一种低频正交天线信号检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种低频正交天线信号检测方法及系统。该方法包括步骤：建立低频正交天线的二维信号检测模型，该二维信号检测模型中，低频正交天线的接收信号是方向系数向量函数与发射端信号之积与噪声函数的和，方向系数向量函数是描述低频正交天线辐射场方向性的函数，噪声函数是描述低频正交天线接收噪声的函数；根据已知的接收信号对该二维信号检测模型求解识别发射端信号。本发明专利技术的检测效果好，误码率低。误码率低。误码率低。

【技术实现步骤摘要】
一种低频正交天线信号检测方法及系统


[0001]本专利技术属于天线
，更具体地，涉及一种低频正交天线信号检测方法及系统。

技术介绍

[0002]在甚低频、超低频通信中，由于受大气噪声影响，该频段噪声呈现明显的非高斯特征。采用传统的匹配滤波检测，码元判决时误码率性能会严重下降，而采用信道参数估计的方法，在准确估计噪声模型参数的基础上对码元进行检测，被认为是最优接收。利用α稳定分布、混合高斯分布、Class B噪声模型等对大气噪声进行建模，并采用非线性回归估计、谱估计、马尔科夫链蒙特卡洛算法等对噪声模型参数进行估计，并实现信号检测或判决。
[0003]值得注意的问题是，在甚低频、超低频等低频通信中，由于该频段电磁波的波长较长，实际应用中通常采用磁性天线、环天线等接收信号，保证天线尺寸较小的前提下实现有效接收。但是由于单根天线在水平面的方向图存在接收盲区，所以为了实现全向接收，通常采用两根正交放置的天线构成全向天线接收信号。接收信号的方式，现有技术1中选取其中一路信号较强的进行接收；现有技术2中通过前级处理，将一根天线的信号移相π/2，和第二根天线的信号相加，将两根天线信号合成一路信号，对合成后的信号进行检测，合成信号与来波方向和天线的夹角无关。第一种方式，只利用了其中一根天线的信号，并且信号接收的强度并不一定是最大信号接收方向。第二种方式，虽然利用了两根天线的信息，但是需要前级的信号处理，并且合成信号的信噪比变差，接收到的噪声强度是单根天线接收噪声强度的π/2倍。并且现有技术中，接收信号的模型一般都是表示为一维的信号加噪声序列。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种低频正交天线信号检测方法及系统，检测效果好，误码率低。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种低频正交天线信号检测方法，包括步骤：建立低频正交天线的二维信号检测模型，该二维信号检测模型中，低频正交天线的接收信号是方向系数向量函数与发射端信号之积与噪声函数的和，方向系数向量函数是描述低频正交天线辐射场方向性的函数，噪声函数是描述低频正交天线接收噪声的函数；根据已知的接收信号对该二维信号检测模型求解识别发射端信号。
[0006]进一步地，所述对该二维信号检测模型求解识别发射端信号包括步骤：分别选取方向系数向量函数、噪声函数中待估计参数的先验分布以及先验分布中的先验信息，对待估计参数进行初始化；根据已知的接收信号以及待估计参数的先验分布确定待估计参数的后验分布，进而确定发射端信号。
[0007]进一步地，选取方向系数向量函数、噪声函数中待估计参数的先验分布为共轭先
验分布，以使得待估计参数的后验分布和先验分布在同一分布族。
[0008]进一步地，噪声函数采用二维的非高斯噪声模型。
[0009]进一步地，二维信号检测模型为：X
i = f(θ)S
i
+N
i
,i=1,2,
…
,N其中，N为码元个数，S
i
为第i个码元对应的发射端信号，N
i
为第i个码元对应的噪声，X
i
为第i个码元对应的接收信号，f(θ)为方向系数向量函数，表示克罗内克积。
[0010]进一步地，噪声函数采用2个二维高斯噪声构建二维的非高斯噪声模型：其中，Gaussian表示二维高斯分布，0表示第l个二维高斯分布的零均值矩阵，Σ
l
表示第l个二维高斯分布的协方差矩阵，ω
l
表示第l个二维高斯分布的权重，l的取值为1和2，。
[0011]进一步地，引入类别指示变量t
i
对N
i
进行区分，当N
i
属于第l个二维高斯分布时，t
i
的取值为l，t
i
满足：P(t
i
=l)=ω
l
, l=1,2其中，P(t
i
=l)表示t
i
的取值为l时的概率。
[0012]进一步地，方向系数向量函数为f(θ)，θ为来波方向与预设坐标轴的夹角，，预设坐标轴为低频正交天线中其中一个天线的长轴方向。
