本發(fā)明涉及信號檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法。

背景技術(shù)：

在航天測控通信技術(shù)領(lǐng)域，跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)(Tracking and Data Relay Satellite System，TDRSS)的建成，實現(xiàn)了對低軌道航天器的天基測控通信，解決了測控、通信的高覆蓋率問題以及高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)問題。中繼星天線要實現(xiàn)對各種用戶星的捕獲跟蹤，建立星間鏈路；對于這樣的天線指向系統(tǒng)(Antenna Pointing System，APS)，美國第一代、第二代中繼衛(wèi)星系統(tǒng)都選擇了星地大回路捕獲跟蹤方案，在這種方案下，實現(xiàn)星上自主閉環(huán)捕獲跟蹤用戶星是一大技術(shù)難題。然而隨著航天事業(yè)的發(fā)展以及各技術(shù)難題的攻破，采用星上自主閉環(huán)天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)方案是合理可行的。

在以天基測控通信系統(tǒng)為依托的空間信息領(lǐng)域，空間信息的獲取與對抗已成為影響現(xiàn)代化戰(zhàn)場的重要要素。在此背景下，基于星上自主閉環(huán)天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)對天線指向進行調(diào)整，實現(xiàn)對非合作目標(biāo)衛(wèi)星的自動捕獲跟蹤是較為容易的。然而對于非合作目標(biāo)衛(wèi)星，其通信信號的載頻中心頻率、帶寬、調(diào)制方式以及碼速率等詳細參數(shù)均未知，這就為空間信號的捕獲跟蹤設(shè)計帶來了困難。

具體來說，由于非合作目標(biāo)衛(wèi)星的工作頻段未知，所以需要對目標(biāo)衛(wèi)星的可能工作頻段進行全面檢測。而檢測頻段較寬，故采用步進掃頻和數(shù)字信道化方式對信號進行采樣、處理，進而進行信號檢測。盡管星上高增益天線的應(yīng)用能有效提高接收信號的增益噪聲比G/T，增強對微弱信號的接收能力；但是電波信號遠程傳輸?shù)木薮髶p耗、空間噪聲及干擾等會使得接收信號的信噪比較小，從而降低了系統(tǒng)對微弱信號的檢測能力。同時，星上捕獲跟蹤系統(tǒng)對目標(biāo)衛(wèi)星的捕獲是有規(guī)定時間要求的，因此若要在較短時間內(nèi)實現(xiàn)對大量信號數(shù)據(jù)的處理并對信號完成檢測，傳統(tǒng)的滑窗恒虛警檢測方法即會因為檢測時間較長而不再適用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的實施例提供一種基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法，能夠在空間噪聲環(huán)境中實現(xiàn)對弱信號的檢測，且檢測時間較短， 檢測效率較高。

為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術(shù)方案：

提供一種基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法，包括以下步驟：

步驟1，獲取待檢測頻率區(qū)間以及單個待檢測頻率區(qū)間的帶寬指標(biāo)值，進而根據(jù)單個待檢測頻率區(qū)間的帶寬指標(biāo)值C將待檢測頻率區(qū)間劃分為M個待檢測頻段F₁，F(xiàn)₂，…，F(xiàn)_M，轉(zhuǎn)至步驟2；其中，C表示單個待檢測頻率區(qū)間的帶寬指標(biāo)值，B_F表示待檢測頻率區(qū)間的帶寬，[·]表示取整運算；

步驟2，初始化：令掃頻值i＝1，信道序號j＝1，非相干積累次數(shù)k＝1，檢測次數(shù)n＝1，檢測到目標(biāo)的次數(shù)p＝0，設(shè)置非相干積累總次數(shù)K，轉(zhuǎn)至步驟3；

步驟3，獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換器對第i個待檢測頻段F_i進行數(shù)據(jù)采樣所得的采樣數(shù)據(jù)并對采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字下變頻處理，進而對數(shù)字下變頻處理后的采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字信道化處理，得到W個信道的信道化數(shù)據(jù)

對W個信道的信道化數(shù)據(jù)分別進行快速傅里葉變換，得到W個信道的頻譜數(shù)據(jù)

對W個信道的頻譜數(shù)據(jù)分別先進行逐點取模值運算，再進行平方運算，得到W個信道第k次非相干積累對應(yīng)的頻譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)至步驟4；

步驟4，判斷非相干積累次數(shù)k是否等于非相干積累總次數(shù)K；若k≠K，則令k加1，轉(zhuǎn)至步驟3；若k＝K，則轉(zhuǎn)至步驟5；

