用于以流方式检测所接收的信号中的脉冲的系统和方法与流程

本文公开的技术通常涉及雷达脉冲检测。特别地，涉及使用数字雷达接收器的雷达脉冲检测。

背景技术：

接收器系统是被配置为接收能量波并处理这些能量波以识别在能量波中携带的期望的信息的任何系统。如本文所使用的，“能量波”是在携带能量的同时通过至少一种介质传播的干扰。例如，能量波可以包括电磁波、无线电波、微波、声波或超声波。

通常，接收器系统包括换能器和接收器。换能器可以是被配置为将一种类型的能量转换为另一种类型的能量的任何装置。接收器系统中使用的换能器通常被配置为接收能量波并将这些能量波转换为电信号。天线是换能器的一个示例。接收器处理由换能器生成的电信号，以从电信号中获得期望的信息。期望的信息包括关于能量波中携带的信号的信息。

通常，能量波被用于携带重复信号。重复信号是具有时间周期的信号，在该时间周期内，信号的某些方面会重复。重复信号用于定时操作、同步操作、雷达操作、声纳操作和其他合适的操作。例如，重复信号的特性可以用于同步两个或多个装置。重复信号在下文中将被称为“脉冲”。

检测来自其他雷达的雷达信号的数字雷达接收器具有前端接收器，该接收器会为它们检测到的每个雷达脉冲产生脉冲描述符字(pdw)。它们与雷达系统的不同之处在于它们不会自然地产生距离，并且它们必须处理未知信号，而不是寻找其传输信号的反射形式。这些接收器的数字版本通常被设计为通道器(channelizer)或滤波器组(filterbank)；在每个滤波器通道内，雷达脉冲与其他重合信号分离，并且与总输入带宽相比，其噪声降低了相对滤波器带宽。这些具有增加的信噪比(snr)的脉冲被处理以生成表示受关注的估计的信号特性的数据，诸如相位调制参数、频率、带宽、到达时间、离开时间、脉冲宽度、脉冲幅度、脉冲重复间隔和/或到达角度。尽管这样的通道器具有许多优点，但是它们也具有关键的缺点，诸如尺寸大、重量大和功耗大，这些缺点来自于非常大的滤波器组所需的所有乘法器和加法器，无论信号是否存在，滤波器组都必须连续操作。另外，与滤波器组中每个滤波器的带宽和频率不匹配的信号被次优处理或跨滤波器通道被分割，从而导致丢失、错误和不准确的pdw。如果不使用通道器，则必须使用不同的方法来完成降噪和信号分离这两个主要的处理任务。在任一情况下，对于每个所接收的脉冲，必须对分离的信号进行pdw信息处理。为了实现可靠的pdw处理，必须有可靠的脉冲检测。

现有的脉冲检测解决方案依靠阈值交叉(thresholdcrossing)作为主要检测方法。因此，这种方法将脉冲的处理限制为具有相对较高的信噪比的脉冲(易于与噪声区分的脉冲)。这进而会限制使用阈值技术的任何接收器的检测范围(除非增加了发送器信号功率)。

技术实现要素：

以下详细公开的主题涉及用于通过彼此互补的两种不同方法的组合来更好地检测脉冲的系统和方法。一种方法是使用阈值的常规方法；当脉冲的幅度超过阈值时，声明脉冲的开始并且开始脉冲处理。另一种方法是基于模型的，并且使用窗口检测器，当脉冲在窗口内具有一致的双(通常为d阶)差相位值时，该检测器超过阈值。第一种方法具有低延迟，并且与脉冲宽度无关，但是仅在“良好”(大于15db)的snr值时操作良好。因此，阈值检测技术限于容易区分的脉冲。另一种方法具有较高的延迟，并且需要最小的脉冲宽度，但是以较低的(约0db)snr值操作。本文中提出的设计融合了这两种方法以产生一种脉冲检测器，该脉冲检测器对于较高的snr脉冲具有较低的延迟，但是具有额外的延迟也可以检测较低的snr脉冲。

更具体地，阈值检测方法与双差相位调制检测方法融合以为处理脉冲信号的任何数字接收器提供更高性能的信号检测方法。本文提出的方法能够在多种条件下精确检测脉冲，并且因此可以用于检测任何雷达类型的信号。融合脉冲检测器可以用作传统ew通道器或基于盲源分离的ew接收器的一部分，以在脉冲处理发生之前连续检测输入信号。实际上，这种方法可以用作以流方式处理脉冲信号的任何数字接收器体系结构的一部分。

根据一些实施方式，该系统和方法共享以下特征：(1)融合基于阈值和相位的脉冲检测方法；(2)能够检测具有更低功率和更大范围的脉冲；(3)阈值连续更新以处理变化的噪声条件；以及(4)相位调制检测方法中的窗口也连续更新以处理变化的噪声条件。

紧接在前一段中描述的特征提供了包括利用可用硬件进行更高质量的信号检测和表征的优点，并且还使得数字接收器能够变得更小且成本更低，并且使用更少的功率。因此，这些特征还可以通过在更困难的信号环境下实现更精确的信号检测来实现更高性能的数字接收器。