[0013]按照本专利技术的第二方面，提供了一种低频正交天线信号检测系统，包括：建模模块，用于建立低频正交天线的二维信号检测模型，该二维信号检测模型中，低频正交天线的接收信号是方向系数向量函数与发射端信号之积与噪声函数的和，方向系数向量函数是描述低频正交天线辐射场方向性的函数，噪声函数是描述低频正交天线接收噪声的函数；求解模块，用于根据已知的接收信号对该二维信号检测模型求解识别发射端信号。
[0014]总体而言，本专利技术充分利用了低频正交天线的特点，通过构建低频正交天线的二维信号检测模型，引入方向系数向量函数来描述低频正交天线辐射场方向性的函数，引入噪声函数来描述低频正交天线接收噪声，根据已知的接收信号对该二维信号检测模型求解识别发射端信号，检测效果好，误码率低。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施例的低频正交天线接收信号方向图示意图；图2是本专利技术实施例的低频正交天线的其中一根天线实测接收噪声示意图；图3分别是本专利技术实施例的低频正交天线的另一根天线实测接收噪声示意图；图4是本专利技术实施例的实测噪声和估计噪声的幅度概率分布；图5是本专利技术实施例的不同夹角θ下的误码率示意图；图6是本专利技术实施例的方法与现有技术的误码率对比示意图。
具体实施方式
[0016]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0017]本专利技术实施例的一种低频正交天线信号检测方法，包括步骤：S1，建立低频正交天线的二维信号检测模型，该二维信号检测模型中，低频正交天线的接收信号是方向系数向量函数与发射端信号之积与噪声函数的和，方向系数向量函数是描述低频正交天线辐射场方向性的函数，噪声函数是描述低频正交天线接收噪声的函数。
[0018]S2，根据已知的接收信号对该二维信号检测模型求解识别发射端信号。
[0019]1、首先对低频正交天线辐射场方向性进行分析。
[0020]低频正交天线通常采用水平正交放置的两个长直磁性天线构成，因单个磁性天线在水平面的方向图为“8”字形，为了避免单个天线出现的接收盲区，通常由两根天线正交放置构成全向天线。
[0021]建立如图1所示的坐标系，以天线1的长轴向为Z轴，假设来波方向与Z轴的夹角为θ，且天线最大接收方向接收的信号为U。则天线1接收的信号为U1=Usinθ，天线2接收的信号为U2=Ucosθ。无论θ如何变化，至少保证了其中一根天线能够接收到信号。
[0022]方向系数向量函数是描述低频正交天本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低频正交天线信号检测方法，其特征在于，包括步骤：建立低频正交天线的二维信号检测模型，该二维信号检测模型中，低频正交天线的接收信号是方向系数向量函数与发射端信号之积与噪声函数的和，方向系数向量函数是描述低频正交天线辐射场方向性的函数，噪声函数是描述低频正交天线接收噪声的函数；根据已知的接收信号对该二维信号检测模型求解识别发射端信号。2.如权利要求1所述的一种低频正交天线信号检测方法，其特征在于，所述对该二维信号检测模型求解识别发射端信号包括步骤：分别选取方向系数向量函数、噪声函数中待估计参数的先验分布以及先验分布中的先验信息，对待估计参数进行初始化；根据已知的接收信号以及待估计参数的先验分布确定待估计参数的后验分布，进而确定发射端信号。3.如权利要求2所述的一种低频正交天线信号检测方法，其特征在于，选取方向系数向量函数、噪声函数中待估计参数的先验分布为共轭先验分布，以使得待估计参数的后验分布和先验分布在同一分布族。4.如权利要求1所述的一种低频正交天线信号检测方法，其特征在于，噪声函数采用二维的非高斯噪声模型。5.如权利要求1所述的一种低频正交天线信号检测方法，其特征在于，二维信号检测模型为：X
i = f(θ)S
i
+N
i
,i=1,2,
…
,N其中，N为码元个数，S
i
为第i个码元对应的发射端信号，N
i
为第i个码元对应的噪声，X
i
为第i个码元对应的接收信号，f(θ)为方向系数向量函数，表示克罗内克积。6.如权利要求5所述的一种低频正交天线信号检测方法，其特征在于，噪声函数采用2个二维高斯噪声构建二维的非高斯噪声模型：其中，Gaussian表示二维高斯分布，0表示第...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯士民，陈斌，付天晖，李丽华，王世宇，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：