【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及信號檢測，更具體地，涉及一種頻移chirp信號幀檢測方法和裝置。
技術介紹
1、隨著無線通感一體化技術的飛速發展，云連接、車聯網、無人駕駛及機器間通信等物聯網（internet?of?things）類新型場景逐漸進入人們視野，物聯網設備及各類機器、無線終端對復雜環境下的通信性能提出挑戰。在典型的應用場景下，無人機、傳感器等機器類終端偶爾需要通過小型數據包來傳送各類猝發指令、緊急控制信息（如啟動、停止、移動、移位、旋轉）以及傳感器數據（如溫度、功耗、密度）。這些零星偶發的短數據包具有容量小、周期短、發送時間不定等特點。接收端每間隔一定周期進行信號檢測，檢測的信號能量超出閾值后，才會進行高效地同步、解調等過程，否則認為沒有信號到達。與此同時，在短數據包的傳輸過程中，高傳輸速率、抗干擾性能的信息資源利用問題顯得格外重要，而制約系統信息傳輸的主要短板則在于在給定虛警概率前提下，檢測性能遠低于解調性能，檢測性能低下意味著接收端將攜帶信息的信號當作噪聲，導致信號到達后無法準確地進入后續的解調過程，因此，檢測過程直接決定著環境感知、目標識別及指揮控制等關鍵任務的成敗。同時，由于各類終端與機器間通信常采用短數據包的形式傳輸控制命令與傳感器數據，而傳統的短數據包不僅攜帶接收機待獲取的信息比特，還攜帶要保證無線協議正確運行的附加比特，包含短數據包的檢測、同步、信道估計等信息，這些數據被稱作前導序列。傳統的短包結構中，為保證信息傳輸過程的可靠性，執行協議的前導序列占比開銷過大，同時利用前導訓練可實現一定程度的抗干擾性能，實現低誤碼的信息
2、在物聯網的lora調制技術中，chirp信號在物理層調制的信息數據前充當檢測同步頭，且chirp信號在分數傅里葉變換（fractional?fourier?transform，frft）域具有脈沖特性，可代替短包中前導序列的檢測與同步作用。借助這一思想，通過chirp擴頻調制能有效實現信息加載及檢測過程，可實現完全消除前導序列，提高通信效率。frft將chirp信號隨著變換階數不斷轉換實現能量聚集與分散，濾除噪聲成分，保留信號特征。在合適的分數階下，chirp信號能量匯集，出現窄帶脈沖峰，從而實現能量檢測與估計。不僅如此，chirp信號為線性調頻信號，具有良好的時頻耦合特性，對多普勒頻偏具有天然的免疫性，可較好地抵抗在動態場景下因頻率偏移對信息解調造成的譯碼干擾。
3、傳統的chirp擴頻（chirp?spread?spectrum，css）技術通過控制chirp信號的調頻率調制信息比特。現有技術中通過采用chirp信號作為信號基，通過二進制正交鍵控（binary?orthogonal?keying，bok）調制技術來載荷信息。chirp-bok為最常用的調制技術之一，原理簡單，在解調時只需要通過能量檢測就可以恢復原始數據，chirp信號的調頻率在噪聲中很難被扭曲，因此chirp-bok調制在抑制噪聲方面有很好的魯棒性。然而，chirp-bok信號每個碼元僅攜帶受調頻率制約的1bit信息，并未解決短包傳輸中的效率低下問題。另一種現有技術中利用chirp信號設計了一種超寬帶多址系統。該系統利用多條帶寬建立獨立支路，多路之間用戶相互正交，實現信息傳輸速率的提升。但該方法消耗了大量的帶寬資源，換取系統的吞吐量。
技術實現思路
1、針對現有技術的至少一個缺陷或改進需求，本專利技術提供了一種頻移chirp信號幀檢測方法和裝置，針對未知起始頻移調制前提下，均自適應地檢測出頻移chirp信號的能量峰值，有效提升了經頻移調制后chirp信號幀的檢測性能。
2、為實現上述目的，按照本專利技術的第一個方面，提供了一種頻移chirp信號幀檢測方法，該方法包括：
3、接收信號幀，所述信號幀包括若干碼元，每個碼元包括若干頻移段；
4、對每個碼元采用自適應frft，得到所述碼元在frft域的峰值；
5、選取所述碼元在frft域的峰值，求和作為能量累計檢測的評價函數；