尽管以下将详细描述用于使用融合阈值/相位调制检测技术来检测脉冲的系统和方法的各种实施方式，但是那些实施方式中的一个或多个可以由以下方面中的一个或多个来表征。

以下更详细公开的主题的一个方面是一种用于以流方式检测所接收的信号中的脉冲的方法，包括：(a)对所接收的信号进行采样以产生数字格式的样本；(b)估计用于每个样本的所接收的信号的相应信号功率；(c)确定在步骤(b)中估计的信号功率小于信号功率阈值；(d)估计用于窗口内多个信号样本中的每个信号样本的所接收的信号的相应瞬时信号相位；(e)估计窗口内多个样本的信号相位的相应二阶差；(f)确定在步骤(e)中估计的二阶差小于相位差阈值；以及(g)处理窗口内的样本以生成信息向量，该信息向量包括所接收的信号中的脉冲的参数值的相应数据集。

根据一些实施方式，紧接在前一段中描述的方法还包括：(h)基于用于样本的所接收的信号的信号功率、初始噪声功率和期望的虚警概率来计算信号功率阈值的实时滤波估计；(i)将信号功率阈值发送到执行步骤(c)的信号功率阈值比较器；(j)生成期望的虚警概率和期望的检测曲线概率；(k)构造查找表，该查找表包括表示在步骤(j)中生成的期望的虚警概率和期望的检测曲线概率的数据值；以及(1)基于期望的虚警概率、期望的检测概率和测量的信噪比，从查找表中检索窗口长度和相位差阈值。

根据一个应用，该方法还包括：将信息向量的参数值的数据集存储在非暂时性有形计算机可读存储介质中；基于所存储的参数值的数据集识别信号发射器；相对于参考系定位信号发射器；并将控制信号发送到车辆的致动器控制器，该控制信号基于信号发射器的位置来引导车辆的运动。

以下更详细公开的主题的另一方面是一种用于以流方式检测所接收的信号中的脉冲的方法，包括：(a)对所接收的信号进行采样以产生数字格式的样本；(b)估计用于每个样本的所接收的信号的相应信号功率；(c)确定在步骤(b)中估计的信号功率小于信号功率阈值；(d)在步骤(c)之后估计窗口内多个样本的相位的相应d阶差，其中，d是大于1的整数；(e)确定在步骤(d)中估计的d阶差小于相位差阈值；以及(f)处理窗口内的样本以生成信息向量，该信息向量包括所接收的信号中的脉冲的参数值的相应数据集。

以下更详细公开的主题的另一方面是一种用于以流方式检测所接收的信号中的脉冲的系统，包括：换能器，用于将所接收的能量波转换为电形式的所接收的信号；滤波器，用于使所接收的信号的具有选定频率带宽内的频率的一部分通过；模数转换器，被配置为对由滤波器输出的所接收的信号进行采样以产生信号样本；脉冲处理模块，被配置为处理信号样本以生成信息向量，该信息向量包括所接收的信号中的脉冲的参数值的相应数据集；缓冲器，被配置为存储信号样本的窗口；阈值检测器，被配置为：如果检测到信号功率超过信号功率阈值，则将信号样本引导到脉冲处理模块；或者如果信号功率不超过信号功率阈值，则将信号样本引导到缓冲器；以及相位调制检测器，该相位调制检测器被连接以接收信号样本，该信号样本被发送到缓冲器，并且该相位调制检测器被配置为：如果窗口中连续信号样本的相位的二阶差小于相位差，则将信号样本从缓冲器引导到脉冲处理模块。

根据一些实施方式，阈值检测器包括：信号功率估计模块，被配置为估计用于每个样本的所接收的信号的相应信号功率；以及信号功率阈值比较器，被配置为确定由信号功率估计模块估计的信号功率是否大于信号功率阈值。另外，相位调制检测器包括：复杂样本估计模块，被配置为计算每个样本的相位；相位差估计模块，被配置为估计窗口内的多个样本的相位的相应二阶差；以及二阶差阈值比较器，被配置为确定相位差估计模块估计的二阶差是否小于相位差阈值。

根据一个应用，紧接在前一段中描述的系统还包括：一种非暂时性有形计算机可读存储介质，其存储由脉冲处理模块生成的信息向量的参数值的数据集；以及计算机系统，被配置为基于所存储的参数值的数据集识别信号发射器、定位信号发射器并将控制信号发送到车辆的致动器控制器，该控制信号基于信号发射器的位置来引导车辆的运动。

根据一些实施方式，该系统还包括噪声功率估计模块，被配置为基于输入样本功率、初始噪声功率和期望的虚警概率来计算信号功率阈值的实时滤波估计。另外，该系统还包括虚警概率/检测概率表，被配置为使用来自噪声功率估计模块的信号功率阈值来产生窗口长度和相位差阈值。

以下公开了用于使用融合阈值/相位调制检测技术来检测脉冲的系统和方法的其他方面。

附图说明

在前面的部分中讨论的特征、功能和优点可以在各种实施方式中独立地实现，或者可以在其他实施方式中组合。为了示出上述和其他方面的目的，以下将参考附图描述各种实施方式。

图1是识别用于使用融合阈值/脉冲调制检测来生成脉冲描述符字(pdw)的信号处理系统的一些组件的框图。

图2是根据一个实施方式的识别用于流传输线性调频信号(linearchirpsignal)的二阶差相位调制检测的方法的步骤的流程图。

图3是示出对于100个子样本的窗口在给定的虚警率设置下的检测曲线的概率的曲线图。

图4是根据一个实施方式的识别使用融合脉冲检测的系统10的组件和模块的框图。

图5至图9是示出分别对于15db、10db、5db、0db和-5db的snr，由存储在相应pfa/pd表中的数据表示的虚警概率(pfa)和检测概率(pd)曲线的曲线图。

