2 相似理论
在信号与系统学科中,相关性是一种在时域中对信号特性进行描述的重要方法。由于信号与其功率谱函数是一对傅里叶变换,在信号分析中往往利用它来分析随机信号的功率谱分布,以致不少人一提到相关性马上会联想到信号功率谱的计算。假设得到的两信号分别为X(t),Y(t)。可以选择当倍数K使KY(t)去逼近X(t)。在此可以借用误差能量来度量波形的相似程度。
其中Er代表误差能量,K的选择是为了使误差能量最小,可以得出
另外,可定义相对误差能量为
其中Pxy为相关系数。可以推出
对于能量有限的信号而言,能量是确定的,相关系数的大小只由X(t)*Y(t)积分决定。若两个完全不相似的信号,其幅度取值和出现时刻是相互独立、彼此无关的,即X(t)*Y(t)=0,其积分结果也为0,所以当相关系数为O时相似度最差,即不相关。当相关系数为1时,则误差能量为0,说明这两个信号相似度很好,是线性相关的。因此把相关系数作为两个信号相似性的度量完全是有理论依据的、合理的。
3 利用相似理论的噪声调频信号检测
为了讨论方便,假设接收机为理想接收机,即在通带内,其幅频特性为一固定值,相频为线性,而通带之外增益为零,中心频率ω0为且远大于接收机带宽△ω,并假定背景噪声是高斯白噪声,这种假设不失一般性,基本可以很好地描述常规接收机的检测特性。
在时长1 ms,信噪比从一10~10 dB进行100次蒙特卡洛实验,其信号具体形式如第2节所述,首先得到信号和基准白噪声的各自的功率谱,然后代入式(12)中,计算其相关系数。考虑到虚警的可能性,通常认为当相关系数<0.8时存在噪声调频干扰,否则没有噪声干扰信号进入。所得结果,如图3所示。
从图3可以看出在信噪比一3 dB以上能够在时长0.1 ms下做到100%的检测。充分说明了该方法对检测识别噪声调频信号是可行的。而且根据积累时长的不同,对算法检测的灵敏度影响很大,在图4给出了不同积累时间10次蒙特卡洛实验的检测概率。
从图4中可以看出,随着时长的增加不但检测灵敏度有比较明显的提高,同时检测曲线更加的平滑,误差减小。
4 结束语
由于噪声调频信号的强随机性,利用相关的各种检测方法无法对此类信号做出有效的检测。文中利用功率谱积累和相似函数的方法对噪声调频信号进行了检测,通过仿真试验验证了方法的可行性,说明检测概率与信噪比和累计时间长度的关系。