6、當所述評價函數大于判斷閾值時，所述接收端判斷接收到了所述信號幀；
7、所述自適應frft，是指使所述frft的積分算子的變量遍歷所有的頻移段移位數，生成若干個frft積分算子；以上述frft積分算子分別與碼元進行frft運算，得到碼元在frft域的若干信號；獲取上述信號中具有唯一最大的信號，以該峰值作為該碼元在自適應frft域的峰值。
8、進一步地，上述頻移chirp信號幀檢測方法還包括：
9、所述碼元，表示為：
10、；
11、其中表示線性調頻信號初始頻率，表示調頻率參數， b為chirp信號帶寬， t為持續時間， q為所述碼元的頻移段數， k表示該碼元中頻移段移位數，；
12、所述自適應frft，采用的積分算子如下：
13、；
14、；
15、其中， p為frft階數，為所述積分算子的變量，；
16、所述自適應frft，是指使所述frft的積分算子中的遍歷，得到若干frft的積分算子；以上述frft積分算子分別與碼元進行frft運算，得到碼元在frft域的若干信號；獲取上述信號中具有唯一最大的信號，以該峰值作為該碼元在自適應frft域的峰值。
17、進一步地，上述頻移chirp信號幀檢測方法還包括：
18、檢測窗口長度為所述碼元的頻移段數、或所述碼元的頻移段數的一半。
19、進一步地，上述頻移chirp信號幀檢測方法還包括：
20、所述檢測窗口長度為所述碼元的頻移段數時，所述判斷閾值表示為；其中，表示接收第1~n個碼元時，接收到的噪聲信號經自適應frft后，取最大值的和，表示時移量，表示所述信號幀到達時間的偏移量，n表示所述信號幀中所述碼元的個數。
21、進一步地，上述頻移chirp信號幀檢測方法還包括：
22、還包括在發射端將短數據包進行調制，所述短數據包長度為1信號幀，所述調制是指將每個原始碼元的頻移段進行循環移位。
23、按照本專利技術的第二個方面，還提供了一種頻移chirp信號幀檢測裝置，其包括：
24、接收端，用于接收信號幀，所述信號幀由若干碼元組成；
25、所述接收端包括計算模塊，用于對每個碼元采用自適應frft，得到所述碼元在frft域的峰值；還用于選取所述碼元在frft域的峰值，求和作為能量累計檢測的評價函數；
26、所述接收端還包括判斷模塊，當所述評價函數大于判斷閾值時，所述接收端判斷接收到了所述信號幀；
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【技術保護點】
1.一種頻移Chirp信號幀檢測方法，包括：
2.如權利要求1所述的頻移Chirp信號幀檢測方法，包括：
3.如權利要求1所述的頻移Chirp信號幀檢測方法，其特征在于：
4.如權利要求3所述的頻移Chirp信號幀檢測方法，其特征在于：
5.如權利要求1所述的頻移Chirp信號幀檢測方法，其特征在于：
6.一種頻移Chirp信號幀檢測裝置，其特征在于：
7.如權利要求6所述的頻移Chirp信號幀檢測裝置，其特征在于：
8.如權利要求6所述的頻移Chirp信號幀檢測裝置，其特征在于：
9.如權利要求8所述的頻移Chirp信號幀檢測裝置，其特征在于：
10.如權利要求6所述的頻移Chirp信號幀檢測裝置，其特征在于：
【技術特征摘要】
1.一種頻移chirp信號幀檢測方法，包括：
2.如權利要求1所述的頻移chirp信號幀檢測方法，包括：
3.如權利要求1所述的頻移chirp信號幀檢測方法，其特征在于：
4.如權利要求3所述的頻移chirp信號幀檢測方法，其特征在于：
5.如權利要求1所述的頻移chirp信號幀檢測方法，其特征在于：
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【專利技術屬性】
技術研發人員：竇高奇，修夢雷，馮士民，付天暉，李麗華，
申請(專利權)人：中國人民解放軍海軍工程大學，
類型：發明
國別省市：
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