在下文中将参考附图，其中，不同附图中的相似元件具有相同的参考数字。

具体实施方式

以下更详细地描述用于使用融合阈值/相位调制检测技术来检测脉冲的系统和方法的说明性实施方式。然而，在本说明书中没有描述实际实现的所有特征。本领域技术人员将理解，在任何这样的实际实施方式的开发中，必须做出许多特定于实现的决定来实现开发者的特定目标，诸如遵守与系统有关和与业务有关的约束，这将从一个实现到另一个实现不同。此外，将意识到，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的本领域普通技术人员而言仍将是例行的工作。

根据以下更详细描述的实施方式，阈值检测方法与双差相位调制检测方法相融合以为以流方式处理脉冲信号的任何数字接收器提供更高性能的信号检测方法。本文提出的方法能够在多种条件下精确检测脉冲，并且因此可以用于检测任何雷达类型的信号。本文提出的基于阈值和相位的脉冲检测方法的融合使得能够检测具有更低功率和更大范围的脉冲。阈值连续更新以处理变化的噪声条件。另外，相位调制检测方法中的窗口也连续更新以处理变化的噪声条件。

本文公开的系统将所接收的信号{zn}的样本形式作为输入，并且基于两个不同但融合的检测器来检测何时存在脉冲信号。阈值检测器仅使用样本|zn|²的大小的平方，并检测它们何时大于阈值t。双差相位调制检测器通过测量二阶差的方差并检测该方差何时小于相位阈值d来检测何时存在二阶多项式相位调制信号。二阶多项式相位调制信号(例如，线性调频)由以下公式给出：

其中，tn是采样时间，并且a、b、c是控制调频率的常数参数。这样的信号在用于距离和距离率测量的雷达中有很多应用。它通常由一个参数集{aup，bup，cup}(例如，用于每个周期的上调频)或周期对定义，即频率增加的上调频和频率降低的下调频。然后，这些周期对将具有与其相关联的一对参数集{aup，bup，cup}和{adown，bdown，cdown}。

为了检测这样的信号，本发明连续产生两个阈值t和d以及窗口尺寸w。这些控制检测处理并且基于两个参数(期望的虚警概率pfa和期望的检测概率pd)。这些阈值由跟踪(潜在地)变化的噪声水平的电路连续更新，以便使检测器相对于噪声水平保持最佳。

注意，在一般多项式相位信号(不仅是线性调频)的情况下，相位调制信号被定义为：

s(t)＝e^2πif(t)(2)

其中，f(t)是参数向量长度为df的df-1阶实值多项式。在这种情况下，df阶相位差将用于检测。

为了说明起见，现在将描述实施方式，该实施方式分离进入的雷达脉冲，并且然后生成用于控制车辆的脉冲描述符字(pdw)。然而，应当理解，本文公开的系统可以用于除了车辆控制之外的应用中。

图1是根据示例实施方式的识别用于生成pdw融合阈值/脉冲调制检测的信号处理系统100的组件的框图。图1示出了用于ew接收器的示例系统。(注意，本文描述的技术也可以用于传统的通道化接收器。)

在图1所示的示例性实施方式中，信号处理系统100包括信号数据处理器102，该信号数据处理器102通过信号预调节电路通信地耦接到换能器，诸如天线118。在该示例中，信号预调节电路包括低噪声放大器108、带通滤波器110和模数转换器(adc)112。天线118可以是被配置为监视至少一个雷达信号发射器(图1中示出了两个雷达信号发射器106和107)的广域传感器。在操作中，信号预调节电路将从天线118接收的传感器输出信号转换为已调节信号。每个已调节信号是从天线118处接收的时变信号导出的。时变信号可以包括从雷达信号发射器106和107接收的信号的混合。例如，时变信号可以包括由雷达信号发射器106生成的第一雷达信号114或由雷达信号发射器107生成的第二雷达信号116，该信号由天线118接收。

信号数据处理器102包括预处理器104和后处理器106。已调节信号被传输到预处理器104。预处理器104包括多个信号去噪模块113(在图1中仅示出其中一个)和相应的多个脉冲处理模块124(在图1中仅示出其中一个)。已调节信号在进行脉冲检测之前由信号去噪模块113进行信号去噪以确定是否应该将去噪的信号样本发送到相关联的脉冲处理模块124。后处理器106通信地耦接以接收来自脉冲处理模块124的输出。

例如，雷达信号114最初在天线118处被接收为具有信号特性的脉冲，该信号特性包括但不限于频率和带宽。在该示例中，在经过预调节电路处理之后，第一雷达信号114的单个脉冲随后在信号去噪模块113处被接收为混合信号(即，已调节信号表示第一雷达信号114的信号脉冲并且具有各种特性，包括但不限于噪声和除了期望的受关注的信息之外的信息)。信号去噪模块113对混合输入信号进行去噪，并输出具有频率和带宽(或频率和带宽的规则模式)的去噪信号。

仅当通过本文公开的融合阈值/相位调制检测器系统检测到脉冲时，去噪信号样本才进行脉冲处理。预处理器104包括用于每个脉冲处理模块124的相应融合脉冲检测器。根据图1所示的实施方式，融合脉冲检测器包括阈值检测器120和相位调制检测器126。阈值检测器120被连接以接收来自信号去噪模块113的去噪信号样本。预处理器104还包括具有输入端口的第一选择器122，该输入端口还接收来自信号去噪模块113的去噪信号样本。第一选择器122具有可以可切换地连接到输入端口的第一输出端口和第二输出端口。第一选择器122的状态由阈值检测器120控制。如果阈值检测器120检测到具有超过指定信号功率阈值的功率的信号，则阈值检测器120输出第一选择器状态控制信号，该信号使第一选择器122将去噪信号样本传递到脉冲处理模块124。这是通过将第一选择器122的第一输出端口可切换地连接到第一选择器122的输入端口来实现的。

