2982010,46(95)Comp吹;E吻neoringandAPPlicat动ns计算机⼯程与应⽤
基于频域⾃适应门限的短波信号检测
唐琳，郭贵虎，李建民，黄猛
TANGLin,GUOGui⼀hu,LlJian⼀min,HUANGMeng
中国⼈民解放军91635部队
Unit91635ofthePLA
E⼀mail:*************
TANGLin,GUOGui七u,LlJian--l叮in,etaLSignaldetectionbasedon
domainforwide⼀www.doczj/doc/1117226280.html
Puter
(95):298⼀300.
se】f-召daPtivethresholdinfrequency音响没声音怎么回事
EnglneeringandAPPlications,2010
Abstraet:51罗alreeonnaissaneeinhighfrequeney15animportantmeansOfeollee*ingandobtainingmodern intelligenee.Inallusiontosueheharacteristiesofsignalinhighfrequeneyasnostability,Paroxysmandinstan-
taneity,thisPaperanalyzesandresearchesontime⼀frequeneyeharaeteristiesof杭de⼀bandsignalthroughthe
time⼀frequeneyanalysisofwide⼀band51罗al.WithPu印osesOfimProvingthestandardad即tive欲即rithm,an
opti⽽zedseif--adaptivethresholdal即rithm15presented.Undertheeonditionoflow51邵alNoiseRatio(SNR), thePaperadoptstheoptimizedselfweadaptivethresholdalgorithmtoeaneelnoise,andrealizestheauto⼀detee-tionOfwide⼀bandsignalsinhighfrequeneyineomplexenvironment.
Keywords:signalreeonnaissaneeinhighfrequeney;time⼀frequeneyanalysis;adaptivethreshold;signaldetee-
tion:SignalNoiseRatio(SNR)
摘要：短波信号侦察是现代情报信息的收集与获取的重要⼿段。针对短波信号⾮平稳性、突发性和瞬时性的
特点，对短波信号进⾏时频域分析，深⼊研究了短波信号的时频域特征。针对传统⾃适应算法存在的不⾜，提
出了改进的频域⾃适应门限算法；在低信噪⽐环境下，通过⾃适应门限⽅法来对信号进⾏去噪处理，使⾃适应
门限具有更优越的性能，实现了复杂环境下的短波宽带信号的⾃动检测。
关键词：短波信号侦察；时频分析;⾃适应门限；信号检测；信噪⽐
⽂献标识码:A中图分类号:TNgls
1921年短波被发现可实现远距离通信以来，短信号检测是信号处理学科中的⼀个重要分⽀，它
波通信迅速发展，成为了世界各国中、远程通信的主已⼴泛⽤于雷达、通信、声纳和故障⾃动检测等领域[so
要⼿段ll]。当前，短波通信正经历由第⼆代通信装备向信号检测在电⼦侦察、预警和对敌实施电⼦对抗中占
第三代通信装备的过渡[2]。短波通信有着许多显著的有重要的地位问，在低信噪⽐条件下如何准确地检测
优点l3]，如建设和维护费⽤低，建设⽤期短，设备简单，信号⼀直是雷达、声纳、语⾳和通信等领域中信号处
