一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法及系统

1.本发明涉及一种地电极电流场无线通信领域，特别是关于一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法及系统。


背景技术：

2.地电极电流场无线透地(through-the-earth,tte)通信，是一种以大地为信道的信息传输技术。对于tte通信使用的极低频的信号，其具有强穿透性，但发射频率低，信号发送和接收往往需要很长时间。此时，收发机不同频率的晶振所导致的采样频偏对接收端同步的影响将被放大。而且tte通信信号传输衰减严重，信号在噪声的影响下难以检测，现有的低频长同步信号的相关检测方法很少，并不适用于tte通信系统。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明的目的是提供一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法及系统，其能在低频低信噪比的检测条件下，补偿采样频偏对接收信号中长同步信号造成的影响，利用长时间累积提高接收信噪比，检测出接收信号中的长同步信号位置，进而实现tte通信。
4.为实现上述目的，第一方面，本发明采取的技术方案为：一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法，包括：采用最大似然算法计算接收信号的时域信息的采样频偏粗估计；基于采样频偏粗估计值，采用遍历法对本地长同步信号进行修正，生成经过频偏修正的本地长同步信号；经频偏修正的本地长同步信号与接收信号做滑动相关计算，进行采样频偏的精确估计，进而确定接收信号中的长同步信号起始点，完成微弱信号检测。
5.进一步，生成经过频偏修正的本地长同步信号，包括：
6.假设接收过程中实际累积一个采样时钟偏差的采样个数为n
′
，n
′
的值在[n-x,n+x]内，x的值取为n/10，n为采样频偏粗估计值；
[0007]
将n
′
在[n-x,n+x]内遍历，并在每次遍历中将本地长同步信号根据训练信号间相位旋转角度θ的正负值，每间隔n
′
个采样点插入或去除一个采样点，以修正残余偏差，生成经过频偏修正的本地长同步信号。
[0008]
进一步，根据训练信号间相位旋转角度θ的正负值，每间隔n
′
个采样点插入或去除一个采样点，包括：
[0009]
训练信号间相位旋转角度θ为正值时，每间隔n
′
个采样点插入一个采样点，并在插入的采样值取前后两个采样点值的平均数，以修正残余偏差；
[0010]
训练信号间相位旋转角度θ为负值时，每间隔n
′
个采样点去除一个采样点，以修正残余偏差。
[0011]
进一步，进行采样频偏的精确估计，包括：
[0012]
每条经过频偏修正的本地长同步信号与接收信号进行滑动相关计算，记录每次遍历中的n
′
值与第一相关峰值k；
[0013]
根据最大第一相关峰值k
max
确定采样频偏精估计值，由采样频偏精估计值再次对本地长同步信号采用内插法进行修正，生成经长相关算法后的本地长同步信号。
[0014]
进一步，由采样频偏精估计值再次对本地长同步信号采用内插法进行修正，包括：
[0015]
根据符号间相位旋转角度θ的正负值，将本地长同步信号每n
pre
个采样点插入或去除一个采样点；n
pre
为采样频偏精估计值；
[0016]
符号间相位旋转角度θ为正值，将本地长同步信号每n
pre
个采样点插入一个采样点；训练信号间相位旋转角度θ为负值时，将本地长同步信号每n
pre
个采样点去除一个采样点。
[0017]
进一步，确定接收信号中的长同步信号起始点，包括：
[0018]
将经长相关算法后的本地长同步信号与接收信号进行滑动相关计算，假设第二相关峰值为k
re
，根据第二相关峰值确定相关阈值，在一次滑动相关检测中若第二相关峰值超过相关阈值，则认定检测到同步信号。
[0019]
进一步，相关阈值为：0.9k
re
。
[0020]
第二方面，本发明采取的技术方案为：一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测系统，其包括：粗估计模块，采用最大似然算法计算接收信号的时域信息的采样频偏粗估计；修正模块，基于采样频偏粗估计值，采用遍历法对本地长同步信号进行修正，生成经过频偏修正的本地长同步信号；精估计模块，经频偏修正的本地长同步信号与接收信号做滑动相关计算，进行采样频偏的精确估计，进而确定接收信号中的长同步信号起始点，完成微弱信号检测。
