CN113259047B

CN113259047B - 一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测方法及系统

Info

Publication number: CN113259047B
Application number: CN202110518051.3A
Authority: CN
Inventors: 朱波; 赵昱杰
Original assignee: Shenzhen Huachuang Electric Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Huachuang Electric Technology Co ltd
Priority date: 2021-05-12
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2023-03-03
Anticipated expiration: 2041-05-12
Also published as: CN113259047A

Abstract

一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测方法及系统，该方法为：IFF信号经过ADC采集，得到数字中频信号，数字中频信号经过DDC下变频后，计算信号的幅度和相位信息。将信号的幅度信息过门限检测，形成脉冲框架，并采用脉冲框架修复技术修复脉冲框架，脉冲框架与Mode5的脉冲框架进行匹配，得出匹配结果。根据信号的相位信息，对数字中频信号进行MSK解调解码，得到MSK码字；将MSK码字与扩频映射表进行相关匹配，根据最优匹配进行码字纠错。根据脉冲框架匹配和MSK解码置信度评估，快速检测出Mode5信号。本发明通过脉冲修复技术，有效提高信号检测灵敏度，通过MSK相关码字检测技术，不仅消除了脉冲修复带来的虚警问题，也降低了信号解调误码率。

Description

一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测方法及系统

技术领域

本发明涉及信号高灵敏度检测领域，具体涉及一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测方法及系统。

背景技术

敌我识别对抗是电子对抗领域的一个重要组成部分，具备敌我识别信号检测、跟踪、态势感知的能力，在现代化战争中具有至关重要的作用。

Mode5采用了软扩频和MSK调制等新技术，提高了敌我识别系统的抗干扰与欺骗、低概率截获能力，增强了敌我识别系统在各军兵种、盟军联合作战时的协同作战能力。

Mark XIIA Mode5是用以取代Mark XII Mode4而统一研制的新型敌我识别系统，该系统不但能完成基本的敌我识别功能，还具备态势感知、选址询问和数据传输等能力。Mode5采用了软扩频和MSK调制等新技术，提高了敌我识别系统的抗干扰与欺骗、低概率截获能力，实现信号侦收。实现信号侦收的基本条件之一，必须有足够强的辐射源信号能力进入敌我识别系统，提高敌我识别系统的信号检测灵敏度。目前Mode5信号检测方法主要包括取样协方差矩阵的最大特征值检测、最小特征值检测、迹检测、对数行列式检测、特征值高阶矩检测、特征值匹配检测等Mode5常规检测技术，这些Mode5常规检测技术虽然能对信号灵敏度检测，但信号检测灵敏度低，虚警率高，解码正确率低，

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测方法及系统，可以有效提高信号检测灵敏度，降低信号解调误码率。

一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测方法，包括以下步骤：

1)IFF信号经过ADC采集，得到数字中频信号，数字中频信号经过DDC下变频处理后，计算信号的幅度信息和相位信息；

2)根据MSK解调算法，对数字中频信号进行MSK解调，得到二进制数据输出；根据信号的相位信息和二进制数据输出，对数字中频信号进行MSK解码，得到MSK码字；

3)将信号的幅度信息进行过门限检测，形成脉冲框架，对脉冲框架进行修复；

4)将MSK码字与Walsh码的软扩频映射表进行相关匹配，根据最优匹配进行码字纠错，得到MSK相关纠错得分和MSK相关纠错码字；

5)修复后的脉冲框架与Mode5的脉冲框架进行匹配，得到脉冲框架匹配结果；

6)根据脉冲框架匹配结果，对MSK相关纠错得分和MSK相关纠错码字进行MSK解码置信度评估，若MSK相关纠错总得分大于置信度门限，则通过MSK解码置信度评估，Mode5信号检测成功，并输出MSK相关纠错码字；否则，Mode5信号检测失败；

