基于信号互模糊函数的卫星通信同频复用小信号检测方法技术

本发明专利技术公开一种基于信号互模糊函数的卫星通信同频复用小信号检测方法，包括如下步骤：(10)转发信号获取：从接收的调制信号数据中，获取本波束转发信号及同频复用波束转发信号；(20)互模糊函数计算：利用分段相关累加的方法，计算本波束转发信号和同频复用波束转发信号的二阶互模糊函数；(30)峰值搜索：搜索二阶互模糊函数，得到峰值；(40)小信号检测：将峰值与检测门限比较，若峰值大于检测门限，则判定检测到同频复用小信号，否则判定为未检测到同频复用小信号。采用本发明专利技术的小信号检测方法，能够充分利用已知信号，易于实现，在低信噪比情况下准确率高。

A method for detecting small signal in the same frequency of satellite communication based on signal cross ambiguity function

The invention discloses a method for satellite communication signal ambiguity function based on frequency reuse small signal detection, which comprises the following steps: (10) signal acquisition: forwarding data received from the modulation signal, the signal acquisition and frequency multiplexing beam transmitting beam transmitting signal; (20) the cross ambiguity function method using piecewise calculation: correlation, calculation of the beam and transmitted the signal with frequency multiplexing signal beam forwarding two order ambiguity function; (30) peak search: search two order cross ambiguity function, get the peak; (40) small signal detection: compared with the peak detection threshold, if the peak detection threshold is determined to detect the same small signal frequency multiplexing, otherwise judged to be not detected with small signal frequency multiplexing. The small signal detection method of the invention can make full use of the known signal, is easy to realize, and has high accuracy in the condition of low signal to noise ratio.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星通信和数字信号处理
，特别是一种基于信号互模糊函数的卫星通信同频复用小信号检测方法。
技术介绍
信号检测技术运用电子学、信息论和物理学方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号和噪声的统计特性及其差别，采用一系列信号处理方法，检测出被背景噪声覆盖的信号。对通信信号的检测是对信号进行参数识别、测向定位和侦收解调等的前提条件，只有检测到信号，才有可能进行下一步的信号处理。因此，对通信信号的检测是通信和通信对抗研究中的热点问题之一。由于卫星通信系统通常是一个功率受限系统，并且信号传播距离遥远，导致卫星信号的接收信噪比较低，是一种典型的弱信号场景。目前国内外已发表的有关信号检测的文献中，信号检测方法大致可以分为：以线性方法为主的常规信号检测方法，和以非线性方法为主的新型信号检测方法。基于线性的信号检测方法主要包括：时域检测法、频域检测法和时频分析法等，基于非线性的信号检测方法主要包括：随机共振方法、混沌理论检测法和人工神经网络方法等。卫星通信同频复用小信号的检测需要在较低信噪比的情况下有较好的检测性能，可以利用本波束转发信号的特征辅助进行信号检测，专门针对卫星通信同频复用小信号的检测方法几乎没有。针对卫星通信这一特殊通信场景，这些方法也存在一些不足：1、算法复杂，实现困难，难以做到实时的信号检测；2、受噪声影响较大，在低信噪比的环境中检测性能较差，不能满足卫星通信中接收信号信噪比较低的弱信号场景；3、非线性分析法虽然是目前信号检测研究的热点之一，但存在局限性，应用还不成熟，目前还处于理论阶段，如混沌理论检测法，仍处于仿真阶段，应用范围有局限，如随机共振的绝热近似理论与线性响应理论要求输入信号的频率f<<1以满足假设条件。但在实际应用中的信号频率往往与此要求有很大差别，卫星通信系统中更是远远超出了满足随机共振理论要求的频率范围。总之，现有技术存在的问题是：对卫星通信同频复用小信号的检测，不能充分利用已知信号的特征，抗噪声能力差，在低信噪比情况下检测性能较差，且计算复杂，实现困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于信号互模糊函数的卫星通信同频复用小信号检测方法，能够充分利用已知信号，易于实现，在低信噪比情况下准确率高。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于信号互模糊函数的卫星通信同频复用小信号检测方法，其特征在于，包括如下步骤：(10)转发信号获取：从接收的调制信号数据中，获取本波束转发信号及同频复用波束转发信号；(20)互模糊函数计算：利用分段相关累加的方法，计算本波束转发信号和同频复用波束转发信号的二阶互模糊函数；(30)峰值搜索：搜索二阶互模糊函数，得到峰值；(40)小信号检测：将峰值与检测门限比较，若峰值大于检测门限，则判定检测到同频复用小信号，否则判定为未检测到同频复用小信号。