[0021]
第三方面，本发明采取的技术方案为：一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上述方法中的任一方法。
[0022]
第四方面，本发明采取的技术方案为：一种计算设备，其包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行上述方法中的任一方法的指令。
[0023]
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0024]
本发明透地通信系统能在低频低信噪比的检测条件下，补偿采样频偏对接收信号中长同步信号造成的影响，利用长时间累积提高接收信噪比，检测出接收信号中的长同步信号位置，提高同步精确度。与现有技术中只采用常规滑动相关同步的方法相比，本发明采用采样频偏粗估计加采样频偏精估计的长相关算法能够有更好的信噪比、虚警概率更低、同时同步点位的精准度更高。
附图说明
[0025]
图1是本发明实施例中微弱信号检测方法流程图；
[0026]
图2是本发明实施例中采样频偏精估计流程示意图；
[0027]
图3是采用常规滑动相关算法的相关值示意图；
[0028]
图4是本发明实施例中采用长相关算法的相关值示意图。
具体实施方式
[0029]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0031]
长相关算法的微弱信号检测方法，此微弱信号检测方法应用于地电极电流场无线透地通信系统中，因为电极电流场信息传输的特殊性，接收端接收到的信号通常都很微弱，很难在其中判断出信号的准确位置，所以会造成信息漏检，以及丢失部分信息。为解决此问题，本发明采用加长本地同步信号的长度(后文称本地长同步信号)，利用长时间累积提高接收信噪比，解决微弱信号难以确定信号起始位置的问题。又因为收发机晶振频率不同，接收端的信号会受到采样频偏的影响，本地长同步信号也会受到影响；故本发明采用根据收发机的采样频偏进行本地长同步信号修正的长相关算法。
[0032]
本发明提供一种基于长相关算法的地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法及系统，其步骤：先用最大似然算法对接收信号进行采样频偏粗估计。对采样偏差进行粗估计后，再采用遍历法进行相关计算完成对采样频偏的精估计。接着根据精估计值对本地长同步信号使用内插法进行修改，生成经长相关算法后的本地长同步信号，并与接收信号进行滑动相关计算，当相关峰值超过相关检测阈值，则认定检测到接收信号中的长同步信号。
[0033]
在本发明的一个实施例中，提供一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法。本实施例中，如图1、图2所示，该方法包括以下步骤：
[0034]
1)采用最大似然算法计算接收信号的时域信息的采样频偏粗估计；
[0035]
2)基于采样频偏粗估计值，采用遍历法对本地长同步信号进行修正，生成经过频偏修正的本地长同步信号；
[0036]
3)经频偏修正的本地长同步信号与接收信号做滑动相关计算，进行采样频偏的精确估计，进而确定接收信号中的长同步信号起始点，完成微弱信号检测。
[0037]
上述步骤1)中，本实施例中采用先由最大似然算法对接收信号进行采样频偏粗估计，以缩小n
′
与n之间的差距。
[0038]
具体的，本实施例采用的最大似然算法运行于接收信号的时域信息，其中训练信号取接收信号中两个连续重复符号，每个符号长度为l。
[0039]
假设发送信号为xn，发射机采样频率为fs，接收机采样频率为fs′
，发射机采样周期ts＝1/fs，接收机采样周期ts′
＝1/fs′
，δf为频偏，δf＝fs′‑fs
。训练信号中两个符号之间的延时为d个采样点。
[0040]
1.1)计算训练信号的延时相关和r：
[0041][0042]
式中，rn为在接收端，忽略瞬时噪声，接收到的复基带信号，xn为发送信号，*为共轭，l为每个符号的长度，两个连续重复符号之间的延时为d个采样点。
[0043]
1.2)频偏δf的影响体现在这一项上，根据欧拉公式和复数取角运算公式计算训练信号间相位旋转弧度∠r：
[0044]ejθ
＝cosθ+jsinθ＝a+bi
[0045]
∠r＝arctan(r)＝arctan(b/a)
