1.一种基于贝蒂数特征的微弱信号检测方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:计算接收信号的功率谱,提取功率谱的分组极值序列和超阈值序列;
步骤2:分别以分组极值序列和超阈值序列作为横、纵坐标,构建点云结构,并处理得到特征点云;
步骤3:以Vietoris‑Rips复形作为基本结构,设定最大尺度参数,将特征点云变换成相应的嵌套复形;
步骤4:提取最大尺度参数时嵌套复形的0维及1维贝蒂数的乘积作为检测统计量;
步骤5:设定门限值,通过检测统计量和门限值之间的比较来判断信号的存在。
2.如权利要求1所述的一种基于贝蒂数特征的微弱信号检测方法,其特征在于:所述步骤1中,将经过路径损耗的传输信号s(t)和加性高斯白噪声n(t)组成的连续时间接收信号r(t)表示为:
r(t)=s(t)+n(t)其中
式中,ξ(δ)表示第δ个信息符号样本,g(t)表示在一个持续时间T0内携带一个信息样本的连续时间波形,g(t‑δT0)表示第δ个码元对应的脉冲;在接收端,r(t)以采样频率fs进行离散等间隔采样,得到接收信号的离散样本集:r(k)=s(k)+n(k),k=0,1,...,K‑12
其中,n(k)是均值为0,方差为σ的离散时间加性高斯白噪声样本,s(k)是纯信号的离散样本;K是接收信号样本数;
接收信号的功率谱为:
3.如权利要求1所述的一种基于贝蒂数特征的微弱信号检测方法,其特征在于:所述步骤1中,通过如下方式提取功率谱的分组极值序列:将功率谱分段后取每个分段的最大值构成分组极值序列。
4.如权利要求3所述的一种基于贝蒂数特征的微弱信号检测方法,其特征在于:所述分组极值序列的提取过程如下:
将功率谱R(m)分成L组,并提取每组的最大值为其分组极值序列U:U=(u0,u1,...,uL‑1)式中,ul,l=0,...,L‑1是经由标准Gumbel分布的尺度参数和位置参数归一化后的分组极值样本。
5.如权利要求1所述的一种基于贝蒂数特征的微弱信号检测方法,其特征在于:所述步骤1中,通过如下方式提取功率谱的超阈值序列:设定相应的门限,提取功率谱中超过该门限的样本,将这些样本减去该门限后所得到的超量值部分,构成超阈值序列。
6.如权利要求5所述的一种基于贝蒂数特征的微弱信号检测方法,其特征在于:所述超阈值序列的提取过程具体如下:设定门限th=0.1max[R(m)],提取功率谱R(m)中超过该门限值的样本,并将这些样本减去该门限,得到功率谱的超阈值谱V:V=(v0,v1,...,vL‑1)式中,vl,l=0,...,L‑1是经由标准帕累托‑I型分布的尺度参数和位置参数归一化后的超阈值样本。
7.如权利要求1所述的一种基于贝蒂数特征的微弱信号检测方法,其特征在于:所述步骤2具体如下:
T T
分别以分组极值序列U及超阈值序列V为横、纵坐标构建点云Z=[U,V];
T T
通过最大最小化方法降低点云Z=[U ,V]的规模,同时对噪声点云进行滤波处理,得到其特征点云F=(f1,f2,...,fM),L>>M,M表示特征点云的个数。
8.如权利要求1所述的一种基于贝蒂数特征的微弱信号检测方法,其特征在于:所述步骤3具体如下:
选择合适的最大尺度参数εmax>0,控制尺度参数ε,使其在0≤ε≤εmax范围连续变化,通过单纯形滤流,将特征点云F变换成嵌套的Vietoris‑Rips复形,记为VR(M,ε)。
9.如权利要求8所述的一种基于贝蒂数特征的微弱信号检测方法,其特征在于:所述步骤3具体如下:
对VR(M,εmax)复形,计算其0维及1维贝蒂数,并将两者的乘积β01作为检测统计量。
10.如权利要求9所述的一种基于贝蒂数特征的微弱信号检测方法,其特征在于:步骤5具体如下:
将0维及1维贝蒂数的乘积β01与步骤4中设定的阈值η进行比较,若β01<η,则信道中存在信号,否则,信道中不存在信号。