预处理器104还包括：相位调制检测器126和先进先出缓冲器128(在下文中称为“fifo缓冲器128”)，两者均具有连接到第一选择器122的第二输出端口的输入端口；以及第二选择器130，其具有连接到fifo缓冲器128的输出端口的输入端口。如果阈值检测器120检测到不具有超过指定阈值的功率的信号，则阈值检测器120输出第二选择器状态控制信号，该信号使第一选择器122将去噪信号样本传递到相位调制检测器126和fifo缓冲器128，而不是传递到脉冲处理模块124。这是通过将第一选择器122的第二输出端口可切换地连接到第一选择器122的输入端口来实现的。

第二选择器130的状态由相位调制检测器126控制。如果相位调制检测器126检测到具有小于指定相位差阈值的二阶差的信号(意味着已经检测到脉冲)，则相位调制检测器126输出第三选择器状态控制信号，该信号使第二选择器130将fifo缓冲器128的输出传递到脉冲处理模块124。这是通过将第二选择器130的第一输出端口可切换地连接到第二选择器130的输入端口来实现的。如果相位调制检测器126检测到具有大于指定相位差阈值的二阶差的信号(意味着尚未检测到脉冲)，则相位调制检测器126输出第四选择器状态控制信号，该信号使第二选择器130不将fifo缓冲器128的输出传递到脉冲处理模块124。这是通过将第二选择器130的第二输出端口可切换地连接到第二选择器130的输入端口来实现的。

每个脉冲处理模块124包括pdw生成模块，其被配置为生成pdw参数向量信号。每个pdw参数向量信号包括表示雷达信号114和116中的一个的受关注的特征的数据(例如，频率、带宽、到达时间、离开时间、脉冲宽度、脉冲幅度、脉冲重复间隔和/或到达角度)。pdw参数向量信号被传输到后处理器106。后处理器106包括计算装置132和存储器134。计算装置132被配置为基于包括在pdw参数向量信号中的数据来执行操作。这样的操作包括但不限于检测、处理和量化。来自由计算装置132执行的操作的结果数据被存储在存储器134中。存储器134包括一个或多个非暂时性有形计算机可读存储介质。根据一个实施方式，计算装置132是被配置为以软件形式执行指令的处理器。

根据一个实现，pdw生成模块将把每个pdw作为类似于(幅度、到达时间、中心频率、脉冲宽度和带宽)＝(amp，toa，cf，pw，bw)的pdw参数向量信号发送到计算装置132。用于每个截获信号的pdw被存储在脉冲缓冲器中以供计算装置132进一步处理。作为此类处理的一部分，通过将输入的雷达脉冲聚类成组，对pdw进行分类和去交错。原则上，每个组应具有表示单个雷达源或雷达源类别的特性，从而允许识别该雷达源或雷达源类别。通常通过将信号的观测特性与存储在还包括已知雷达的识别的列表中的特性相关来推断特定信号的识别。除了包括识别雷达发射器的去交错器之外，计算装置132还包括用于确定所识别的雷达发射器的位置的坐标的地理位置引擎。

此外，在图1所示的示例性实施方式中，计算装置132使后处理器106将人类可读数据信号136传输到人机接口，以促进信号处理系统100的用户对关于至少一个雷达信号114和116的信息的交互、修改、可视化、至少一项进一步操作以及可视化记录中的至少一个。人机接口可以例如是接收来自后处理器106的人类可读数据信号136的显示装置140。在一个示例中，由信号处理系统100确定的雷达信号发射器106和107的特性被显示在显示装置140上，作为具有表示包括监视空间的物理空间域的网格的地图，其中，雷达信号发射器106和107的位置和识别信息基本上实时地显示和绘制。还可以将人类可读数据信号136从后处理器106传输到与信号处理系统100相关联的至少一个装置和/或系统(例如，基于空中或地面的车辆142)。此外，计算装置132使得后处理器106能够基本上实时地将致动器控制信号138传输到包括在车辆142内的致动器控制器144，以引导或控制其运动。例如，车辆142可以是远程和/或自主操作的陆地车辆或无人驾驶飞行器。

在一种操作模式中，将包括在相应pdw中的频率和带宽信息中的至少一个连同相应雷达信号发射器106和107的位置一起绘制在显示装置140上的地图上，以促进精确跟踪位置以及与那些特定雷达信号发射器相关联。在至少一个雷达信号发射器是移动的情况下，显示装置140上的地图基本上实时地更新至少一个相应的移动雷达信号发射器的位置信息。此外，计算装置132确定一个或多个移动雷达信号发射器(例如，雷达信号发射器106和107)的速度、加速度、轨迹和轨道(即，包括当前位置和先前位置)中的至少一个。在另一种操作模式中，由信号数据处理器102实现的信号数据处理方法所确定的特性可以触发与信号处理系统100通信的物理装置和系统中的各种基本上实时的物理动作。例如，各种雷达信号发射器的特性(包括由信号处理系统100实现的信号数据处理方法所确定的频率和带宽)可以作为数据基本上实时地传输到车辆142中的致动器控制器144(例如，无人驾驶飞行器的方向舵和襟翼)，以引导其运动或促进其机动，例如以避免被确定为威胁的未授权的雷达信号发射器的操作区域，或者向未授权的发射器移动以消除威胁。作为另一示例，由本文所描述的信号数据处理方法确定的雷达信号发射器106和107的特性可以在控制信号中基本上实时地传输到与信号处理系统100相关联的电子支持措施(esm)装置和电子战(ew)系统中至少一个，以例如在未经授权的情况下将雷达干扰信号引导到在监视环境中操作的特定雷达信号发射器。