[0046]
训练信号中相同两个符号时间间隔很短，符号间相位旋转角度θ在-π/2到π/2之间，故根据相位旋转弧度计算相位旋转角度θ可表示为：
[0047][0048]
当θ为正数时，相位顺时针旋转；当θ为负数时，相位逆时针旋转。
[0049]
1.3)采样频偏会导致相位旋转角度的累积，当相位旋转角度累积到-2π时，会出现采样点丢失；当相位旋转角度累积到2π时，出现采样点的增加。根据步骤1.2)中的θ值，计算接收端累积一个采样时钟偏差的采样个数为n，则：
[0050][0051]
n记为采样频偏粗估计值。
[0052]
上述步骤2)中，由于透地通信系统以大地为信道，信噪比较低，接收端的接收信号受噪声影响较发射信号有较大的变化，步骤1.1)中的原本相同的两个符号亦受到噪声影响产生变化，故步骤1.3)中采样频偏粗估计值的计算结果会存在残余偏差。在低频传输过程中，传输时间较长，且tte通信需要长同步信号以提高接收信噪比，残余偏差对同步性能的影响将会被放大。
[0053]
本实施例中，如图2所示，生成经过频偏修正的本地长同步信号，包括以下步骤：
[0054]
2.1)假设接收过程中实际累积一个采样时钟偏差的采样个数为n
′
，n
′
的值在[n-x,n+x]内，x的值取为n/10，n为采样频偏粗估计值；
[0055]
2.2)将n
′
在[n-x,n+x]内遍历，并在每次遍历中将本地长同步信号根据训练信号间相位旋转角度θ的正负值，每间隔n
′
个采样点插入或去除一个采样点，以修正残余偏差，
生成经过频偏修正的本地长同步信号。通过生成的经过频偏修正的本地长同步信号可用于克服残余偏差对同步性能产生的影响，从而增加同步准确性。
[0056]
上述步骤2.2)中，由于当θ为正数时，相位顺时针旋转，会出现采样点丢失；当θ为负数时，相位逆时针旋转，会出现采样点增加。故在本实施例中，根据训练信号间相位旋转角度θ的正负值，每间隔n
′
个采样点插入或去除一个采样点，包括以下步骤：
[0057]
2.2.1)训练信号间相位旋转角度θ为正值时，每间隔n
′
个采样点插入一个采样点，并在插入的采样值取前后两个采样点值的平均数，以修正残余偏差；
[0058]
2.2.2)训练信号间相位旋转角度θ为负值时，每间隔n
′
个采样点去除一个采样点，以修正残余偏差。
[0059]
以每隔n
′
个采样点插入一个采样点为例：
[0060]
设本地长同步信号为[x1,x2……
xn]，x1为本地长同步信号中第一个点。插入采样点后的信号为[x1,x2……
xn′‑1，xn′
，yn′
，xn′
+1
……
x
2n
′‑1，x
2n
′
，y
2n
′
，x
2n
′
+1
……
x
n+m
]，式中y
ln
′
(l＝1,2,
…
)为插入的采样点，采样值取前后两个采样点值的平均数，如:
[0061][0062]
从而生成2x+1条经过频偏修正的本地长同步信号。
[0063]
上述步骤3)中，进行采样频偏的精确估计，包括以下步骤：
[0064]
3.1)每条经过频偏修正的本地长同步信号与接收信号进行滑动相关计算，记录每次遍历中的n
′
值与第一相关峰值k；
[0065]
其中，第一相关峰值k为频偏修正的本地长同步信号与接收信号之间的相关峰值；
[0066]
3.2)根据最大第一相关峰值k
max
确定采样频偏精估计值，由采样频偏精估计值再次对本地长同步信号采用内插法进行修正，生成经长相关算法后的本地长同步信号。
[0067]
具体的，最大相关峰值k
max
对应的n
′
值即为采样频偏精估计值，记为n
pre
。
[0068]
上述步骤3.2)中，由采样频偏精估计值再次对本地长同步信号采用内插法进行修正，具体为：
[0069]
根据符号间相位旋转角度θ的正负值，将本地长同步信号每n
pre
个采样点插入或去除一个采样点；n
pre
为采样频偏精估计值。
[0070]
其中，符号间相位旋转角度θ为正值，将本地长同步信号每n
pre
个采样点插入一个采样点；训练信号间相位旋转角度θ为负值时，将本地长同步信号每n
pre
个采样点去除一个采样点。
[0071]
上述步骤3)中，确定接收信号中的长同步信号起始点，具体为：
[0072]
将经长相关算法后的本地长同步信号与接收信号进行滑动相关计算，假设第二相关峰值为k
re
，根据第二相关峰值确定相关阈值，在一次滑动相关检测中若第二相关峰值超过相关阈值，则认定检测到同步信号。其中，第二相关峰值k
re
为经长相关算法后的本地长同步信号与接收信号之间的相关峰值。