步驟5，對W個信道中的第q個信道全部K次非相干積累對應(yīng)的頻譜數(shù)據(jù)求和，得到第q個信道的待檢測判決數(shù)據(jù)S_ij，其中，q取1到W之間的所有整數(shù)值；

將全部W個信道的待檢測判決數(shù)據(jù)按照信道順序進行拼接，得到第i個待檢測頻段F_i的整體待檢測判決數(shù)據(jù)S_i^K；

利用第i個待檢測頻段F_i的整體待檢測判決數(shù)據(jù)S_i^K，確定檢測門限TH；確定第j個信道的待檢測判決數(shù)據(jù)S_ij中的最大值S_ijmax，并判斷第j個信道的待檢測判決數(shù)據(jù)S_ij中的最大值S_ijmax與檢測門限TH的大??；若S_ijmax＞TH，轉(zhuǎn)至步驟6；若S_ijmax≤TH，轉(zhuǎn)至步驟7；

步驟6，令檢測到目標(biāo)的次數(shù)p加1，并根據(jù)第j個信道的待檢測判決數(shù)據(jù)S_ij以及所述第j個信道的待檢測判決數(shù)據(jù)S_ij中的最大值S_ijmax，確定在第n次檢測中第i個檢測頻段F_i的第j個信道對應(yīng)的信號帶寬令第i個檢測頻段F_i的第j個信道對應(yīng)的信號帶寬轉(zhuǎn)至步驟7；

步驟7，令檢測次數(shù)n加1，判斷檢測次數(shù)n是否小于等于預(yù)設(shè)檢測次數(shù)N；

若檢測次數(shù)n小于等于預(yù)設(shè)檢測次數(shù)N，則轉(zhuǎn)至步驟3；

若檢測次數(shù)n大于預(yù)設(shè)檢測次數(shù)N，則判斷檢測到目標(biāo)的次數(shù)p是否大于預(yù)設(shè)值P；若p≤P，則確定在第i個待檢測頻段F_i的第j個信道內(nèi)未檢測到目標(biāo)信號，令第i個檢測頻段F_i的第j個信道對應(yīng)的信號帶寬B_ij＝0，轉(zhuǎn)至步驟8；否則，若p＞P，則確定在第i個待檢測頻段F_i的第j個信道內(nèi)檢測到目標(biāo)信號，轉(zhuǎn)至步驟8；

步驟8，令信道序號j加1，判斷j是否等于信道總數(shù)W；若j＝W，轉(zhuǎn)至步驟9，否則，轉(zhuǎn)至步驟5；

步驟9，確定在第i個待檢測頻段F_i的W個信道內(nèi)是否檢測到信號；若在第i個待檢測頻段F_i的W個信道內(nèi)均未檢測到目標(biāo)信號，則令掃頻值i加1，轉(zhuǎn)至步驟3；若在第i個待檢測頻段F_i的W個信道中的w個信道內(nèi)檢測到目標(biāo)信號，轉(zhuǎn)至步驟10；其中，w為整數(shù)，1≤w≤W；

步驟10，利用w個信道中每個信道對應(yīng)的信號帶寬、待檢測頻率區(qū)間的帶寬B_F、信道數(shù)W以及待檢測頻段數(shù)M，確定目標(biāo)信號帶寬B_i。

基于上述本發(fā)明實施例提供的基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法，一方面，由于采用了非相干積累來提高信號的信噪比，與相干積累相比，本發(fā)明實施例所采用的非相干積累的工程實現(xiàn)比較簡單，運算量相對較小，且對于快起伏的接收信號來講，非相干積累還將獲得更好的檢測效果，因此本發(fā)明實施例提供的基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法能夠在空間噪聲環(huán)境中實現(xiàn)對微弱信號的檢測。另一方面，現(xiàn)有技術(shù)采用的是對整體待檢測區(qū)間進行檢測的方案，在檢測時需要對整體待檢測區(qū)間的數(shù)據(jù)進行處理，由于數(shù)據(jù)量較大，因此會耗費較長時間讀/寫數(shù)據(jù)，從而使得檢測時間較長，檢測效率較低；而與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明實施例提供的基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法，不再采用現(xiàn)有技術(shù)中對整體待檢測區(qū)間中的每個檢測單元逐點檢測的方案，而是將整體待檢測區(qū)間劃 分為帶寬較小的若干個待檢測頻段，按待檢測頻段的順序依次檢測，因此相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例對帶寬較小的待檢測頻段的方案能夠減少檢測時間，提高檢測效率；同時，本發(fā)明實施例的方案也不再像現(xiàn)有技術(shù)中那樣——每檢測一個檢測單元時即利用該檢測單元的參考單元確定對應(yīng)的檢測門限，而是在對每個待檢測頻段進行檢測時確定一次檢測門限，利用所確定的檢測門限對該檢測頻段的每一信道進行檢測。因此，相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例的方案能夠大大減少計算檢測門限的運算量，從而縮短檢測時間。此外，現(xiàn)有技術(shù)中，是對整體待檢測頻率區(qū)間的采樣數(shù)據(jù)進行FFT處理的，而FFT的運算點數(shù)對運算量的影響呈指數(shù)增長，故FFT點數(shù)過大將大大增加系統(tǒng)對目標(biāo)信號的捕獲時間，而本發(fā)明實施例提供的基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法中，由于將整體待檢測頻率區(qū)間劃分為多個待檢測頻段，并對每個待檢測頻段采樣數(shù)據(jù)進行了信道化處理，然后再進行FFT處理，因此能夠大大減少由于FFT運算所引起的時間消耗。綜上所述，本發(fā)明實施例提供的基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法能夠在空間噪聲環(huán)境中實現(xiàn)對弱信號的檢測，且檢測時間較短，檢測效率較高。