相位调制检测器126基于信号样本的窗口连续产生表示检测值的信号。相位调制检测需要了解每个样本处输入信号的瞬时相位。因此，必须以多种方式中的任何一种来估计该相位。

图2是根据一个实施方式的识别由相位调制检测器126(参见图2)执行的步骤的流程图。表示法如下：z^-1表示寄存器或存储元件(即图4中的寄存器32和34)，它们也用于将一个值延迟一个时钟周期；圈起来的“+”符号表示求和(即求和器36、38、40和46)；mod(1)表示相应的模运算1电路42和44，其被配置为执行-1与1之间的每个归一化值的标准数字模运算1计算(这在数字运算电路中自然发生)；以及rv(wd)表示相应的方差估计电路48和50，其被配置为基于由求和器46和模运算1电路44输出的相应信号并行执行实时窗口方差估计(其中，wd是窗口的长度)。(方差是随机变量与其均值的平方偏差的期望，并且它非正式地测量一组(随机)数与其均值之间的距离。)这两个方差计算基于两个可能的相位路径偏移π/2。这样即使在角度接近+1和-1的极值时，方差计算也能正常工作。最小方差电路52接收来自方差估计电路48和50的输出，选择两个输入中的最小值，并且然后输出检测值

图2所示的相位调制检测过程包括：(1)新的实时窗口方差估计方法，该方法使用很少的资源且没有除法并且适合于硬件实现；以及(2)使用并行流式计算，该并行流式计算可以在样本的窗口内选择最佳模值。与其他方法相比，这减少了总体检测延迟。

前述方法基于以下事实：二次多项式样本函数{qi}具有恒定的二阶差，即δ²{qi}＝qi+2-2qi+1+qi是恒定的而没有噪声。(二次多项式是包括至多二阶项的多项式函数。)因此，测量有噪声的二次样本函数的方差给出了有噪声的二阶差会出现的非恒定程度的测量。由于正在测量相位的多项式函数(在1与-1之间归一化)，因此相位将在这些端点处缠绕，并且这会使问题复杂化。例如，在下一个样本上前进0.2的0.9的相位将变为1.1，即换为-0.9。因此，端点附近的相位将跳变值，并且这将导致二阶差的跳变，即使它应该是恒定的。为了消除该问题，提供了两个计算通道，它们测量相位和相位偏移为1/2。因此，两个计算通道中的一个应该具有很少或没有跳变，并且因此将方差的最小值作为确定检测的度量。通过计算d阶差δ^d可以很容易地将其推广到非线性调频，即任意阶d的多项式。在以下示例中，使用了二阶差。二阶差相位调制检测过程在本文中用δ²相位表示，而窗口wd在下文中通常用w表示。

注意，除了前面提到的实时方差方法之外，还描述了不需要任何除法的可选近似方差(但确实需要从pfa/pd表中查找1/wd的表)。对于输入序列{xn}，这种实时近似方差的迭代在下面的公式中给出：

un＝un-1+(1/w)xn-(1/w)xn-w

vn＝vn-1+(xn-un)²-(xn-w-un-w)²

除了检测相位调制之外，还可以通过该方法估计snr。具体地，可以通过从查找表进行内插来使用最小方差的值来估计snr值。具体地，这可以通过仿真来完成，以创建将映射到snr(db)的值的表。如果需要，例如可以使snr值可用于脉冲处理模块124(参见图1)，因为其他信号处理可以通过具有snr估计而获得很大益处。snr值也可以添加到pdw生成输出向量。

因此，本文提出的脉冲检测方法融合了彼此互补的两种不同的脉冲检测技术的组合。当脉冲的功率(幅度平方)超过指定信号功率阈值时，阈值检测器120检测脉冲。使用该技术，可以基本上没有延迟地准确地声明脉冲的开始，并且该确定与脉冲宽度无关。然而，阈值方法仅对于15db以上的snr可靠地工作。相位调制检测器126是窗口检测器，其中，当所检测的信号在窗口内具有一致的相位值(指示脉冲)时，超过指定的相位差阈值。融合脉冲检测器(由相位调制检测器126支持的阈值检测器120)对于较高的snr脉冲具有较低的延迟，但是具有额外的延迟也可以检测较低的snr脉冲。输入的去噪信号样本最初由阈值检测器120进行筛选，如果检测到脉冲，则阈值检测器120将信号引导到脉冲处理模块124，或者如果未检测到脉冲，则阈值检测器120将信号引导到相位调制检测器126和fifo缓冲器128。由fifo缓冲器128接收的信号也由相位调制检测器126筛选，如果检测到脉冲，则相位调制检测器126将该信号从fifo缓冲器128引导到脉冲处理模块124，或者如果未检测到脉冲，则相位调制检测器126不将这些信号引导到脉冲处理模块124。

可以在接收器操作特性曲线图中捕获标准阈值检测性能，该曲线图包括对于给定的虚警概率(pfa)和检测概率(pd)的一组snr曲线。例如，roc曲线图指示pfa为0.2％且pd为99％将需要约15db的snr。典型的系统会进行权衡以确定丢失存在的脉冲和相应地检测不存在的脉冲的收益和成本两者。例如，威胁雷达检测器具有丢失所检测的脉冲的高成本，但会容忍错误检测，而监视传感器具有处理许多错误检测的高处理成本，但可以承受较低的检测率。