[0073]
本实施例中，优选的，相关阈值为：0.9k
re
。
[0074]
实施例：本实施例中通过将本发明的长相关算法与常规滑动相关算法进行仿真对比，对本发明做进一步说明。
[0075]
如图3所示，为未经过频偏修正的本地长同步信号与具有频偏的接收信号在低频
低信噪比的传输条件下，进行滑动相关计算后，所绘制出的相关值。图3中的左侧长条框中的相关峰值约为右侧框中相关值均值的绝对值的5倍。如图4所示，为在低频低信噪比的传输条件下，经过长相关算法后，所绘制出的相关值。图4中的左侧框中的相关峰值约为右侧框中相关值均值的绝对值的6倍。在低频低信噪比的大地信道中，使用本发明提出的使用粗估计加精估计的长相关算法进行同步比直接使用常规滑动相关算法进行同步，有更好的信噪比，同时虚警概率也更低。在仿真中，使用长相关算法的虚警概率约为6％，而常规滑动相关算法的虚警概率为7％，如表1所示。
[0076]
表1两种同步算法的虚警概率
[0077]
算法种类常规滑动相关算法长相关算法虚警次数3530虚警概率7％6％
[0078]
未经过频偏修正的本地长同步信号与具有频偏的接收信号在低频低信噪比的传输条件下，进行滑动相关计算后，其相关峰值的点位完全正确的概率约为10.2％。而本发明提出的使用粗估计加精估计的长相关算法进行同步比直接使用常规滑动相关算法进行同步，有更好的同步精确度。在低频低信噪比的传输条件下，经过长相关算法后，其相关峰值的点位完全正确的概率约为19.6％。
[0079]
在低频低信噪比的大地信道中，本发明提出的使用粗估计加精估计的长相关算法进行同步比只使用常规滑动相关算法进行同步，有更好的信噪比、虚警概率也更低、同时同步点位的精准度更高，如表2所示。
[0080]
表2两种同步算法的同步点位正确概率
[0081]
算法种类常规滑动相关算法长相关算法同步点位正确概率10.2％19.6％
[0082]
综上，现有采样频偏粗估计算法可以近似估计出收发端的采样频偏，但由于透地通信系统以大地为信道，信噪比较低，接收端的接收信号受噪声影响较发射信号有较大的变化，原本相同的两个符号亦受到噪声影响产生变化。故本发明采样频偏粗估计值的计算结果n与接收端实际累积一个采样时钟偏差的采样个数n
′
会存在残余偏差，该残余偏差会对同步性能产生影响。使用粗估计加精估计两次估计的长相关算法，能够减少残余偏差对同步性能产生的影响，提高透地通信系统在低频低信噪比的检测条件下的同步准确性。
[0083]
在本发明的一个实施例中，提供一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测系统，其包括：
[0084]
粗估计模块，采用最大似然算法计算接收信号的时域信息的采样频偏粗估计；
[0085]
修正模块，基于采样频偏粗估计值，采用遍历法对本地长同步信号进行修正，生成经过频偏修正的本地长同步信号；
[0086]
精估计模块，经频偏修正的本地长同步信号与接收信号做滑动相关计算，进行采样频偏的精确估计，进而确定接收信号中的长同步信号起始点，完成微弱信号检测。
[0087]
上述实施例中，生成经过频偏修正的本地长同步信号，包括：
[0088]
假设接收过程中实际累积一个采样时钟偏差的采样个数为n
′
，n
′
的值在[n-x,n+x]内，x的值取为n/10，n为采样频偏粗估计值；
[0089]
将n
′
在[n-x,n+x]内遍历，并在每次遍历中将本地长同步信号根据训练信号间相
位旋转角度θ的正负值，每间隔n
′
个采样点插入或去除一个采样点，以修正残余偏差，生成经过频偏修正的本地长同步信号。
[0090]
其中，根据训练信号间相位旋转角度θ的正负值，每间隔n
′
个采样点插入或去除一个采样点，包括：
[0091]
训练信号间相位旋转角度θ为正值时，每间隔n
′
个采样点插入一个采样点，并在插入的采样值取前后两个采样点值的平均数，以修正残余偏差；
[0092]
训练信号间相位旋转角度θ为负值时，每间隔n
′
个采样点去除一个采样点，以修正残余偏差。
[0093]
上述实施例中，进行采样频偏的精确估计，包括：
[0094]
每条经过频偏修正的本地长同步信号与接收信号进行滑动相关计算，记录每次遍历中的n
′
值与第一相关峰值k；
[0095]
根据最大第一相关峰值k
max
确定采样频偏精估计值，由采样频偏精估计值再次对本地长同步信号采用内插法进行修正，生成经长相关算法后的本地长同步信号。
[0096]
