一种基于分数阶傅里叶变换的到达检测方法

本发明公开一种基于分数阶傅里叶变换的到达检测方法，属于电子信息。

背景技术：

1、随着智能化的提升，越来越多的智能化电力通信设备需要接入电力通信网络，而室内复杂通信条件下的电网，也有荒野中超高压线路上的电网，不同于常见的通信终端不同，这些智能电力通信设备只在需要的时候才接入网络向电力公司发送相关数据，因此智能电力通信设备发送的信号具有突发性。在这种具有突发通信特性的网络中，信号的同步捕获一直是扩频通信系统不可或缺的一环，通信系统性能的优劣在一定程度上取决于该系统对接收信号进行同步的速度和精确程度，如果没有精确的同步，那么就无法对接收信号进行处理。而在对信号进行精确同步之前，需要对其进行到达检测，只有精准地确定了信号的到达，才能继续进行后续的同步操作。

2、然而，现有的到达检测方法常采用pmf-fft法进行到达检测，依赖于对前导序列进行自相关运算，通过检测是否有自相关运算结果的值超过预设的门限，来判定自相关运算的尖锐相关峰是否到达，该方法在信噪比较低的场景下，容易受到噪声影响，导致虚警，造成不必要的功耗。此外，该技术还存在门限值难以确定的问题。采用分数阶傅里叶变换进行到达检测也是目前进行信号到达检测的一种方法,对于采用分数阶傅里叶变换(fractional fourier transform,fft)的信号达到检测方法来说，同样存在着依赖于通过检验一段数据frft的最大数值是否超过阈值从而判定信号是否到达的问题，这会导致即使利用了分数阶傅里叶变换做检测，在低信噪比下也无法避免门限难以确定以及出现高虚警率的问题。高虚警率使得电力系统物联网设备错误地从待机休眠状态进入工作状态，这意味着功耗的上升，而功耗的上升将导致待机时间的减少，这就会使得使用此类技术进行到达检测的电力通信系统需要更加频繁地维护，使用成本大大增加。同时，电力通信系统动态的发射功率会导致信噪比的改变，这时需要动态地调整相关法和frft法中的门限，这带来了门限设计上的困难。

3、综上，如何降低现有信号到达检测方法在低信噪比场景下的虚警率是亟待解决解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供一种基于分数阶傅里叶变换的到达检测方法，解决现有到达检测方法在低信噪比场景下易虚警的技术问题，实现在不同信噪比场景下精确捕获信号的发明目的。

2、本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

3、一种基于分数阶傅里叶变换的到达检测方法，包括如下步骤：

4、步骤1，采样接收信号并记录采样信号经frft变换后的峰值坐标；

5、步骤2，根据连续时域内采样信号经frft变换后的峰值坐标判定目标信号是否已捕获。

6、作为一种基于分数阶傅里叶变换的到达检测方法的进一步优化方案，步骤1的具体方法为：

7、配置无线通信的载波为chirp信号，配置通信双方的通信参数；

8、接收方通过滑动窗口对接收信号进行分段采样，对于每个窗口内接收信号进行frft变换，记录各窗口内接收信号经frft变换后峰值所处位置的横纵坐标。

9、作为一种基于分数阶傅里叶变换的到达检测方法的进一步优化方案，步骤2具体为：当连续记录三个窗口内接收信号经frft变换后峰值所处位置的横纵坐标时，计算相邻两个横坐标位置之差，并对所述相邻两个横坐标位置的差值求平均值，所述相邻两个横坐标位置差值的平均值满足考虑frft时移特性的取值要求时，判定目标信号已捕获，所述相邻两个横坐标位置差值的平均值不满足考虑frft时移特性的取值要求时，舍弃最先保存的一个窗口内接收信号经frft变换后峰值所处位置的横纵坐标，记录下一个窗口内接收信号经frft变换后峰值所处位置的横纵坐标，重复上述操作，直到有相邻两个横坐标位置差值的平均值在允许误差范围内。

10、作为一种基于分数阶傅里叶变换的到达检测方法的再进一步优化方案，考虑frft时移特性的取值要求为在允许误差范围内且等于允许误差范围为标准误差数值上下浮动10％的数值范围，其中，n为窗口长度，fs为系统采样率，α为frft的旋转角度。

11、一种智能电力通信设备，包括：一个或多个处理器，以及用于存储一个或多个程序的存储器；当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现上述到达检测方法。

12、本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：本发明所提到达检测方法是通过不同窗口的frft峰值坐标之间的距离规律来判定是否有信号到达，而非通过是否有数值超过阈值来判定是否有信号到达，而由于低信噪比下噪声较大，frft的峰值可视为随机出现，因此其横坐标之间将不存在规律，从而不会出现虚警的情况，因此相比于自相关法和frft法，本发明可以极大降低在低信噪比下进行到达检测的虚警率，减少系统因为虚警带来的不必要功耗；同时，由于本方法不依赖于门限来判定信号是否到达，因此也避免了门限的设计。

技术特征：

1.一种基于分数阶傅里叶变换的到达检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述一种基于分数阶傅里叶变换的到达检测方法，其特征在于，所述步骤1的具体方法为：

3.根据权利要求1所述一种基于分数阶傅里叶变换的到达检测方法，其特征在于，所述步骤2具体为：当连续记录三个窗口内接收信号经frft变换后峰值所处位置的横纵坐标时，计算相邻两个横坐标位置之差，并对所述相邻两个横坐标位置的差值求平均值，所述相邻两个横坐标位置差值的平均值满足考虑frft时移特性的取值要求时，判定目标信号已捕获，所述相邻两个横坐标位置差值的平均值不满足考虑frft时移特性的取值要求时，舍弃最先保存的一个窗口内接收信号经frft变换后峰值所处位置的横纵坐标，记录下一个窗口内接收信号经frft变换后峰值所处位置的横纵坐标，重复上述操作，直到有相邻两个横坐标位置差值的平均值在允许误差范围内。

4.根据权利要求2所述一种基于分数阶傅里叶变换的到达检测方法，其特征在于，所述考虑frft时移特性的取值要求为在允许误差范围内且等于所述允许误差范围为标准误差数值上下浮动10％的数值范围，其中，n为窗口长度，fs为系统采样率，α为frft的旋转角度。

5.一种智能电力通信设备，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开一种基于分数阶傅里叶变换的到达检测方法，属于电子信息技术领域。该方法采样接收信号并记录采样信号经FRFT变换后的峰值坐标；根据连续时域内采样信号经FRFT变换后的峰值坐标判定目标信号是否已捕获。通过FRFT峰值间的距离规律来判定是否有信号到达，极大降低进行到达检测的虚警率，减少系统因为虚警带来的不必要功耗，也避免了门限的设计。技术研发人员：裴文江,金浩男,邓伟,夏亦犁,崔亮节,周翔,张庭瑞受保护的技术使用者：东南大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29