7)输出Mode5信号模式、TOA、信号幅度、脉冲抖动值和MSK码字。

进一步的，所述步骤2)中MSK解调算法为MSK非相干解调算法，所述MSK非相干解调算法原理为：经过ADC采样得到的数字中频信号通过数字下变频后，搬移到基带，再进行数字滤波、基带差分解调和定时同步，最后进行抽样判决得到二进制数据输出。

进一步的，所述步骤3)具体为：将信号的幅度信息与时域门限比较，形成脉冲框架；将脉冲间隔少于25ns的脉冲填充，修复脉冲框架。

进一步的，所述步骤4)具体为：

4a：将MSK码字输入至多组滤波器中，滤波器系数为Walsh码，得到多组相关值；

4b：取最大相关值所对应的滤波器系数作为MSK相关纠错码字；

4c：取最大相关值作为MSK相关纠错得分，得分越高，则相关度越大。

进一步的，所述步骤5)具体为：将修复后的脉冲框架进行缓存，并与Mode5信号格式进行比对，得到脉冲框架匹配结果，并引导MSK码字检测。

进一步的，所述步骤6)具体为：

6a：根据Mode5信号脉冲框架，将数据脉冲对应的MSK相关纠错得分求和，作为信号MSK解码置信度；

6b：根据脉冲框架匹配结果初步判定信号类型；根据信号类型制定MSK解码置信度门限；

6c：MSK解码置信度门限取值为0.75×Mode5的最高得分；若通过MSK解码置信度评估，则Mode5信号检测成功，并输出MSK相关纠错码字；否则，Mode5信号检测失败。

一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测系统，包括ADC采集模块、DDC下变频模块、脉冲检测模块、MSK解调模块、MSK解码器及多组MSK相关滤波器；所述ADC采集模块输出端与DDC下变频模块输入端电性连接；所述MSK解调模块输入端和脉冲检测模块输入端分别与DDC下变频模块的输出端电性连接；所述MSK解调模块输出端和MSK解码器的输入端电性连接；所述MSK解码器的输出端与多组MSK相关滤波器输入端电性连接；所述权利要求1至6中任意一项方法通过所述系统实现。

进一步的，所述多组滤波器为16组滤波器，所述16组滤波器的滤波器系数为Walsh码。

进一步的，所述MSK解调模块包括基带和数字滤波器。

一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测系统，包括ADC采集模块、DDC下变频模块、脉冲检测模块、MSK解调模块、MSK解码器及多组MSK相关滤波器；所述ADC采集模块输出端与DDC下变频模块输入端电性连接；所述MSK解调模块输入端和脉冲检测模块输入端分别与DDC下变频模块的输出端电性连接；所述MSK解调模块输出端和MSK解码器的输入端电性连接；所述MSK解码器的输出端与多组MSK相关滤波器输入端电性连接；所述权利要求1至7中任意一项方法通过所述系统实现。

进一步的，所述MSK解调模块包括基带和数字滤波器。

本发明的有益效果是：通过Mode5特有的信号特征，结合信号的幅度信息和相位信息，通过MSK解调和MSK解码，对数字中频信号进行码字检测；通过对信号的幅度信息进行过门限检测，形成脉冲框架，通过脉冲修复技术修复脉冲框架。通过脉冲修复技术，有效提高了信号检测灵敏度和检测虚警率，同时可以在更低的信噪比下进行脉冲检测。通过MSK相关码字检测技术，可以判断该信号是否为MSK调制，不仅消除了脉冲修复带来的虚警问题，也降低了信号解调误码率，快速检测出Mode5信号。

附图说明

图1为本发明一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测方法的检测流程图。

图2为本发明中MSK非相干解调算法原理图。

图3为本发明在低信噪比下对信号进行过门限检测的效果图。

图4为本发明在低信噪比下对信号进行过门限检测后对脉冲框架进行修复的效果图。

图5为本发明中脉冲框架修复技术和常规检测技术的信号检测灵敏度对比图。

图6为本发明中Walsh码的软扩频映射表。

图7为本发明中误码率与SNR的对应关系图。

图8为本发明中Mode5高灵敏度检测方法与Modee常规检测方法检测结果对比图。

图9为本发明对Mode5询问信号进行高灵敏度检测效果图。

图10为本发明对Mode5 Level1应答信号进行高灵敏度检测效果图。

图11为本发明对Mode5 Level2应答信号进行高灵敏度检测效果图。

具体实施方式

本发明实施例一：

提供了一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测方法，如图1所示，Mode5信号检测分为码字检测和脉冲检测两部分，具体步骤为：