其中，由采样频偏精估计值再次对本地长同步信号采用内插法进行修正，包括：
[0097]
根据符号间相位旋转角度θ的正负值，将本地长同步信号每n
pre
个采样点插入或去除一个采样点；n
pre
为采样频偏精估计值；
[0098]
符号间相位旋转角度θ为正值，将本地长同步信号每n
pre
个采样点插入一个采样点；训练信号间相位旋转角度θ为负值时，将本地长同步信号每n
pre
个采样点去除一个采样点。
[0099]
上述实施例中，确定接收信号中的长同步信号起始点，包括：
[0100]
将经长相关算法后的本地长同步信号与接收信号进行滑动相关计算，假设第二相关峰值为k
re
，根据第二相关峰值确定相关阈值，在一次滑动相关检测中若第二相关峰值超过相关阈值，则认定检测到同步信号。
[0101]
本实施例中，优选的，相关阈值为：0.9k
re
。
[0102]
本实施例提供的系统是用于执行上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。
[0103]
本发明一实施例中提供的计算设备，该计算设备可以是终端，其可以包括：处理器(processor)、通信接口(communications interface)、存储器(memory)、显示屏和输入装置。其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信。该处理器用于提供计算和控制能力。该存储器包括非易失性存储介质、内存储器，该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法；该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过wifi、管理商网络、nfc(近场通信)或其他技术实现。该显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。处理器可以调用存储器中的逻辑指令。
[0104]
此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明
的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0105]
在本发明的一个实施例中，提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法。
[0106]
在本发明的一个实施例中，提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储服务器指令，该计算机指令使计算机执行上述各实施例提供的方法。
[0107]
上述实施例提供的一种计算机可读存储介质，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
[0108]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0109]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0110]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0111]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；例如，n
′
的遍历范围可根据采样频率设定，插入的采样点的采样值等各步骤的参数、阈值都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法，其特征在于，包括：采用最大似然算法计算接收信号的时域信息的采样频偏粗估计；基于采样频偏粗估计值，采用遍历法对本地长同步信号进行修正，生成经过频偏修正的本地长同步信号；经频偏修正的本地长同步信号与接收信号做滑动相关计算，进行采样频偏的精确估计，进而确定接收信号中的长同步信号起始点，完成微弱信号检测。2.如权利要求1所述地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法，其特征在于，生成经过频偏修正的本地长同步信号，包括：假设接收过程中实际累积一个采样时钟偏差的采样个数为n
′
，n
′
的值在[n-x,n+x]内，x的值取为n/10，n为采样频偏粗估计值；将n
′
在[n-x,n+x]内遍历，并在每次遍历中将本地长同步信号根据训练信号间相位旋转角度θ的正负值，每间隔n