此外，本發(fā)明實施例提供的基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法還具有靈活性高的突出優(yōu)點：本發(fā)明實施例方法中各個參數(shù)值均是可變的，可以根據(jù)實際使用過程中的系統(tǒng)要求進行調(diào)節(jié)，參數(shù)化的說明使得本發(fā)明實施例方法可適應(yīng)各種實際情況，提高了系統(tǒng)設(shè)計的靈活性、復(fù)用性和可移植性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法的流程示意圖；

圖2為檢測概率與單個脈沖信噪比的關(guān)系曲線圖；

圖3(a)為χ ²分布的概率密度函數(shù)圖；

圖3(b)為χ ²分布的累積分布函數(shù)圖；

圖4為目標(biāo)信號的頻譜圖；

圖5(a)為非相干積累前的待檢測信號的時域圖；

圖5(b)為非相干積累前待檢測信號經(jīng)過FFT的頻譜圖；

圖6為經(jīng)過非相干積累后的待檢測信號經(jīng)過FFT的頻譜圖；

圖7為非相干積累后的待檢測信號通過最佳檢測門限檢測的結(jié)果圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

圖1所示為本發(fā)明實施例提供的一種基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法的流程示意圖。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法，包括以下步驟：

步驟1，獲取待檢測頻率區(qū)間以及單個待檢測頻率區(qū)間的帶寬指標(biāo)值，進而根據(jù)單個待檢測頻率區(qū)間的帶寬指標(biāo)值C將待檢測頻率區(qū)間劃分為M個待檢測頻段F₁，F(xiàn)₂，…，F(xiàn)_M，轉(zhuǎn)至步驟2。

其中，C表示單個待檢測頻率區(qū)間的帶寬指標(biāo)值，B_F表示待檢測頻率區(qū)間的帶寬，[·]表示取整運算。

具體的，待檢測頻率區(qū)間可以表示為：其中，f₀表示中心頻率。

步驟2，初始化：令掃頻值i＝1，信道序號j＝1，非相干積累次數(shù)k＝1，檢測次數(shù)n＝1，檢測到目標(biāo)的次數(shù)p＝0，設(shè)置非相干積累總次數(shù)K，轉(zhuǎn)至步驟3。

由于在復(fù)雜的空間環(huán)境中，目標(biāo)信號總是和噪聲及其它干擾混雜在一起，且當(dāng)目標(biāo)信號較為微弱時，單次采樣信號的信噪比較小，微弱信號便不易被檢測。本發(fā)明實施例中，通過采用非相干積累能夠提高信號的信噪比，實現(xiàn)對微弱信號的檢測。