1)IFF信号经过ADC采集，得到数字中频信号；数字中频信号经过DDC下变频处理后，计算信号的幅度信息和相位信息。ADC采集信号具有高精度、低功耗、转换效率高等优点。

2)根据MSK解调算法，对数字中频信号进行MSK解调，得到二进制数据输出；根据信号的相位信息和二进制数据输出，对数字中频信号进行MSK解码，得到MSK码字。

MSK是一种包络恒定、相位连续、带宽小的特殊2FSK调制波形，具有频谱主瓣能量集中、旁瓣滚降衰减快、频带利用率高等特点。MSK信号可以采用相干解调和非相干解调两种方法，其中，相干解调过程需要根据码元1和码元0之间的时间差，设法提取载波信号，实现载波同步，电路实现结构较为复杂，载波跟踪延时较大，不利于对窄脉冲信号的侦收，因此本发明MSK解调算法优选MSK非相干解调方式，MSK非相干解调算法原理如图2所示：

经过ADC采样得到的数字中频信号，通过数字下变频后，搬移到基带，再进行数字滤波、基带差分解调和定时同步，最后进行抽样判决得到二进制数据输出。

设MSK信号归一化幅度A＝1，则由MSK的信号表达式可得：

与本地载波相乘可得基带I路信号为：

经过低通滤波后得到：

同理可得基带Q路信号为：

Y1和Y2经过延时T_b后得到：

采用复数相乘后得到差分鉴相后信号为：

化简后得到：

从而得到原始的调制信息序列。MSK非相干解调算法，电路实现结构简单，载波跟踪延时短，对窄脉冲信号的侦收方便。

3)将信号的幅度信息进行过门限检测，形成脉冲框架，对脉冲框架进行修复。在低信噪比情况下，脉冲框架会出现失真的情况，如图3所示。将信号的幅度信息与时域门限比较，形成脉冲框架；将脉冲间隔少于25ns的脉冲填充，修复脉冲框架，如图4所示。

采用脉冲框架修复技术和常规检测技术的信号检测灵敏度对比，如图5所示。采用脉冲框架修复技术，在信噪比为5db-7db时，可以检测的信号脉宽达到1us-33us；采用常规技术，在信噪比为16db-18db时，可以检测的信号脉宽达到1us-5us。采用脉冲框架修复技术，在更低的信噪比下，进行脉冲检测，有效的提高信号检测灵敏度。

4)将MSK码字与Walsh码的扩频映射表进行相关匹配，Walsh码的软扩频映射表如图6所示，根据最优匹配进行码字纠错，得到数据脉冲的MSK相关纠错得分和MSK相关纠错码字。在低信噪比情况下，MSK解码结果会有一定的误码，Mode5信号编码格式为Walsh扩频编码，每一组信息码都由一组Walsh码表示，理想情况下，信号MSK解码结果应当与Walsh码的一组信息码一致，且与其他Walsh码正交。因此，根据Mode5信号的编码特征，制定MSK解码相关纠错方法，具体步骤如下：

4a：将MSK码字输入至16组滤波器中，滤波器系数为Walsh码，得到16组相关值；例如，MSK码字1111 0000 1111 0000输入至16组滤波器中，第四个相关值为16，其余为0。

4b：取最大相关值所对应的滤波器系数作为MSK相关纠错码字。

4c：取最大相关值作为MSK相关纠错得分，得分越高，则相关度越大。例如，MSK码字1111 0000 1111 0001输入至16组滤波器中，第四个相关值最大，为15，因此MSK相关纠错码字为1111 0000 1111 0000，得分15。