体积⼩，容易隐蔽，便于改变⼯作频率以躲避敌⼈⼲理所关⼼的内容。传统的信号检测理论阴主要是基于
扰和窃听，破坏后容易恢复。现代的战术通信系统⼴统计学中假设检验的似然⽐检验。由于信号检测⼤多
泛采⽤直接序列扩频、跳频等扩谱技术，其频谱宽，功数情况下是在强⼲扰噪声背景下进⾏的,
传统的时域
率谱密度低，隐蔽性好，保密性及抗⼲扰能⼒强[4]。检测性能很差。
作者简介：唐琳(1980⼀),⼥，硕⼠，研究⽅向为计算机软件与理论；郭贵虎，男,⾼级⼯程师，硕⼠⽣导师，研究⽅向为通信⼯程、数字信号处理；李建民，男,⾼级⼯程师，研究⽅向为通信⼯程；黄猛，男,⼯程师，研究⽅向为计算机应⽤。Compute:⽯呼neeringandAPPlic以动。计算机⼯程与应⽤2010,46(95)299
⽬前，短波信号侦察还主要采⽤⼈⼯为主的⽅
式，信号控守能⼒较差、效率低。随着技术的发展，短
波信号的速率也越来越⾼，突发信号、跳频信号的⼴
泛使⽤，使得⼈⼯捕捉、⼈⽿监听的作业⽅式已不能
满⾜短波信号侦察的发展需要同。这种情况下，必须将
宽带侦察引⼊到短波信号侦察中,⽽宽带内信号的检
测是制约短波宽带侦察发展的瓶颈。本⽂研究⽬的即
在短波宽带侦察中信号的⾃动检测。
1基于时频分析的信号检侧原理
对于任何⼀个系统，必然存在噪却，信号检测的⽬
的就是在强噪声背景中将有⽤信号的频率检测出来。
假设离散信号:(k)，则其对应的短时傅⾥叶变
换离散形式见式(l)。式中,T为时域的采样间隔，若为
频域的采样间隔,h为离散分析窗，且满⾜条件乃0,
若>0。
刻带宽内信号实际起伏J清况估计噪声基底。
2.2去强留弱法
该⽅法先去除其中的强信号，然后再对剩下的信
号进⾏噪声基底估计。通常可以选择幅度最⼤的⼏
个，然后⽤剩下的数据取平均值作为噪声基底的⼆次
估计，这样就可以在噪声基底的修正过程中完成检测
去噪。
采⽤去强留弱法进⾏噪声门限处理结果如图2
所⽰。图中可以看出由于强信号的提前去除，噪声门
限明显下降，保证了弱信号能够被检测出来；但由于
门限的下移，强噪声也混⼊弱信号被作为信号进⾏了
检测。要解决该问题，需进⾏多次选取。
图2去强留弱法估计噪声门限
s解(m,。)⼆艺%(、);’(*T--mT)e⼀,⽢‘可,‘川
⼈⼆⼀.
ST盯的实质是加窗傅⾥叶变换经平移后的效
果，因此，信号经ST叮后在每⼀时刻沿频率轴的数
据，即对应段信号经傅⾥叶变换后的数据。通过对频
谱图上的噪声基底平均幅度进⾏估计，即可得到原时
域的噪声功率，进⼀步根据噪声基底设置频域门限,
从⽽完成对应于时域检测效果与性能的时频图上的
小学生竞选班长演讲稿检测。显然，门限的选择对短波信号的检测⾄关重要,
将直接影响到短波信号检测效果。门限⾼了，导致弱
信号丢失；门限低了，导致噪声被判为信号。
钟汉良老婆2⾃适应门限处理
2.1平均值法
平均值法就是将某个时刻整个带宽内的信号幅
度相加然后除以带宽内点数，所得值为平均值法门限
电平。即噪声基底为:
从
。(m。)=艺TF(m0,n)zNZ(2)
平均
值法估计噪声门限结果如图1所⽰。图1
中，曲线为信号，直线为平均值法门限电平抓m。)。由
图1可见，该⽅法不可能兼顾强弱信号，易造成强信
号掩盖弱信号的现象，只能检测出较强信号,⽽较弱
信号就会被漏掉。为了克服上述弊端，必须根据该时
该算法的优点:⽅法简单、直接，通常，进⾏⼆次
选取后效果就会⽐较明显，计算量也相对较⼩。其缺
点在于：信道环境复杂的情况下，需要进⾏多次的选
取⽅可取得较好的效果，此时，计算量较⼤，即检测效
果的提⾼需以很⼤的计算量作为代价。
2.3对数统计法
噪声在时频空间中的分布是全局性的，完全不同
于信号在时频空间中的局部性分布,⽽且⼀定带宽的
数据中同时出现的信号肯定是有限的。也就是说在时
频图上噪声占⽤的频率是最多的，因此可以通过统计