具體的，可將非相干積累總次數(shù)K設(shè)置為：

式中，SNR為當(dāng)滿足所需檢測性能時信號被檢測判決前所需要達到的最小信噪比，SNR_min為檢測時要求達到的最小信噪比。

以下給出按照上式設(shè)置非相干積累總次數(shù)K的依據(jù)如下：

在已知系統(tǒng)要求的檢測性能的情況下，即給定發(fā)現(xiàn)概率P_d和虛警概率P_fa后，根據(jù)檢測概率與單個脈沖信噪比的關(guān)系曲線圖，即可獲知當(dāng)滿足所需檢測性能時信號被檢測判決前所需要達到的最小信噪比，假設(shè)為SNR。同時，已知系統(tǒng)檢測目標(biāo)質(zhì)量的要求即檢測信號時要求達到的最小信噪比，假設(shè)為SNR_min，則對信號進行非相干積累處理時，所需提高的信噪比為SNR-SNR_min(dB)。其中，檢測概率與單個脈沖信噪比的關(guān)系曲線圖為發(fā)現(xiàn)概、虛警概率與脈沖信噪比的對應(yīng)關(guān)系圖，圖2所示即為一典型的檢測概率與單個脈沖信噪比的關(guān)系曲線圖，圖中橫坐標(biāo)為單脈沖信噪比，縱坐標(biāo)為發(fā)現(xiàn)概率，曲線為虛警概率。如圖2所示，在給定虛警概率的情況下，對應(yīng)的曲線即一定，在此條件下給定發(fā)現(xiàn)概率后，即可得到對應(yīng)的信噪比。

對非相干積累而言，K個信噪比為(SNR)₁的同分布信號進行非相干積累時，其信噪比的改善達不到K倍。這是因為包絡(luò)檢波的非線性作用，信號加噪聲通過檢波器時，還將增加信號與噪聲的相互作用項而影響輸出端的信號噪聲比。特別當(dāng)檢波器輸入端的信噪比較低時，在檢波器輸出端信噪比的損失更大。這個積累損耗L_NCI近似為： 該損耗值在和K之間，且當(dāng)K很大時，積累損耗接近

因而，在一定虛警概率P_fa下要達到要求的發(fā)現(xiàn)概率P_d，K個信噪比為(SNR)₁的同分布信號進行非相干積累后的信噪比為且當(dāng)K很大時，那么，當(dāng)要提高SNR-SNR_min(dB)的信噪比增益且積累次數(shù)K相對較大時，信噪比與積累次數(shù)K之間的關(guān)系式為故需要的非相干積累次數(shù)即為

步驟3，獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換器對第i個待檢測頻段F_i進行數(shù)據(jù)采樣所得的采樣數(shù)據(jù)并對采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字下變頻處理，進而對數(shù)字下變頻處理后的采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字信 道化處理，得到W個信道的信道化數(shù)據(jù)對W個信道的信道化數(shù)據(jù)分別進行快速傅里葉變換，得到W個信道的頻譜數(shù)據(jù)對W個信道的頻譜數(shù)據(jù)分別先進行逐點取模值運算，再進行平方運算，得到W個信道第k次非相干積累對應(yīng)的頻譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)至步驟4。

其中，W個信道的頻譜數(shù)據(jù)中均摻雜有噪聲N_ij，N_ij呈高斯分布，對應(yīng)的高斯序列可表示為X(n)_k，n＝1，2，3…。

需要說明的是，在對W個信道的數(shù)據(jù)進行FFT處理時，F(xiàn)FT的運算點數(shù)L直接影響運算量的大小進而影響系統(tǒng)對目標(biāo)信號的捕獲時間。在信號采樣率一定的情況下，掃頻步進值C過大，F(xiàn)FT的點數(shù)L會很大；掃頻步進值C過小，信道化數(shù)據(jù)會過大。兩種情況都會導(dǎo)致運算量較大，因此應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)實際工作情況，合理設(shè)置掃頻步進值C和FFT的點數(shù)L等參數(shù)。

步驟4，判斷非相干積累次數(shù)k是否等于非相干積累總次數(shù)K；若k≠K，則令k加1，轉(zhuǎn)至步驟3；若k＝K，則轉(zhuǎn)至步驟5。

步驟5，對W個信道中的第q個信道全部K次非相干積累對應(yīng)的頻譜數(shù)據(jù)求和，得到第q個信道的待檢測判決數(shù)據(jù)S_ij，q取1到W之間的所有整數(shù)值；將全部W個信道的待檢測判決數(shù)據(jù)按照信道順序進行拼接，得到第i個待檢測頻段F_i的整體待檢測判決數(shù)據(jù)S_i^K；利用第i個待檢測頻段F_i的整體待檢測判決數(shù)據(jù)S_i^K，確定檢測門限TH；確定第j個信道的待檢測判決數(shù)據(jù)S_ij中的最大值S_ijmax，并判斷第j個信道的待檢測判決數(shù)據(jù)S_ij中的最大值S_ijmax與檢測門限TH的大小；若S_ijmax＞TH，轉(zhuǎn)至步驟6；若S_ijmax≤TH，轉(zhuǎn)至步驟7。

