将数字化的频谱数据直接拼接，与扫频仪的工作方式类似，因此性能较为一般。

在公开号为CN110988875A的一种超高分辨率星载SAR系统多子带频谱拼接合成方法的专利中，通过脉冲压缩、频谱拼接、子带间的线性相位不一致性校正、幅度差与相位差补偿、以及频谱拼接的处理流程，最终实现满足成像指标要求的超高分辨率成像结果。但该方法中只从相位方向上对子带信号进行拼接，不能实现高精确性的频谱监测。

发明内容

发明目的：针对现有技术中连续大带宽范围的频谱监测精确性较低的缺陷，本发明公开了一种基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法及系统，通过将宽带信号频谱划分为多个相互重叠的窄带区间进行监测，对相邻子频带信号重叠部分数据进行处理，拼接时分别同时生成两条频谱，并对两条频谱的结果进行融合平均，最终获得一条拼接频谱，重建原始宽带信号，大大提高频谱监测的准确性，解决分布式频谱监测拼接误差大的问题。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种基于窄带频谱缝合的分布式宽带电磁信号监测方法，包括以下步骤：

S1、原始宽带信号划分：获取一定范围的待监测的原始宽带信号，将原始宽带信号划分为若干子频带，子频带内包括若干谱线，相邻子频带的频率区间相互重叠；

S2、对子频带信号进行监测：将所述子频带信号输入到各监测节点，所述监测节点为不同本振频率的下变频通道；将子频带信号下变频到基带，再通过低通滤波器滤除高频分量，输出变频且滤除高频分量的信号；

S3、获取每个通道内子频带谱线的幅值和相位数据：对变频且滤除高频分量的信号进行采样，并通过FFT处理得到信号内所有谱线的幅值和相位数据；

S4、对子频带信号进行拼接，重建原始宽带信号：根据幅值和相位拟合曲线对子频带信号并行拼接，在遇到死亡节点的子频带信号时忽略该频段，并记录全部谱线的幅值和相位数据，完成拼接，重建原始宽带信号，出现死亡节点的频段在重建后的原始宽带信号中为空洞信号。