适用于冲击噪声下的直接序列扩频信号检测方法与流程

本发明涉及目标检测技术领域，提供一种适用于冲击噪声下的直接序列扩频信号检测方法。

背景技术：

冲击噪声是一种时域波形中存在显著尖峰的噪声，产生的因素包括水面交通、水下生物活动、大气雷电和人为干扰等。目前，水下声通信以及陆地无线电通信等技术领域都涉及对冲击噪声的研究。直接序列扩频信号是一种经过扩频序列调制的信号，被广泛应用于保密、抗干扰通信和卫星导航定位等领域。解决冲击噪声下的直接序列扩频信号检测问题对提升信号检测系统对冲击噪声环境的适应能力具有重要意义。

现有的直接序列扩频信号检测方法主要有能量检测法^[1]、均方相关检测法^[2]、高阶谱法^[3]以及主成分分析法^[4]等。以上所有方法均以高斯白噪声为背景，检测过程中需计算信号的二阶或高阶矩，但是冲击噪声不存在二阶及高阶矩，因此现有方法不适用于冲击噪声下的直接序列扩频信号检测。目前尚无适用于冲击噪声下的直接序列扩频信号检测方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，提供一种适用于冲击噪声下的直接序列扩频信号检测方法，该方法鲁棒性强，可实现盲检测，且计算步骤简单。

本发明的技术方案是：对接收端截获的信号进行处理得到基带信号；将基带信号分为若干不重叠的段；计算每段的分数阶相关函数，得到分数阶均方相关序列；如果分数阶均方相关序列中的最大值超过预设门限，则判定接收端截获的信号中存在直接序列扩频信号，否则判定不存在。

本发明的有益效果是，本发明提供的适用于冲击噪声下的直接序列扩频信号检测方法：①实验证明，该方法对分段长度的选择不敏感，所以其鲁棒性强；②该方法在选择分段长度时，无论分段长度是否等于待检测直接序列扩频信号的扩频增益，若接收端截获的信号中存在直接序列扩频信号，则计算得到的分数阶均方相关序列中的最大值超过预设门限，否则分数阶均方相关序列中的最大值不超过预设门限，从而判定接收端截获的信号中是否存在直接序列扩频信号。所以该方法不依赖于待检测直接序列扩频信号关于扩频增益的先验信息，可实现盲检测；③本发明计算步骤简单，易于实现。

附图说明

图1是对基带信号处理的流程图；

图2是对接收端截获的信号分段区间示意图；

图3是利用本发明计算某种直接序列扩频信号的分数阶均方相关序列示意图；

图4是本发明对参数选择的敏感性测试示意图；

图5是本发明对某种直接序列扩频信号的检测概率与基带信号的广义信噪比的关系示意图

具体实施方式

下面详细说明本发明阐述的适用于冲击噪声下的直接序列扩频信号检测方法。

图1是对基带信号处理的流程图。详细步骤如下：

①首先将接收端截获的信号加窗分离，分为不重叠的m段，每段数量为l个，m和l的取值根据实际情况选择。如图2所示。

②计算第m段的分数阶相关函数其中m＝1,2,…,m-1，计算式为：

其中，yn指基带信号第m段的第n个元素，yn+k指基带信号第m段的第n+k个元素，(·)^<p>为分数矩运算，定义为(·)^<p>＝|·|^p-1(·)^*，|·|为取模运算，(·)^*为共轭运算。p为分数矩的阶数，取值在区间[0,0.1]均可。k为时移参量，k＝1,2,…,k。k是最大时移参量，取值为2l-1。原则上计算m-1段分数阶相关函数和计算m段分数阶相关函数对方法的有效性几乎无影响。

③得到m-1个分数阶相关函数之后，利用下式计算分数阶均方相关序列ρ(k)：

④最后计算分数阶均方相关序列的最大值λ：

并和预设门限t进行比较，当λ超过门限值t时，即可判定直接序列扩频信号存在，否则判定不存在。利用下式计算预设门限：

其中e(·)表示求期望运算，q^-1(·)表示q函数的反函数，pfa表示预设的虚警概率，d(·)表示求方差运算。

图3至图5是进行仿真实验的结果。实验中，直接序列扩频信号采用二进制相移键控调制，扩频增益为63，将基带信号分为m＝64段，虚警概率pfa设为0.1。本实例中的冲击噪声服从对称α稳定分布，其特征指数α＝1.5。定义广义信噪比为单位为db，其中为信号功率，γ为噪声尺度参数。

图3给出了不同基带信号的广义信噪比时，在冲击噪声环境下，基带信号的分数阶均方相关序列示意图，实验中每段信号长度l＝63，最大时移参量k＝2l-1。图中横坐标表示时移参量k，纵坐标表示分数阶均方相关序列ρ(k)的值，虚线表示基带信号的广义信噪比为0db时的分数阶均方相关序列，点划线表示基带信号的广义信噪比为-3db时的分数阶均方相关序列，粗实线表示冲击噪声的分数阶均方相关序列，细实线表示预设门限的值。从图中可以看出，当接收端截获的信号中存在直接序列扩频信号时，分数阶均方相关序列的最大值超过检测门限；而不存在直接序列扩频信号时，分数阶均方相关序列的最大值不会超过检测门限，所以该方法可以检测冲击噪声中是否包含直接序列扩频信号。

图4给出了冲击噪声环境，基带信号的广义信噪比2db时，选择不同分段长度l对该方法检测概率的影响。图中横坐标表示分段长度l的取值，为63到81之间的整数，纵坐标表示检测概率，每个l的取值下重复实验1000次。从图中可以看出，当分段长度l的取值在63到81之间时，检测概率均大于0.9，因此本发明涉及的方法几乎不受分段长度选择的影响，算法鲁棒性强。

图5给出了本发明涉及的方法的检测概率与基带信号的广义信噪比的关系示意图，实验中分段长度l的取值为63。图中横坐标表示基带信号的广义信噪比，取值为-12db到8db，纵坐标表示检测概率，每个广义信噪比下重复实验1000次。从图中可以看出，当基带信号的广义信噪比大于1db时，检测概率高于0.9，因此当基带信号的广义信噪比大于1db时，本发明涉及的方法几乎可以完全检测出基带信号中包含的直接序列扩频信号。

本发明的适用于冲击噪声下的直接序列扩频信号检测方法可以有效地在冲击噪声中检测直接序列扩频信号，该方法对分段长度的选择不敏感，其鲁棒性强；不依赖于待检测直接序列扩频信号关于扩频增益的先验信息，可实现盲检测；计算步骤简单，易于实现。

参考文献

[1]davidovici,s.,andkanterakis,e.g.:‘radiometricdetectionofdirectsequencespreadspectrumsignalsusinginterferenceexcision’,ieeejournalonselectedareasincommunications.,1989,7(4),pp.576-589.

[2]burel,g.,bouder,c.andberder.d.:‘detectionofspreadspectrumtransmissionswithoutpriorknowledge’,globaltelecommunicationsconference.(globecom),november2001,pp.236-239.

[3]adams,e.r.,andhill,p.c.j.:‘detectionofdirectsequencespreadspectrumsignalsusinghigherorderstatisticalprocessing’,proceedingsofieeeinternationalconferenceonacoustics,speechandsignalprocessing.(icassp),munich,germany,april1997,pp.3849-3852.

[4]vlok,j.d.,andoliver,j.c.:‘non-cooperativedetectionofweakspreadspectrumsignalsinadditivewhitegaussiannoise’,ietcommun.,2012,6,(16),pp.2513-2524.