其中，第i個待檢測頻段F_i的整體待檢測判決數(shù)據(jù)S_i^K中摻雜有噪聲其服從χ²分布，χ²分布序列可表示為

需要說明的是，若S_ijmax＞TH，則說明當(dāng)前次檢測在第i個檢測頻段F_i的第j個信道中發(fā)現(xiàn)潛在目標(biāo)信號，此時轉(zhuǎn)至步驟6執(zhí)行，以確定在當(dāng)前次檢測中第i個檢測頻段F_i的第j個信道對應(yīng)的信號帶寬反之，若S_ijmax≤TH，則說明當(dāng)前次檢測在第i個檢測頻段F_i的第j個信道中未檢測到目標(biāo)信號。為了提高判決準(zhǔn)確率，防止誤判，在本發(fā)明 實施例中采用了“P/N判決準(zhǔn)則”，即對第i個檢測頻段F_i的第j個信道進行多次檢測，根據(jù)其中檢測到目標(biāo)的總次數(shù)占總檢測次數(shù)的情況進行判決，具體操作方法見步驟7。

優(yōu)選的，若對當(dāng)前第i個檢測頻段F_i的第j個信道進行第1次檢測后，發(fā)現(xiàn)在第j個信道中未檢測到目標(biāo)信號，則不再對第j個信道重復(fù)檢測，而是直接對其下一信道進行檢測。即，當(dāng)n＝1時，若在步驟5中確定則不再執(zhí)行步驟7，而是直接轉(zhuǎn)至步驟8。這樣，可以減少檢測時間，使得總的檢測時間不超過系統(tǒng)要求的規(guī)定時間。

具體的，步驟5中，利用第i個待檢測頻段F_i的整體待檢測判決數(shù)據(jù)S_i^K，確定檢測門限TH，具體包括以下步驟：

(5a)從第i個檢測頻段F_i的整體待檢測判決數(shù)據(jù)的S_num個數(shù)據(jù)點中抽取數(shù)據(jù)點，得到Q段參考單元其中每段參考單元包括R個連續(xù)的數(shù)據(jù)點數(shù)，且相鄰兩段參考單元間隔P個連續(xù)的數(shù)據(jù)點，求每段參考單元內(nèi)數(shù)據(jù)的平均值，得到Q個平均值，確定Q個平均值中的最小值，將該最小值作為第i段檢測頻段F_i的底噪功率估計值

(5b)確定底噪功率理論值N_ave、恒虛警檢測概率P_fa以及第i個待檢測頻段F_i的整體待檢測判決數(shù)據(jù)S_i^K中所摻雜的噪聲的累積分布函數(shù)F_K(Y)；根據(jù)底噪功率理論值N_ave、恒虛警檢測概率P_fa以及累積分布函數(shù)F_K(Y)，利用公式：P_fa＝1-F_K(f×N_ave)，計算得到最佳門限檢測因子f。

其中，底噪功率理論值N_ave具體可按照如下方式獲得：

確定第i個待檢測頻段F_i的整體待檢測判決數(shù)據(jù)S_i^K中所摻雜的噪聲的期望E(Y)＝2K×P₀×L，令底噪功率理論值N_ave等于期望E(Y)。

其中，K為非相干積累次數(shù)，L為FFT點數(shù)，P₀為雷達天線從空間中接收到的高斯白噪聲的功率。

以下給出上述計算最佳門限檢測因子f的理論依據(jù)如下：

已知待檢測判決數(shù)據(jù)中摻雜的噪聲服從χ²分布，可表示為序列 χ²分布的概率密度函數(shù)如圖3(a)所示，其表達式為：

其中，Γ()表示Gamma函數(shù)。

χ²分布的累積分布函數(shù)如圖3(b)所示，其累積分布函數(shù)的函數(shù)表達式為：

其中，γ(Y，Z)表示不完全Gamma函數(shù)。

由以上兩式可知，噪聲中數(shù)據(jù)大于檢測門限值f×N_ave的概率即為虛警概率，即： 其中，累積分布函數(shù)F_K(Y)的表達式已知，則在虛警概率P_fa給定的情況下，根據(jù)上式可求出最佳門限檢測因子f。