根据以上方法，可以在低信噪比情况下有效降低MSK解码误码率，其误码率与SNR的对应关系如图7所示。

5)修复后的脉冲框架与Mode5的脉冲框架进行匹配，得到脉冲框架匹配结果。具体为，将修复后的脉冲框架进行缓存，并与Mode5信号格式进行比对，得到脉冲框架匹配结果，并引导MSK码字检测。对MSK码字进行码字纠错，在低信噪比情况下可以有效降低MSK解码误码率。

6)根据脉冲框架匹配结果，对MSK相关纠错得分和MSK相关纠错码字进行MSK解码置信度评估，若MSK相关纠错总得分大于置信度门限，则通过MSK解码置信度评估，Mode5信号检测成功，并输出MSK相关纠错码字；否则，Mode5信号检测失败。通过MSK解码置信度评估，可以快速检测Mode5信号。具体步骤如下：

6a：根据Mode5信号脉冲框架，将数据脉冲对应的MSK相关纠错得分求和，作为信号MSK解码置信度。理想情况下，Mode5询问的最高得分为176，Mode5 Level1应答的最高得分为144，Mode5 Level2应答的最高得分为528。

6c：MSK解码置信度门限取值为0.75×Mode5的最高得分，例如Mode5询问模式的置信度门限为132；若通过MSK解码置信度评估，则Mode5信号检测成功，并输出MSK相关纠错码字；若不通过MSK解码置信度评估，则Mode5信号检测失败。通过MSK解码置信度评估，可以快速检测出Mode5信号。

7)同步输出Mode5信号模式、TOA、信号幅度、脉冲抖动值和MSK码字等数字中频信号参数。

本发明依据Mode5特有的信号特征，结合信号脉冲信息和MSK码字检测信息，提出了脉冲修复技术和MSK相关码字检测技术。脉冲修复技术在显著提高信号检测灵敏度的同时，也提高了信号检测虚警率，通过MSK相关码字检测技术，可以判断该信号是否为MSK调制，不仅消除了脉冲修复带来的虚警问题，也降低了信号解调误码率，实现Mode5信号的高灵敏度检测和低误码率解调。本发明提出的Mode5高灵敏度检测方法与Modee常规检测方法检测对比情况如图8所示。Mode5高灵敏度检测方法，信噪比为7db—15db时，能快速检测出Mode5信号，误码率为0.03％—50％，随着信噪比的增加，误码率逐渐降低，信噪比为15db时，误码率甚至达到0.03％。Mode5常规检测方法，信噪比为7db—10db时，无法检测出Mode5信号，误码率达到80％—99％，只有当信噪比为15db，才能检测出Mode5信号，误码率达到55％。

实施例二：

实施例一中的IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测方法，通过一种IFF MarkXIIA Mode5信号高灵敏度检测系统实现，该系统包括ADC采集模块、DDC下变频模块、脉冲检测模块、MSK解调模块、MSK解码器及多组滤波器。ADC采集模块输出端与DDC下变频模块输入端电性连接；IFF信号经过ADC采集模块采样，得到数字中频信号，ADC采集模块将数字中频信号发送到DDC下变频模块，进行下变频处理，获取信号的幅度信息和相位信息。MSK解调模块输入端和脉冲检测模块输入端分别与DDC下变频模块的输出端电性连接，DDC下变频模块将信号的相位信息转发到MSK解调模块，MSK解调模块包括基带和数字滤波器；数字中频信号通过数字下变频后，搬移到基带，再进行数字滤波、基带差分解调和定时同步，最后进行抽样判决得到二进制数据输出。MSK解调模块输出端和MSK解码器的输入端电性连接，MSK解码器根据信号的相位信息和二进制数据输出进行MSK解码，得到MSK码字。MSK解码器的输出端与多组滤波器输入端电性连接，多组滤波器优选16组滤波器，16组滤波器的滤波器系数为Walsh码。