相对照地，图2所示的相位调制检测方法在较低的snr水平具有更好的检测。图3是示出对于100个子样本的窗口在给定的虚警率设置下的检测曲线(snr对pd)的概率的曲线图。因此，图2所示的方法即使在9db以下的snr也能给出良好的结果，远低于可靠检测信号所需的典型snr(通常为12db或15db)。这种方法的成本是一些延迟(由窗口长度给定)和对脉冲宽度的限制。

图4是根据一个实施方式的识别使用融合脉冲检测的系统10的组件和模块的框图。系统10的基本操作如下。如图所示，一组复杂的样本(可能在任意时间包括所接收的样本信号脉冲)流入融合脉冲检测系统。参数输入包括初始噪声功率ninit、期望的pfa和期望的pd。阈值检测器包括：信号功率估计模块12，其被配置为计算输入信号z的功率|zn|²；以及信号功率阈值比较器14，其将所计算的功率与信号功率阈值t进行比较。功率|zn|²还被输出到第三选择器16。

一方面，如果信号功率阈值比较器14确定|zn|²大于t，则第一选择器状态控制信号(图4中的“是”)被发送到第一选择器122和第三选择器16。另一方面，如果确定|zn|²不大于t；则第二选择器状态控制信号(图4中的“否”)被发送到第一选择器122和第三选择器16。

响应于接收到第一选择器状态控制信号，第一选择器122将信号z传递到脉冲处理模块124和脉冲结束处理模块30。脉冲被处理以产生pdw输出。相对照地，响应于接收到第二选择器状态控制信号，第一选择器122不将信号z传递到脉冲处理模块124和脉冲结束处理模块30。相对照地，第一选择器122将信号z传递到fifo缓冲器128和复杂样本相位估计模块24，该复杂样本相位估计模块24是相位调制检测器的一部分。

响应于接收到第二选择器状态控制信号(图4中的“否”)，第三选择器16将功率|zn|²传递到噪声功率估计模块20。相对照地，响应于接收到第一选择器状态控制信号(图4中的“是”)，第三选择器16不将功率|zn|²传递到噪声功率估计模块20。

噪声功率估计模块20被配置为基于输入样本功率、初始噪声功率ninit和期望的pfa来计算信号功率阈值t的实时滤波估计。这是通过计算运行平均值和方差|zn|²来实现的，分别在时间i处由μi和σi²表示，并且然后计算

ti＝μi+kσi

其中，k由标准正态分布的累积分布函数确定。k＝3的值给出pfa为99.73％。然后

t＝(1-α)t+αti

使用具有参数α的标准指数滤波器。

在脉冲处理期间，样本不被发送到噪声功率估计模块20、fifo缓冲器128和复杂样本相位估计模块24中的任何一个。如果未处理脉冲，则噪声功率估计模块20估计信号功率阈值t应该是多少以获得用于阈值检测方法的期望的pfa率。信号功率阈值t被发送到信号功率阈值比较器14和脉冲结束处理模块30。该信号功率阈值还被pfa/pd表用于产生用于二阶相位差估计模块26的窗口长度w，该二阶相位差估计模块26是相位调制检测器一部分；并且产生相位差阈值d以供相位差阈值比较器28使用，该相位差阈值比较器28也是相位调制检测器的一部分。fifo缓冲器128提供时间延迟，该时间延迟使样本与二阶相位差估计模块26的延迟对准。

如前所述，响应于接收到第二选择器状态控制信号，第一选择器122将信号z传递到fifo缓冲器128和复杂样本相位估计模块24。fifo缓冲器128以采样时钟速率并在w采样时间之后获取样本，将它们递送到输出，从而作为正常的“先进先出”电路操作。

复杂样本估计模块24被配置为计算每个样本的相位。二阶相位差估计模块26接收来自复杂样本估计模块24的相位估计。根据一个实施方式，二阶相位差估计模块26被配置为如图2所示。二阶相位差估计模块26产生值该值与相位差阈值比较器28中的相位差阈值d进行比较。

一方面，如果相位差阈值比较器28确定小于d(指示已经检测到相位调制脉冲信号)，则第三选择器状态控制信号被发送到第二选择器130，该第二选择器130将第二选择器130的第一输出端口可切换地连接到第二选择器130的输入端口。另一方面，如果确定不小于d，则第四选择器状态控制信号被发送到第二选择器130，该第二选择器130将第二选择器130的第二输出端口可切换地连接到第二选择器130的输入端口。第二选择器130的第一输出端口连接到脉冲处理模块124和脉冲结束处理模块30；第二选择器130的第二输出端口未连接。

响应于接收到第三选择器状态控制信号，第二选择器130将信号z从fifo缓冲器128传递到脉冲处理模块124和脉冲结束处理模块30。脉冲被处理以产生pdw输出。根据一个实施方式，值也被发送到脉冲处理模块以用作snr估计。相对照地，响应于接收到第四选择器状态控制信号，第二选择器130不将信号z传递到脉冲处理模块124和脉冲结束处理模块30。

脉冲结束处理模块30具有以下值得注意的方面。当通过阈值检测器初始化脉冲处理时，脉冲结束处理模块30使用诸如以下的标准方法来进行脉冲结束处理：当已经检测到具有小于t的信号功率的预设数量eop的连续样本时(值eop和t两者都输入到脉冲结束处理模块30)，则“完成”信号由脉冲结束处理模块30发送到脉冲处理模块124和第三选择器16；否则，发送“未完成”信号。这允许脉冲处理以更可靠的方式结束。然而，如果由相位调制检测器初始化脉冲处理，则响应于来自相位差阈值比较器28的指示不小于d的信号而发送“完成”信号(意味着不再检测到脉冲)。

