【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于信号处理，具体涉及一种基于vg变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法、介质及设备。
技术介绍
1、随着5g大规模商用以及下一代移动通信技术(6g)的演进，无线设备及其应用业务数量迅速增加，频谱资源逐渐枯竭的问题日益严峻。认知无线电(cognitive radio，cr)通过引入机会频谱接入机制及频谱感知技术，充分利用了主用户的空闲频谱，为频谱资源利用率的提高提供了有效途径。传感技术作为频谱感知基石，其高精度高敏感传感器可精准捕捉无线环境中的微弱信号，为频谱感知提供有效数据输入。频谱感知作为实现认知无线电的首要环节，其任务是借助观测信号定义有效的检测统计量，基于假设检验模型对主用户信号的存在性进行统计判决。显然，对频谱感知算法的研究，是实现认知无线电系统有效、安全、可靠运行的关键课题。
2、现有频谱感知算法从检测统计量的获取方式来看，可分为基于统计信号处理与基于拓扑信号处理两类。前者通常将传感器采集的信号表示为时域、频域等欧氏空间形式并提取其统计特征，主要代表性算法有：能量检测、匹配滤波器、循环平稳特征检测、机器学习类检测算法等。后者则通过将信号映射成图、单纯复形等非欧氏空间形式，并提取其拓扑特征作为检测统计量，以完成频谱感知任务。该类算法可在不增加样本数的条件下，有效挖掘信号潜在的结构特征，为原有统计特征提供附加信息，也为定义新的检测统计量提供了重要线索，逐渐成为认知无线电频谱感知研究领域的热点。已有拓扑信号处理类频谱感知算法，主要依赖于图域变换，如量化图变换、可视图变换法等。而目前各类算法所存在的问题
3、(1)基于统计信号处理的算法中，特征量的可分性与稳定性往往依赖于大样本或高质量数据集，在样本数不足、训练数据集缺失等条件下，其性能难以保证。因此，在数据受限的条件下如何提高算法性能并控制复杂度是一个亟待研究的重点。
4、(2)各类噪声或背景干扰等问题。目前随着电磁环境的越来越复杂，信号容易受到各种不同的噪声干扰。
5、(3)低信噪比时性能不佳。目前大多数算法所适用的信噪比范围不够广泛，在低信噪比时的r0c曲线不佳。
6、(4)运算复杂度过高。主要存在于基于可视图的频谱感知算法，由于将随机序列变换成可视图的过程中，需要对每一个样本进行可视图变换，其复杂度为样本点数的平方阶，因此参与可视图变换的样本数越多，其运算复杂度越高。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种基于vg变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法、介质及设备。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种基于vg变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法，包括：
4、步骤1：获取观测信号，计算所述观测信号的自相关函数，并利用其对称性取半；
5、步骤2：对取半后的自相关函数样本等长分段，生成一系列短信号；对每段短信号做vg变换得到一系列邻接矩阵与度矩阵，并且以此计算出对应的标准化邻接矩阵；
6、步骤3：利用每一段短信号与对应的标准化邻接矩阵计算对应的二次型，对一系列二次型求和，以二次型之和作为检测统计量，对观测信号进行检测。
7、可选地，所述步骤1中，所述观测信号是叠加了高斯白噪声的二进制相移键控。
8、可选地，所述步骤1中，所述观测信号的自相关函数为：
9、
10、式中，r(n)代表观测信号，c(m)为r(n)的自相关函数，m表示自相关函数的自变量，n是观测信号样本数；
11、利用自相关函数的对称性取半得到：
12、
13、可选地，所述步骤2中，所述对取半后的自相关函数样本等长分段，生成一系列短信号，具体为：
14、对取半后的自相关函数样本c(m)每λ个分为一段，总共分成l＝[n/λ]段，n是样本数，并将每个分段视作短信号，得到新的序列组zi(k)，1≤i≤l，1≤k≤λ，分段如下：
15、
16、可选地，所述步骤2中，所述vg变换的可视性规则为：
17、
18、式中，a(xa，ya)，b(xb，yb)，c(xc，yc)为序列中的三个任意点，且满足xa＜xc＜xb。
19、可选地，所述步骤2中，所述标准化邻接矩阵an定义为：
20、
21、式中，d为邻接矩阵a的度矩阵。
22、可选地，所述步骤3中，所述利用每一段短信号与对应的标准化邻接矩阵计算对应的二次型，计算的二次型x如下：
23、x＝c(m)t·an·c(m)；
24、式中，c(m)为自相关函数，an为标准化邻接矩阵。
25、可选地，所述步骤3中，所述对一系列二次型求和，以二次型之和作为检测统计量，对观测信号进行检测，具体如下：
26、计算每个标准化邻接矩阵an的二次型x并求和得到xs；
27、设定如下的门限值η：
28、
29、式中，pfa为虚警概率，σ0为xs对应的高斯分布标准差，μ0为xs对应的高斯分布均值，互补误差函数x和y表示随机变量xs的样本取值，erfc-1为其逆函数；
30、比较二次型之和xs和门限值η，若满足xs＞η，则表示检测信号中存在主用户信号；若不满足，则表示检测信号中不存在主用户信号。