实施例三：

通过实施例一、二，可以对Mode5信号进行检测。模式5有4级工作模式。Level1为改进的询问/应答识别模式，增加了平台识别编号和致命因子，致命因子为带有命令攻击意图的杀伤性询问信息；Level2为带有GPS位置报告的态势感知识别模式，包含经纬度、高度、国家代码和任务代码等信息；Level3为友方目标选址询问模式，实现了对友方战斗群中特定平台，如舰队的旗舰、飞行中队的长机进行个别询问；Level4是数据传输方式，可实现空中、水面、地面等各种武器平台间的高容量、高速率数据传输和交换。

模式5的询问模式，询问信号包含4个同步脉冲P1～P4、2个旁瓣抑制脉冲L1～L2、11个数据脉冲D1～D11，有效脉宽1μs。同步脉冲间隔变化量分别为S1～S3，由加密机提供的8bit的数据决定。信号采用基于周期为16的Walsh码的直序扩频MSK调制，码速率为16MBaud。对Mode5询问信号高灵敏度检测效果，如图9所示。

Level1应答识别模式，信号由2个同步脉冲P1～P2、1个数据长脉冲D1～D9组成。同步脉冲脉宽1μs。长脉冲持续9μs。P1和P2脉冲间隔S1有16种情况：0～1.875μs，增量为0.125μs。全部脉冲采用MSK调制，码速率16MBaud。Mode5 Level1应答信号进行高灵敏度检测的效果，如图10所示。

Level2应答识别模式，信号由4个同步脉冲P1～P4和1个数据长脉冲D1～D33组成。同步脉冲的有效脉宽持续时间为1μs，数据长脉冲的持续时间为33μs。同步脉冲间隔可变，变化量分别为S1～S3，由加密机提供的8bit数据决定。同步脉冲及长脉冲采用MSK调制，码速率16MBaud。对Mode5 Level2应答信号进行高灵敏度检测的效果，如图11所示。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员在未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

4)将MSK码字与Walsh码的软扩频映射表进行相关匹配，根据最优匹配进行码字纠错，得到MSK相关纠错得分和MSK相关纠错码字,具体为：

4c：取最大相关值作为MSK相关纠错得分，得分越高，则相关度越大；

7)输出Mode5信号模式、TOA、信号幅度、脉冲抖动值和MSK码字。

2.根据权利要求1所述的一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测方法，其特征在于：所述步骤2)中MSK解调算法为MSK非相干解调算法，所述MSK非相干解调算法原理为：经过ADC采样得到的数字中频信号通过数字下变频后，搬移到基带，再进行数字滤波、基带差分解调和定时同步，最后进行抽样判决得到二进制数据输出。

3.根据权利要求1所述的一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测方法，其特征在于：所述步骤3)具体为：将信号的幅度信息与时域门限比较，形成脉冲框架；将脉冲间隔少于25ns的脉冲填充，修复脉冲框架。

4.根据权利要求1所述的一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测方法，其特征在于，所述步骤5)具体为：将修复后的脉冲框架进行缓存，并与Mode5信号格式进行比对，得到脉冲框架匹配结果，并引导MSK码字检测。

5.权利要求1所述的一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测方法，其特征在于，所述步骤6)具体为：

6.一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测系统，其特征在于：包括ADC采集模块、DDC下变频模块、脉冲检测模块、MSK解调模块、MSK解码器及多组MSK相关滤波器；所述ADC采集模块输出端与DDC下变频模块输入端电性连接；所述MSK解调模块输入端和脉冲检测模块输入端分别与DDC下变频模块的输出端电性连接；所述MSK解调模块输出端和MSK解码器的输入端电性连接；所述MSK解码器的输出端与MSK相关多组滤波器输入端电性连接；所述权利要求1至5中任意一项方法通过所述系统实现。

7.根据权利要求6所述的一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测系统，其特征在于：所述多组滤波器为16组滤波器，所述16组滤波器的滤波器系数为Walsh码。

8.根据权利要求7所述的一种IFF Mark XIIA Mode5信号高灵敏度检测系统，其特征在于：所述MSK解调模块包括基带和数字滤波器。