虚警(falsealarm)概率/检测概率表22(在下文中称为“pfa/pd表22”)是预定义的表，其基于期望的虚警概率、期望的检测概率和测量的信噪比产生用于二阶差相位调制检测器的优选窗口长度和检测阈值。为了构建pfa/pd表22的一个示例，完成了仿真并生成了pfa和pd曲线。图5至图9是示出分别对于15db、10db、5db、0db和-5db的snr，由存储在相应pfa/pd表中的数据表示的pfa和pd曲线的曲线图。pd曲线是达到给定pd性能的阈值的下界，而pfa曲线是达到给定pfa性能的阈值的上界。更具体地，下曲线用于pd等于0.6847(-·-·-)、0.9545(……)和0.9973(-··-··-)，而上曲线用于pfa等于0.3173(——)、0.0455(---)和0.9973(----)。图9示出在snr为-5db时，二阶差相位调制检测器是无用的，但是在snr高于0db时，二阶差相位调制检测器能够用作具有较大窗口的用于较低snr的检测器。

较大的窗口以更多的延迟为代价提供更好的性能，并且还意味着如果短脉冲在脉冲宽度上小于窗口长度，则可能会丢失短脉冲。因此，pfa/pd表22将产生给出期望性能的最小窗口长度。这是在两条曲线的交点处确定的，这也确定了相应的二阶相位差阈值d。例如，图7示出对于5db的snr，窗口长度w为50个样本和归一化二阶相位差阈值d为0.48将给出pd为99.73％，pfa为0.27％。这里，阈值归一化为噪声功率水平1。

来自pfa/pd表的归一化阈值将乘以t以给出最终相位差阈值d，该阈值d用于与二阶相位差估计模块26的输出进行比较(参见图4)。

除了给定pfa和pd的存储值w之外，其逆1/w也可以存储在pfa/pd表22中。这消除了进行除法的需要(这通常是非常硬件密集的)。

已经描述了用于通过彼此互补的两种不同方法的组合(融合)来更好地检测脉冲的方法和装置(means)。第一种脉冲检测技术使用信号功率阈值。当脉冲幅度的平方超过信号功率阈值时，声明脉冲的开始并且开始脉冲处理。第二种脉冲检测技术是基于模型的，并且使用窗口检测器，当脉冲在窗口内具有一致的二阶差相位值时，该检测器超过相位差阈值。

本文将某些系统、设备、应用或过程描述为包括多个模块。模块可以是可以以软件、硬件或其组合来实现的不同功能的单元。当通过软件在任何部分执行模块的功能时，模块可以包括非暂时性有形计算机可读存储介质。以上公开的方法使用流式(或动态)计算，并且因此被配置为执行那些计算的模块适用于fpga或asic或其他基于硬件的实现。

尽管已经参考各种实施方式描述了用于使用融合阈值/相位调制检测技术来检测脉冲的系统和方法，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本文的教导的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物代替其元件。另外，可以进行许多修改以使本文所公开的概念和对实践的减少适应于特定情况。因此，旨在由权利要求所覆盖的主题不限于所公开的实施方式。

以上公开的实施方式使用一个或多个处理或计算装置。这样的装置通常包括处理器、处理装置或控制器，诸如通用中央处理单元、微控制器、精简指令集计算机处理器、asic、可编程逻辑电路、fpga、数字信号处理器和/或能够执行本文所述功能的任何其他电路或处理装置。本文描述的方法可以被编码为体现在非暂时性有形计算机可读存储介质中的可执行指令，该非暂时性有形计算机可读存储介质包括但不限于存储装置和/或存储器装置。当这样的指令由处理装置执行时，使处理装置执行本文描述的方法的至少一部分。以上示例仅是示例性的，并且因此不旨在以任何方式限制术语“处理器”和“计算装置”的定义和/或含义。