31、第二方面，本专利技术提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序使计算机执行如第一方面所述的基于vg变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法。
32、第三方面，本专利技术提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现如第一方面所述的基于vg变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法。
33、本专利技术的有益效果是：本专利技术是研究在低信噪比下，对认知无线电信号的检测。本专利技术采用非规则域中的图域信号检测办法，通过将观测信号变换为可视图，获取其标准化邻接矩阵，并标准化邻接矩阵的图二次型之和作为检测统计量对信号和噪声进行检测。该方法具有以下优势：
34、(1)选择了图标准化邻接矩阵的二次型之和作为检测统计量，充分利用并融合观测信号的统计特性与拓补特性，提高了低信噪比时的检测性能，且无需对图邻接矩阵或拉普拉斯矩阵进行特征分解，具有较低的计算复杂度；
35、(2)将观测信号的分段自相关函数作为可视图变换的输入，减少了参与图变换的样本数，减少了计算复杂度；同时可增加图二次型之和的偏移系数，从而提高算法的检测效能。
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1.基于VG变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于VG变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法，其特征在于：所述步骤1中，所述观测信号是叠加了高斯白噪声的二进制相移键控。
3.如权利要求2所述的基于VG变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法，其特征在于：所述步骤1中，所述观测信号的自相关函数为：
4.如权利要求1所述的基于VG变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法，其特征在于：所述步骤2中，所述对取半后的自相关函数样本等长分段，生成一系列短信号，具体为：
5.如权利要求4所述的基于VG变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法，其特征在于：所述步骤2中，所述VG变换的可视性规则为：
6.如权利要求4所述的基于VG变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法，其特征在于：所述步骤2中，所述标准化邻接矩阵An定义为：
7.如权利要求1所述的基于VG变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法，其特征在于：所述步骤3中，所述利用每一段短信号与对应的标准化邻接矩阵计算对应的二次型，计算的
8.如权利要求1所述的基于VG变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法，其特征在于：所述步骤3中，所述对一系列二次型求和，以二次型之和作为检测统计量，对观测信号进行检测，具体如下：
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序使计算机执行如权利要求1-8任一项所述的基于VG变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现如权利要求1-8任一项所述的基于VG变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法。
...【技术特征摘要】
1.基于vg变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于vg变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法，其特征在于：所述步骤1中，所述观测信号是叠加了高斯白噪声的二进制相移键控。
3.如权利要求2所述的基于vg变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法，其特征在于：所述步骤1中，所述观测信号的自相关函数为：
4.如权利要求1所述的基于vg变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法，其特征在于：所述步骤2中，所述对取半后的自相关函数样本等长分段，生成一系列短信号，具体为：
5.如权利要求4所述的基于vg变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法，其特征在于：所述步骤2中，所述vg变换的可视性规则为：
6.如权利要求4所述的基于vg变换与图二次型的认知无线电频谱感知方法，其特征在于：所述步骤2中，所述标准化...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡国兵，杜宇鑫，宋军，杨莉，赵嫔姣，姜志鹏，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：
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