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：1、适应性强：本方法能够适应各种复杂信号、噪声环境；2、抗噪声能力强：本方法抗噪声能力强，在低信噪比情况下准确率高，能够较好地满足卫星通信中接收信号信噪比较低的弱信号场景；3、计算复杂度低：本方法提出一种分段相关累加计算二阶互模糊函数的方法，分别在各时段上计算模糊函数，并提出分段模糊函数中可采取一些合理近似以进一步减少计算量，最后将分段模糊函数相关累加得到一个总的互模糊函数，大大降低了计算复杂度；4、适合卫星通信信道特点：卫星通信信道为AWGN信道，信号成形一般均采用升余弦成形，适合卫星通信信道的特点。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明。附图说明图1是本专利技术的应用场景示意图。图2是本专利技术基于信号互模糊函数的卫星通信同频复用小信号检测方法的流程图。图3是图2中互模糊函数计算步骤的流程图。图4是图2中峰值搜索步骤的流程图。图5是基于二阶互模糊函数的BPSK信号检测正确率。图6是基于二阶互模糊函数的BPSK信号检测虚警率。图7是基于二阶互模糊函数的QPSK信号检测正确率。图8是基于二阶互模糊函数的QPSK信号检测虚警率。具体实施方式如图1所示，本专利技术基于信号互模糊函数的卫星通信同频复用小信号检测方法涉及一颗多波束卫星和一个地面站，地面覆盖区七波束复用，波束A、B为同频复用波束，设波束A为本波束，则A波束转发的信号，其相邻的同频复用波束B也可能转发，本专利技术用于已知A波束转发信号的特征时，检测B波束转发的信号强度较小的信号。如图2所示，本专利技术一种基于信号互模糊函数的卫星通信同频复用小信号检测方法，其特征在于，包括如下步骤：(10)转发信号获取：从接收的调制信号数据中，获取本波束转发信号及同频复用波束转发信号；(20)互模糊函数计算：利用分段相关累加的方法，计算本波束转发信号和同频复用波束转发信号的二阶互模糊函数；如图3所示，所述(20)互模糊函数计算步骤包括：(21)信号分段：设地面站发射信号为s(t)，r1(t)与r2(t)分别是地面接收站接收到的来自本波束与同频复用波束的转发信号，将时长为T的样点平均分为K段，则每段时长为T1＝T/K，第k段的信号为：r1k(t)＝r1(t+kT1),t∈[0,T1)，r2k(t)＝r2(t+kT1),t∈[0,T1)；(22)分段求互模糊函数：分别在各时段上计算互模糊函数，第k段的互模糊函数为：CAFSOS(D,Δf,k)=ejφk·∫0T1r1k(t)r2k*(t+D)e-j2πΔftdt,]]>其中，D为信号到达时间差，Δf为信号到达频率差，φk＝-2πΔfkT1为对各分段CAF进行相位补偿的相位校正项；所述(22)分段求互模糊函数步骤具体为：将第k段的互模糊函数表达为离散形式，如下式所示，CAFSOS(mTs,p·FsQ,k)=exp(-j2πp·FsQkNTs)Σn=0·Ts(N-1)Tsr1k(nTs)r2k*((n+m)Ts)exp(-j2πpFsQnTs),]]>其中，r1k(nTs)和r2k(nTs)是采样后的信号，N为第k段数据的样点个数，Ts为采样周期，时延D＝mTs，Fs＝1/Ts为采样频率，Fs/Q是频移分辨单元，频移Δf＝p·(Fs/Q)，对上式进行如下近似，CAFSOS(mTs,p&CenterDot本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于信号互模糊函数的卫星通信同频复用小信号检测方法，其特征在于，包括如下步骤：(10)转发信号获取：从接收的调制信号数据中，获取本波束转发信号及同频复用波束转发信号；(20)互模糊函数计算：利用分段相关累加的方法，计算本波束转发信号和同频复用波束转发信号的二阶互模糊函数；(30)峰值搜索：搜索二阶互模糊函数，得到峰值；(40)小信号检测：将峰值与检测门限比较，若峰值大于检测门限，则判定检测到同频复用小信号，否则判定为未检测到同频复用小信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于信号互模糊函数的卫星通信同频复用小信号检测方法，其特征在于，包
括如下步骤：
(10)转发信号获取：从接收的调制信号数据中，获取本波束转发信号及同频复用
波束转发信号；
(20)互模糊函数计算：利用分段相关累加的方法，计算本波束转发信号和同频复
用波束转发信号的二阶互模糊函数；
(30)峰值搜索：搜索二阶互模糊函数，得到峰值；
(40)小信号检测：将峰值与检测门限比较，若峰值大于检测门限，则判定检测到
同频复用小信号，否则判定为未检测到同频复用小信号。
2.根据权利要求1所述的小信号检测方法，其特征在于，所述(20)互模糊函数计
算步骤包括：
(21)信号分段：设地面站发射信号为s(t)，r1(t)与r2(t)分别是地面接收站接收到
的来自本波束与同频复用波束的转发信号，将时长为T的样点平均分为K段，则每段时
长为T1＝T/K，第k段的信号为：
r1k(t)＝r1(t+kT1),t∈[0,T1)，
r2k(t)＝r2(t+kT1),t∈[0,T1)；
(22)分段求互模糊函数：分别在各时段上计算互模糊函数，第k段的互模糊函数
为：
CAFSOS(D,Δf,k)=ejφk·∫0T1r1k(t)r2k*(t+D)e-j2πftdt,]]>其中，D为信号到达时间差，Δf为信号到达频率差，φk＝-2πΔfkT1为对各分段CAF
进行相位补偿的相位校正项；
(23)相关累加：将分段模糊函数相关累加，得到总的互模糊函数，如下式所示，
CAFSOS(D,Δf)=Σk=1KCAFSOS(D,Δf,k).]]>3.根据权利要求2所述的小信号检测方法，其特征在于，所述(22)分段求互模

【专利技术属性】
技术研发人员：张更新，王青媛，张威，王闯，边东明，谢智东，胡婧，聂宇雷，钟锡健，
申请(专利权)人：中国人民解放军理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32