(5c)將第i段檢測頻段F_i的底噪功率估計值與最佳門限檢測因子f相乘，得到檢測門限TH。

值得說明的是，現(xiàn)有技術(shù)中，是對整體待檢測區(qū)間中的每個檢測單元逐點進行檢測的，并且每檢測一個檢測單元時，均需要根據(jù)該檢測單元的參考單元的數(shù)據(jù)來獲得對應(yīng)的檢測門限值，這無疑會加大運算量，使得總的檢測時間延長。而本發(fā)明實施例上述確定檢測門限TH的方式，即：通過從第i個檢測頻段F_i的整體待檢測判決數(shù)據(jù)中抽取若干個參考單元，利用參考單元數(shù)據(jù)確定底噪功率估計值并利用底噪功率理論值N_ave、恒虛警檢測概率P_fa以及第i個待檢測頻段F_i的整體待檢測判決數(shù)據(jù)S_i^K中所摻雜的噪聲的累積分布函數(shù)F_K(Y)計算最佳門限檢測因子f，進而利用最佳門限檢測因子f和底噪功率估計值計算得到檢測門限TH，與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明實施例中是將整體待檢測區(qū)間劃分為若干個待檢測頻段，對每個待檢測頻段進行檢測時只需確定一次檢測門限，利用所確定的檢測門限對該檢測頻段的每一信道進行檢測。因此，相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例的方案能夠極大地減少運算量，從而縮短總的信號檢測時間。

步驟6，令檢測到目標(biāo)的次數(shù)p加1，并根據(jù)第j個信道的待檢測判決數(shù)據(jù)S_ij^K以及第j個信道的待檢測判決數(shù)據(jù)S_ij^K中的最大值確定在第n次檢測中第i個檢測頻段F_i的第j個信道對應(yīng)的信號帶寬令第i個檢測頻段F_i的第j個信道對應(yīng)的信號帶寬轉(zhuǎn)至步驟7。

具體的，步驟6中，根據(jù)第j個信道的待檢測判決數(shù)據(jù)S_ij以及第j個信道的待檢測判決數(shù)據(jù)S_ij中的最大值S_ijmax，確定在第n次檢測中第i個檢測頻段F_i的第j個信道對應(yīng)的信號帶寬包括：

以第j個信道的待檢測判決數(shù)據(jù)S_ij中的最大值S_ijmax為中心，比較其在第j個信道的待檢測判決數(shù)據(jù)S_ij的左右鄰點數(shù)據(jù)與檢測門限TH，找到小于檢測門限TH的左邊界點和右邊界點，根據(jù)左邊界點和右邊界點確定第n次檢測中第i個檢測頻段F_i的第j個信道對應(yīng)的信號帶寬

其中，根據(jù)左邊界點和右邊界點確定第n次檢測中第i個檢測頻段F_i的第j個信道對應(yīng)的信號帶寬具體是：確定左邊界點到右邊界點(包括左邊界點和右邊界點)之間的數(shù)據(jù)點數(shù)，將該數(shù)據(jù)點數(shù)乘以分辨率，即得到第n次檢測中第i個檢測頻段F_i的第j個信道對應(yīng)的信號帶寬

步驟7，令檢測次數(shù)n加1，判斷檢測次數(shù)n是否小于等于預(yù)設(shè)檢測次數(shù)N；若檢測次數(shù)n小于等于預(yù)設(shè)檢測次數(shù)N，則轉(zhuǎn)至步驟3；若檢測次數(shù)n大于預(yù)設(shè)檢測次數(shù)N，則判斷檢測到目標(biāo)的次數(shù)p是否大于預(yù)設(shè)值P；若p≤P，則確定在第i個待檢測頻段F_i的第j個信道內(nèi)未檢測到目標(biāo)信號，令第i個檢測頻段F_i的第j個信道對應(yīng)的信號帶寬B_ij＝0，轉(zhuǎn)至步驟8；否則，若p＞P，則確定在第i個待檢測頻段F_i的第j個信道內(nèi)檢測到目標(biāo)信號，轉(zhuǎn)至步驟8。

步驟8，令信道序號j加1，判斷j是否等于信道總數(shù)W；若j＝W，轉(zhuǎn)至步驟5，否則，轉(zhuǎn)至步驟9。

步驟9，確定在第i個待檢測頻段F_i的W個信道內(nèi)是否檢測到信號；若在第i個待檢測頻段F_i的W個信道內(nèi)均未檢測到目標(biāo)信號，則令掃頻值i加1，轉(zhuǎn)至步驟3；若在第i個待檢測頻段F_i的W個信道中的w個信道內(nèi)檢測到目標(biāo)信號，轉(zhuǎn)至步驟10。

其中，w為整數(shù)，1≤w≤W。

步驟10，利用w個信道中每個信道對應(yīng)的信號帶寬、待檢測頻率區(qū)間的帶寬B_F、信道數(shù)W以及待檢測頻段數(shù)M，確定目標(biāo)信號帶寬B_i。