的⽅法估计出噪声的平均幅度。
该⽅法先出时间点m上TF(m,n)的最⼤值
max(m)和最⼩值min(m)，再将区间回n(m),max(m)]
分成⼏段，然后统计出TF(m,n),1鉴n蕊Nf在各个区
间中的个数，并记下TF(m,n)分属的区间，选择含有
TF(m,n)个数最多的区间为噪声区间，取该区间中所
有吓(m,n)的平均值来作为噪声基底估计l8]。对数统
计法估计噪声门限处理结果如图3所⽰。从图中可以
看出，该⽅法的处理结果较前两种有了较⼤提⾼，但
计算量较⼤，且仍难免有噪声混⼊弱信号参加检测。
图1平均值法估计噪声门限
图3对数统计法估计噪声门限
2.4改进的⾃适应门限处理⽅法
针对短波信号的实际复杂情况—整个带宽范3002010,46(95)comP吹：百哈neenngandAPPlic以勿ns计算机⼯程与应⽤围内存在着数⼗上百个信号，且各个信号的带宽、强
度、调制⽅式、持续时间等参数各不相同，信号和噪声
的分布情况⾮常复杂，且信号幅度随时间不断变化,
采⽤固定门限或单⼀门限应对多个不同幅度的信号显然不能满⾜实际短波宽带侦察的需要。为了提⾼短波宽带信号检测的正确率，必须采取不同时刻不同门限、甚⾄同⼀时刻不同幅度信号不同门限的⾃适应门限处理技术，根据接收到的信号情况，实时计算各个
信号的门限及噪声门限，去除宽带噪声，然后在此基
础上进⾏信号的检测。
综合上述各⾃适应门限处理⽅法的优缺点，结合
短波信号⾮平稳性的特点，本⽂采⽤时频分析技术,
提出了⼀种改进的频域⾃适应门限处理⽅法，适⽤于短暂突发的短波信号。时频分析旨在构造⼀种时间和频率的密度函数，以揭⽰信号中所包含的频率分量及其演化特性【l0]。
考虑到短波信道的噪声基底具有频变特性，但其
频域的起伏包络却是低频慢化的。因此，本⽂通过在时刻m沿频率轴的局部平滑来估计出频变的噪
声基
底⼑1(m,n)。
具体处理⽅法如下：当m时刻出现信号，则沿频
率轴上TF(m,n)⽐⽆信号时的情况下会增加⼀些幅
度不⼀的冲激。由于信号具备时频聚集性，且通常情况下，常规短波信号的带宽远⼩于整个处理带宽，因此，可把在局部均值基础上突变的看作为信号，将其
纳⼊信号统计表,⽽在噪声基底的局部平滑中则予以岩挝。
考虑到短波宽带噪声的随机性使得估计抓m)存
在随机性，为了保证稳定的检测，对估计值沿时间轴
和频率轴两个⽅向进⾏平滑处理。⼜因为信号在时间上会有相应的持续时间,⽽噪声在时间上则是瞬时不稳定的随机出现，所以平滑⽅向⾸要考虑时间轴，其
次再考虑频率轴。
平滑⽅法：以⽬标点m为中⼼、半径：点范围内
进⾏平均光滑。定义见式(3):
⼑(m)⼆⼑(m⼀⼋)+
⽖衬⽖⼀了-l
艺,(n)艺,(n)
n=川+’⼀么⼗In⼆m-了-△
Zr+1Zr+1(4)
本⽂改进的⾃适应门限处理⽅法进⾏噪声门限
估计的处理结果如图4所⽰。从图中可以看出，该⽅
法可以根据频域的起伏包络变化对噪声门限⾃动进⾏相应的实时调整，沿时间轴的平滑处理使各时刻的频域门限均相对趋于平稳。
图4本⽂改进的⾃适应门限处理⽅法估计噪声门限E。(。)
3短波信号检测
经过上述改进的⾃适应门限处理后，信号既保留
了完整的短波信号,⼜有效地滤去了噪声。在此基础上，采⽤谱积累⽅法进⾏信号检测。具体⽅法如下: (1)设频谱X(n)，其中n=l,2,3.⼆，根据信号带宽设
置滑动窗⼝⼤⼩;(2)在滑动窗内进⾏频谱累加,⽣成
累加后频谱Y(n)，其中n⼆l,2,3…;(3)求出y(n)的
各峰值，并换算为各峰点所对应的频率f(m)，其中
m⼆l,2,3…。
得到各峰点的频率后，需对检测出的频点进⾏信
号校验，以确保该频点不是突发的噪声，降低虚警率。由于噪声具有突发性，尤其是经过上述改进的⾃适应「1限处理后的信号，混⼊噪声甚微，少许混⼊的噪声对于初次出现的信号，进⾏是否为信号的校验,⽅法
