CN115954015A 审中 多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法
1.一种多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法,其特征在于,所述多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法包括:
首先,基于能量监测的粗检测方法是先使用带通滤波器过滤音频原始数据,再基于时频分析法获得过滤数据的功率谱密度,对其进行能量监测从中提取包含第一路径的音频数据段。
其次,利用信号检测的极值归一化方法根据粗检测提取的音频数据段与原始音频信号之间的互相关函数的输出计算原始峰值,对原始峰值的极值进行归一化;
最后,根据信号的功率谱密度的变化特征与互相关的原始峰值的波形特征动态选择松弛阈值和严格阈值,再基于归一化后的极值使用动态阈值法提取第一路径。
2.如权利要求1所述多径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法,其特征在于,所述多径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法包括以下步骤:
步骤一,进行粗检测:利用带通滤波器对原始音频信号进行滤波,通过对滤波后的信号进行短时傅里叶变换得到表示每个音频数据段的功率谱密度矩阵;通过监测功率谱密度的能量变化检测第一路径之前的时延,并对精检测中提取第一路径的比例因子进行预测;
步骤二,进行精检测:从粗检测提取的音频数据段和原始音频信号的互相关函数输出中计算原始峰值,对原始峰值的极值进行归一化,得到归一化后的极值和预测精检测中提取第一路径的比例因子;将步骤一与步骤二得到的两个预测相结合进行动态选择比例因子的阈值,得到chirp信号的第一路径的时延检测结果。
3.如权利要求2所述多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法,其特征在于,所述进行粗检测包括以下步骤:
(1)接收包含chirp信号的原始音频信号,并利用带通滤波器对原始信号进行滤波处理,得到滤波后的音频信号;
(2)利用短时傅里叶变换处理滤波后的音频信号得到音频信号的功率谱密度,根据发射的chirp信号的参数转换为它在功率谱密度PSD中的参数:
Ws=round[DT/(SL/Fs)]
其中,round[·]表示舍入函数,Ws表示PSD中chirp信号持续时间的窗口数,mstart和mend分别表示PSD中chirp信号开始频率和结束频率的窗口数;其中,WL表示窗口的长度,SL表示窗口的移动步长,SL/Fs表示时间分辨率,Fs/WL表示频率分辨率;
(3)从音频信号的PSD中获取每个时延τn的平均能量AE以及能量突变比例ECR;其中,能量突变比例ECR表示在时延τn频率fm处的PSD值比时延τn-1频率fm处的PSD值的高出值大于阈值THED的频率fm个数与时延τn频率在使用频段fm总个数的比值;
(4)利用下式计算τn和τn-1的平均能量值的突变值:
(5)设置两个阈值THED和THECR,当和τn处的能量突变比例时,检测到第一路径的粗时延τn
(6)利用下式计算粗略时延τn处从最强的路径到第一路径的窗口数:
其中,表示在粗略时延τn处从最强路径到第一路径的窗口数,最强路径的窗口数是从n到n+Ws找到AE的最大值,n表示检测到的第一路径的窗口数;
(7)设置阈值THdis,对精检测中第一路径识别的比例因子λ进行预测。
4.如权利要求3所述多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法,其特征在于,所述利用短时傅里叶变换处理滤波后的音频信号得到音频信号的功率谱密度包括:
首先,将傅里叶变换的滑动窗口设置为接收信号的起点,窗口函数以t=τ0为中心,对信号进行加窗处理:
y(t)=x(t)·w(t-τ0);
其中,x(t)表示R(0:WL]的音频数据段;w为汉明窗函数;
其次,执行傅里叶变换获得第一个窗口的功率谱密度PSD:
其中,表示接收信号在(0,τ0]处的向量;fm取决于智能手机的Fs,范围为0Hz到Fs/2Hz;τ0=(WL/2)/Fs;
最后,计算第n个窗口的PSD:
其中,表示接收信号在(τn-1,τn]处的向量,x(tn)=R((n-1)×SL:WL+(n-1)×SL];
5.如权利要求2所述多径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法,其特征在于,所述进行精检测包括以下步骤:
1)将从互相关函数输出的|Rsr(τ)|得到的原始峰值NPVs并按信号的聚集特性分为不同的组,一个组为一个侯选峰CP,得到候选峰集CPs;
2)将,NPVs分组得到的每个CPs的极值归一化,得到可以表示信噪比的NEVs,归一化过程如下:
其中,表示第p个CP的信噪比;|Rsr(TCp)|表示第p个CP的极值mean[|Rsr(0:TCp-start)|]表示当0<τ<TCp-start时的|Rsr(τ)|的平均值;
3)设置阈值THCPs,对精检测中提取第一路径的比例因子λ进行预测:
4)根据得到的检测到第一路径的时延t0
其中,λad表示通过结合两个预测确定比例因子的阈值,将超过自适应阈值的第一个时延TCp视为第一路径,其中比例因子的阈值的确定如下:
6.如权利要求5所述多径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法,其特征在于,所述将从互相关函数输出的|Rsr(τ)|得到的原始峰值NPVs分为不同的组包括:
1.1)当λ为最小阈值λmin时,NPVs为|Rsr(τ)|的峰值从最小峰值λmin×max[|Rsr(τ)|]开始的递增值,得到一个峰值序列其中K表示的数量,TNk表示每个NPVs对应的时延;利用下式计算用于反映相邻峰时间间隔的时间差diffTNk
diffTNk=TNk-TNk-1k=2,3,…,K;
1.2)基于diffTNk对峰值序列进行分组得到侯选峰集
1.3)利用下式计算
TCp=TCp-end
其中,表示第p个CP;p=1,2,…,P,P为侯选峰CPs的个数,TCp表示每个侯选峰CPs的极值对应的时延。
7.一种实施如权利要求1-6任意一项所述多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法的多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测系统,其特征在于,所述多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测系统包括:
粗检测模块,先使用带通滤波器过滤音频原始数据,再基于时频分析法获得过滤数据的功率谱密度,对其进行能量监测从中提取包含第一路径的音频数据段;
精检测模块,利用信号的极值归一化方法根据粗检测提取的音频数据段与发射的音频信号之间的互相关函数的输出计算原始峰值,对原始峰值的极值进行归一化;再根据信号的功率谱密度的变化特征与互相关的原始峰值的波形特征动态选择松弛阈值和严格阈值,再基于归一化后的极值使用动态阈值法提取第一路径。
8.一种计算机设备,其特征在于,所述计算机设备包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,使得所述处理器执行如权利要求1-6任意一项所述多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质,存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,使得所述处理器执行如权利要求1-6任意一项所述多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测方法的步骤。
10.一种信息数据处理终端,其特征在于,所述信息数据处理终端用于实现如权利要求7所述多路径和非视距室内环境下的chirp信号检测系统。
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