具體的，步驟10具體可以包括以下步驟：

(10a)根據(jù)w個信道中每個信道對應(yīng)的信號帶寬，確定其中的最大信號帶寬B_ijmax以及最大信號帶寬B_ijmax所在的信道j_max；判斷最大信號帶寬B_ijmax與單個信道的帶寬 是否相等；若確定目標(biāo)信號帶寬Bi＝B_ijmax；否則，轉(zhuǎn)至步驟10b。

(10b)以信道j_max為中心點對左側(cè)信道j_L及右側(cè)信道j_R分別進行判斷，以分別確定左側(cè)信道總帶寬及右側(cè)信道總帶寬根據(jù)左側(cè)信道總帶寬右側(cè)信道總帶寬 以及最大信號帶寬B_ijmax，確定目標(biāo)信號帶寬

其中，0＜j_L＜j_max，j_max＜j_R≤W。

具體來說，對左側(cè)信道j_L進行判斷，以確定左側(cè)信道總帶寬具體可以包括以下步驟：

(10b11)令j_L＝j(luò)_max-1，左側(cè)信道總帶寬

(10b12)判斷左側(cè)信道j_L的帶寬與單個信道的帶寬是否相等；若 令左側(cè)信道總帶寬若令左側(cè)信道總帶寬 j_L減1，轉(zhuǎn)至步驟10b13。

(10b13)判斷j_L是否等于1；若j_L≠1，則轉(zhuǎn)至步驟10b12；若j_L＝1，輸出左側(cè)信道總帶寬

類似的，對右側(cè)信道j_R進行判斷，以確定左側(cè)信道總帶寬具體可以包括以下步驟：

(10b21)令j_R＝j(luò)_max+1，右側(cè)信道總帶寬

(10b22)判斷右側(cè)信道j_R的帶寬與單個信道的帶寬是否相等；若 則確定右側(cè)信道總帶寬若令右側(cè)信道總帶 寬j_R減1，轉(zhuǎn)至步驟10623。

(10b23)判斷j_R是否等于W；若j_R≠W，則轉(zhuǎn)至步驟10b12；若j_R＝W，輸出右側(cè)信道總帶寬

至此，即完成了對整個待檢測頻率區(qū)間的一次檢測，如果此次檢測中檢測到目標(biāo)信號，則輸出對應(yīng)的目標(biāo)信號帶寬，以供系統(tǒng)利用目標(biāo)信號帶寬提取目標(biāo)的方位差及俯仰差等信息，實現(xiàn)對天線指向目標(biāo)的誤差校正。

基于上述本發(fā)明實施例提供的基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法，一方面，由于采用了非相干積累來提高信號的信噪比，與相干積累相比，本發(fā)明實施例所采用的非相干積累的工程實現(xiàn)比較簡單，運算量相對較小，且對于快起伏的接收信號來講，非相干積累還將獲得更好的檢測效果，因此本發(fā)明實施例提供的基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法能夠在空間噪聲環(huán)境中實現(xiàn)對微弱信號的檢測。另一方面，現(xiàn)有技術(shù)采用的是對整體待檢測區(qū)間進行檢測的方案，在檢測時需要對整體待檢測區(qū)間的數(shù)據(jù)進行處理，由于數(shù)據(jù)量較大，因此會耗費較長時間讀/寫數(shù)據(jù)，從而使得檢測時間較長，檢測效率較低；而與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明實施例提供的基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法，不再采用現(xiàn)有技術(shù)中對整體待檢測區(qū)間進行檢測的方案，而是將整體待檢測區(qū)間劃分為帶寬較小的若干個待檢測頻段，按待檢測頻段的順序依次檢測，因此相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例對帶寬較小的待檢測頻段的方案能夠大大縮短數(shù)據(jù)讀寫所占用的時間，從而減少檢測時間，提高檢測效率。同時，本發(fā)明實施例的方案也不再像現(xiàn)有技術(shù)中那樣——每檢測一個檢測單元時即利用該檢測單元的參考單元確定對應(yīng)的檢測門限，而是在對每個待檢測頻段進行檢測時確定一次檢測門限，利用所確定的檢測門限對該檢測頻段的每一信道進行檢測。因此，相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例的方案能夠大大減少計算檢測門限的運算量，從而縮短檢測時間。此外，現(xiàn)有技術(shù)中，是對整體待檢測頻率區(qū)間的采樣數(shù)據(jù)進行FFT處理的，而FFT的運算點數(shù)對運算量的影響呈指數(shù)增長，故FFT點數(shù)過大將大大增加系統(tǒng)對目標(biāo)信號的捕獲時間，而本發(fā)明實施例提供的基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法中，由于將整體待檢測頻率區(qū)間劃分為多個待檢測頻段，并對每個待檢測頻段采樣數(shù)據(jù)進行了信道化處理，然后再進行FFT處理，因此能夠大大減少由于FFT運算所引起的時間消耗。綜上所述，本發(fā)明實施例提供的基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法能夠在空間噪聲環(huán)境中實現(xiàn)對弱信號的檢測，且檢測時間較短，檢測效率較高。