此外，本公开包括根据以下项的实施方式：

项1.一种用于以流方式检测所接收的信号中的脉冲的方法，包括：

(a)对所接收的信号进行采样以产生数字格式的样本；

(b)估计用于每个样本的所接收的信号的相应信号功率；

(c)确定在步骤(b)中估计的信号功率小于信号功率阈值；

(d)在步骤(c)之后，估计窗口内多个样本的相位的相应二阶差；

(e)确定在步骤(d)中估计的二阶差小于相位差阈值；以及

(f)处理窗口内的样本以生成信息向量，该信息向量包括所接收的信号中的脉冲的参数值的相应数据集。

项2.根据项1所述的方法，还包括在步骤(c)期间和步骤(f)之前，将窗口内的样本存储在先进先出缓冲器中。

项3.根据项2所述的方法，还包括将窗口内的样本从先进先出缓冲器传递到脉冲处理模块，该脉冲处理模块被配置为响应于步骤(e)执行步骤(f)。

项4.根据项1所述的方法，还包括：

(g)对于在步骤(c)之后且在步骤(d)之前的每个信号样本估计所接收的信号的相应瞬时信号相位。

项5.根据项3所述的方法，其中，步骤(f)以时间延迟执行，该时间延迟是连续执行步骤(g)、(d)和(e)所固有的延迟的函数。

项6.根据项5所述的方法，其中，在执行步骤(f)时不执行步骤(g)、(d)和(e)。

项7.根据项1所述的方法，还包括：

(g)基于用于样本的所接收的信号的信号功率、初始噪声功率和期望的虚警概率来计算信号功率阈值的实时滤波估计；以及

(h)将信号功率阈值发送到执行步骤(c)的信号功率阈值比较器。

项8.根据项7所述的方法，还包括：

(i)生成期望的虚警概率和期望的检测曲线概率；

(j)构造查找表，该查找表包括表示在步骤(i)中生成的期望的虚警概率和期望的检测曲线概率的数据值；以及

(k)基于期望的虚警概率、期望的检测概率和测量的信噪比，从查找表中检索窗口长度和相位差阈值。

项9.根据项1所述的方法，还包括：

(g)将信息向量的参数值的数据集存储在非暂时性有形计算机可读存储介质中；

(h)基于所存储的参数值的数据集识别信号发射器；

(i)相对于参考系定位信号发射器；以及

(j)将控制信号发送到车辆的致动器控制器，该控制信号基于在步骤(i)中确定的信号发射器的位置来引导车辆的运动。

项10.根据项1所述的方法，还包括：

(g)确定在步骤(d)中估计的二阶差不再小于相位差阈值；以及

(h)响应于步骤(g)结束步骤(f)。

项11.一种用于以流方式检测所接收的信号中的脉冲的方法，包括：

(a)对所接收的信号进行采样以产生数字格式的样本；

(b)估计用于每个样本的所接收的信号的相应信号功率；

(c)确定在步骤(b)中估计的信号功率小于信号功率阈值；

(d)估计在步骤(c)之后的窗口内多个样本的相位的相应d阶差，其中，d是大于1的整数；

(e)确定在步骤(d)中估计的d阶差小于相位差阈值；以及

(f)处理窗口内的样本以生成信息向量，该信息向量包括所接收的信号中的脉冲的参数值的相应数据集。

项12.根据项11所述的方法，还包括：

(g)对于在步骤(c)之后且在步骤(d)之前的每个信号样本估计所接收的信号的相应瞬时信号相位。

项13.根据项12所述的方法，其中，步骤(f)以时间延迟执行，该时间延迟是连续执行步骤(g)、(d)和(e)所固有的延迟的函数。

项14.根据项13所述的方法，其中，在执行步骤(f)时不执行步骤(g)、(d)和(e)。

项15.根据项11所述的方法，还包括：

(g)确定在步骤(d)中估计的二阶差不再小于相位差阈值；以及

(h)响应于步骤(g)结束步骤(f)。

项16.一种用于以流方式检测所接收的信号中的脉冲的系统，包括：

换能器，用于将所接收的能量波转换为电形式的所接收的信号；

滤波器，用于使所接收的信号的具有选定频率带宽内的频率的一部分通过；

模数转换器，被配置为对由滤波器输出的所接收的信号进行采样以产生信号样本；

脉冲处理模块，被配置为处理信号样本以生成信息向量，该信息向量包括所接收的信号中的脉冲的参数值的相应数据集；

缓冲器，被配置为存储信号样本的窗口；

阈值检测器，被配置为：如果检测到信号功率超过信号功率阈值，则将信号样本引导到脉冲处理模块；或者如果信号功率不超过信号功率阈值，则将信号样本引导到缓冲器；以及

相位调制检测器，该相位调制检测器被连接以接收信号样本，该信号样本被发送到缓冲器，并且该相位调制检测器被配置为：如果窗口中连续信号样本的相位的二阶差小于相位差，则将信号样本从缓冲器引导到脉冲处理模块。

项17.根据项16所述的系统，其中，阈值检测器包括：

信号功率估计模块，被配置为估计用于每个样本的所接收的信号的相应信号功率；以及

信号功率阈值比较器，被配置为确定由信号功率估计模块估计的信号功率是否大于信号功率阈值。

项18.根据项17所述的系统，其中，相位调制检测器包括：

复杂样本相位估计模块，被配置为计算每个样本的相位；

二阶相位差估计模块，被配置为估计窗口内的多个样本的相位的相应二阶差；以及

相位差阈值比较器，被配置为确定由相位差估计模块估计的二阶差是否小于相位差阈值。

项19.根据项16所述的系统，还包括第一选择器，其被连接以接收信号样本，并根据由阈值检测器输出的选择器状态控制信号将信号样本传递到脉冲处理模块或相位调制检测器。

项20.根据项19所述的系统，还包括第二选择器，其被连接以接收来自缓冲器的信号样本，并根据由相位调制检测器输出的选择器状态控制信号将来自缓冲器的信号样本传递或不传递到脉冲处理模块。

项21.根据项16所述的系统，还包括：

非暂时性有形计算机可读存储介质，其存储由脉冲处理模块生成的信息向量的参数值的数据集；以及

计算机系统，被配置为基于所存储的参数值的数据集识别信号发射器、定位信号发射器并将控制信号发送到车辆的致动器控制器，该控制信号基于信号发射器的位置来引导车辆的运动。

项22.根据项16所述的系统，还包括噪声功率估计模块，被配置为基于输入样本功率、初始噪声功率和期望的虚警概率来计算信号功率阈值的实时滤波估计。

项23.根据项12所述的系统，还包括虚警概率/检测概率表，被配置为使用来自噪声功率估计模块的信号功率阈值来产生窗口长度和相位差阈值。

除非权利要求语言明确指定或指出指示执行那些步骤中的一些或所有步骤的特定顺序的条件，否则下文阐述的方法权利要求不应被解释为要求其中所述的步骤以字母顺序(权利要求中的任何字母顺序仅用于引用先前所述的步骤的目的)或以它们被叙述的顺序来执行。除非权利要求语言明确指出排除这种解释的条件，否则方法权利要求也不应解释为排除同时或交替执行的两个或多个步骤的任何部分。