′
个采样点插入或去除一个采样点，以修正残余偏差，生成经过频偏修正的本地长同步信号。3.如权利要求2所述地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法，其特征在于，根据训练信号间相位旋转角度θ的正负值，每间隔n
′
个采样点插入或去除一个采样点，包括：训练信号间相位旋转角度θ为正值时，每间隔n
′
个采样点插入一个采样点，并在插入的采样值取前后两个采样点值的平均数，以修正残余偏差；训练信号间相位旋转角度θ为负值时，每间隔n
′
个采样点去除一个采样点，以修正残余偏差。4.如权利要求1所述地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法，其特征在于，进行采样频偏的精确估计，包括：每条经过频偏修正的本地长同步信号与接收信号进行滑动相关计算，记录每次遍历中的n
′
值与第一相关峰值k；根据最大第一相关峰值k
max
确定采样频偏精估计值，由采样频偏精估计值再次对本地长同步信号采用内插法进行修正，生成经长相关算法后的本地长同步信号。5.如权利要求4所述地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法，其特征在于，由采样频偏精估计值再次对本地长同步信号采用内插法进行修正，包括：根据符号间相位旋转角度θ的正负值，将本地长同步信号每n
pre
个采样点插入或去除一个采样点；n
pre
为采样频偏精估计值；符号间相位旋转角度θ为正值，将本地长同步信号每n
pre
个采样点插入一个采样点；训练信号间相位旋转角度θ为负值时，将本地长同步信号每n
pre
个采样点去除一个采样点。6.如权利要求1所述地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法，其特征在于，确定接收信号中的长同步信号起始点，包括：将经长相关算法后的本地长同步信号与接收信号进行滑动相关计算，假设第二相关峰值为k
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，根据第二相关峰值确定相关阈值，在一次滑动相关检测中若第二相关峰值超过相关阈值，则认定检测到同步信号。7.如权利要求6所述地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法，其特征在于，相关阈值为：0.9k
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。8.一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测系统，其特征在于，包括：
粗估计模块，采用最大似然算法计算接收信号的时域信息的采样频偏粗估计；修正模块，基于采样频偏粗估计值，采用遍历法对本地长同步信号进行修正，生成经过频偏修正的本地长同步信号；精估计模块，经频偏修正的本地长同步信号与接收信号做滑动相关计算，进行采样频偏的精确估计，进而确定接收信号中的长同步信号起始点，完成微弱信号检测。9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行如权利要求1至7所述方法中的任一方法。10.一种计算设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1至7所述方法中的任一方法的指令。

技术总结
本发明涉及一种地电极电流场无线透地的微弱信号检测方法及系统，其包括：采用最大似然算法计算接收信号的时域信息的采样频偏粗估计；基于采样频偏粗估计值，采用遍历法对本地长同步信号进行修正，生成经过频偏修正的本地长同步信号；经频偏修正的本地长同步信号与接收信号做滑动相关计算，进行采样频偏的精确估计，进而确定接收信号中的长同步信号起始点，完成对微弱信号的检测。本发明能在低频低信噪比的检测条件下，补偿采样频偏对接收信号中长同步信号造成的影响，利用长时间累积提高接收信噪比，检测出接收信号中的长同步信号位置，进而实现TTE通信。本发明可以在地电极电流场无线通信领域中应用。场无线通信领域中应用。场无线通信领域中应用。


技术研发人员：徐湛 张旭 苏中 温晓雯 陈晋辉
受保护的技术使用者：北京信息科技大学
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/13