此外，本發(fā)明實施例提供的基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法還具有靈活性高的突出優(yōu)點：本發(fā)明實施例方法中各個參數(shù)值均是可變的，可以根據(jù)實際使用過程中的系統(tǒng)要求進行調(diào)節(jié)，參數(shù)化的說明使得本發(fā)明實施例方法可適應(yīng)各種實際情況，提高了系統(tǒng)設(shè)計的靈活性、復(fù)用性和可移植性。

以下通過仿真試驗進一步說明本發(fā)明實施例提供的基于星載天線捕獲跟蹤指向系統(tǒng)的信號檢測方法的效果：

1、仿真條件：

為著重研究系統(tǒng)對目標(biāo)信號的檢測，本仿真實驗只針對一個信道進行實驗。設(shè)置目標(biāo)信號為帶寬2MHz的隨機均勻分布信號，采樣率f_s＝18.75MHz，并通過加入一定功率的噪聲實現(xiàn)目標(biāo)信號淹沒在噪聲背景之下，帶寬內(nèi)信噪比固定設(shè)置為SNR＝5dB。

2、仿真實驗內(nèi)容：

①利用隨機函數(shù)生成給定帶寬的隨機均勻分布的目標(biāo)信號，并根據(jù)帶寬內(nèi)信噪比SNR添加一定的噪聲，噪聲隨機產(chǎn)生，得待檢測信道信號，繪制待檢測信號功率譜。

②按照系統(tǒng)算法，通過采樣頻率f_s對待檢測信道信號采樣，然后對采樣信號進行FFT變換、求模運算、平方運算，并進行累加運算。

③根據(jù)給定的帶寬內(nèi)信噪比SNR及給定的發(fā)現(xiàn)概率P_d和虛警率P_fa，確定非相干積累次數(shù)K，然后對過程②循環(huán)K次完成對待檢測信道信號的非相干積累，并繪制非相干積累后的待檢測信號功率譜。

④根據(jù)本發(fā)明實施例方法中最佳門限檢測因子f的確定方法，利用過程③非相干積累的結(jié)果服從χ²分布的特性及系統(tǒng)性能確定最佳門限檢測因子f；結(jié)合本仿真，對過程③非相干積累的結(jié)果等間隔的取3段參考單元，每段參考單元的數(shù)據(jù)點數(shù)為500點，將3段參考單元平均值的最小值作為待檢測信道信號的底噪功率估計值，由此確定最佳檢測門限。

⑤根據(jù)本發(fā)明實施例方法，利用過程④的最佳檢測門限對過程③非相干積累后的待檢測信道信號進行檢測；若檢測到潛在目標(biāo)信號，為避免虛警對系統(tǒng)檢測性能的影響，利用“P/N判決準(zhǔn)則”，結(jié)合本仿真，重復(fù)N＝5次檢測，若檢測到目標(biāo)信號的次數(shù)P≥3，則說明檢測到目標(biāo)信號，否則檢測到的潛在目標(biāo)信號是由虛警產(chǎn)生，繪制信號檢測結(jié)果圖。

3.仿真結(jié)果分析：

圖4所示為仿真試驗中目標(biāo)信號的頻譜圖。觀察圖4，可以看出，目標(biāo)信號為帶寬B＝2MHz的均勻分布信號，在信號帶寬內(nèi)頻譜高度較大，其他位置信號頻譜高度很小。

圖5(a)所示為非相干積累前的待檢測信號的時域圖，圖5(b)所示為非相干積累前待檢測信號經(jīng)過FFT的頻譜圖。觀察圖5(a)和5(b)可知，在對待檢測信號不進行非相干積累的情況下，目標(biāo)信號基本淹沒在噪聲之中，無法檢出。

圖6所示為經(jīng)過非相干積累后的待檢測信號經(jīng)過FFT的頻譜圖。觀察圖6可知，經(jīng)過非相干積累，信號的信噪比獲得了很大的提高。

圖7所示為非相干積累后的待檢測信號通過最佳檢測門限檢測的結(jié)果圖。觀察圖7，可以看出，目標(biāo)信號已被檢測出來，且目標(biāo)信號的信噪比較大。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括：ROM、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。