是通过对各频点持续时间设置⼀个阂值，若该频点持
续出现超过该闭值，则确定该频点存在信号；否则认
为该频点⽆信号。
实验室环境下，输⼊短波信号，参数如下：采样频
率4MHz，码元精度16位，信噪⽐⼀18dBm。检测结果
如图5所⽰，检测出各信号频点的频率标绘于该频点
上⽅，图中曲线为当前时刻的噪声门限。可以看出，本
⽂采⽤的基于频域⾃适应门限处理的短波信号检测
⽅法在低信噪⽐下检测信号能⼒强，门限实时⾃动调
整良好，信号检测结果准确。
Zr+1(3)
对于斌m)的估计，可根据信道时变程度来决定它的
间隔。如果信道时变剧烈，则⽖m)可能要逐点的取;
如果信道平稳，则抓m)可间隔⼀定点数么取⼀次。对
抓m)的估计还可⽤滑动法来减少计算量，以间隔△
点估计,⼀次为例推导的抓m)估计值见式(4):
图5短波信号检侧结果
4结论
该短波检测系统经过相关单位的试⽤，能够在低
(下转311页)Co呷ute:E⼑娜neer王ngandAPPlic⽽。计算机⼯程与应⽤2010,46(95)311可以实现TC邢P⽅式的⽹络通信，因此，使⽤Winsock
控件编写⽹络通信程序。实际上就是设置winsock控
件属性和调⽤控件的⽅法过程，利⽤这个控件可以编
写出TcMP服务器程序。
(2)⽹络通信程序的设计
利⽤winsock设计服务器应⽤程序主要分为
三步闭:
⾸先，侦听⽹络，等待客户的连接申请，才有可能建
⽴⽹络连接，当服务器程序启动后，在客户程序申请
连接前，需要设置winsoek控件的RemodeHost属性,
在本设计中IP地址为本机所在的IP地址。接着为
RemodePort属性设置通信接⼝，设定的端⼝地址为
3030。其次，响应SIM300模块的联机请求：当SIM3(X)
模块发出联机请求时，会产⽣ConneetionRequest事
件，该事件触发之后，服务器采⽤AccePt⽅法来接收
slM300的连⼊请求。最后，获得客户机发送的数据。
(3)数据接收程序的设计
系统监控中⼼底层数据库的开发基于Windows
2000Serve：操作系统同，先在监控中⼼的计算机安装
SQLSever专业版，然后建⽴数据库。在VB中实现连
接服务器，主要是通过在VB中添加ADO控件来实现
的。ADO控件⽬的是主要实现对数据的连接，在连接
时先将ADo控件中eonneetionst⾏ng属性设置为⼀
个有效的连接字符串，接着将Recordsource属性设置
为要打开的表名，这样就可以实现对数据源的连接。
在编程序的过程中设定好了，接收数据的格式,
也规定了要发送数据的长度，在本设计中包括⼩数点
是3位数。
种数据传输模式，能有效地解决传统的使⽤有线传输
受环境⼲扰影响⼤和传输距离短等⽅⾯的不⾜，具有
传输距离不受限制、不⽤⾃⾏组⽹、安装⽅⾯、投资少
等优点，是⼤⽤户集中管理的⼀⼤突破，在需要远程
描写月亮的片段
监控的场合有着很⼤的应⽤潜⼒。
在GPRS数据传输中，需要注意：由于GPRS数
据发送繁琐，必须根据它的连接清况,⼀步步地运⾏,
⼀步步地调试。当连接好后，采取“透明”形式发送，从
理论上来说,⽆论什么样的数据都能进⾏映速传输,
但在实际调试时，实际速率⽐理论上低，并且容易发
⽣数据包丢失。
6⼩结
实验结果表明：采⽤GPRS⽆线⽹络传输作为⼀
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(上接300页)
信噪⽐情况下检测出短波信号。⾃适应门限在较⼲净
地滤掉噪声的同时，能够保留较纯净信号且不遗失信
号，并能准确有效地检测出短波信号，在使⽤期间也
没有虚警现象发⽣。
参考⽂献:
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