CN102769502A - 基于混沌理论及动态多维应用系统的高频低载噪比微弱bpsk信号检测方法 - Google Patents

基于混沌理论及动态多维应用系统的高频低载噪比微弱bpsk信号检测方法 Download PDF

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刘元芳
徐立振
华伊
杨泽坤
许恩伟
顾学迈
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Abstract

基于混沌理论及动态多维应用系统的高频低载噪比微弱BPSK信号检测方法，涉及基于混沌理论及动态多维应用系统的高频低载噪比微弱BPSK信号检测方法。它为了解决传统方法检测信号载噪比门限高、对高频信号侦收不理想、不能适应现代通信要求，且未能实现以较低误码率解调高频BPSK问题。本发明将BPSK信号发射模块输出待测BPSK信号至检测BPSK信号模型组检测BPSK信号模块，检测BPSK信号模块将待测BPSK信号按时序分段保存在默认目录下；检测BPSK信号模块依次将每段BPSK信号输入至杜芬测频模型针对每段BPSK信号进行处理；将获得每段BPSK信号对应码元按时序顺序顺次存储并显示。本发明适用于通信领域。

Description

基于混沌理论及动态多维应用系统的高频低载噪比微弱BPSK信号检测方法
技术领域
本发明涉及BPSK信号检测方法，具体涉及基于混沌理论及动态多维应用系统的高频低载噪比微弱BPSK信号检测方法。 
背景技术
信息科学的一项重要任务是获取客观世界的真实信息，然而对于任何一个系统，必然存在噪声，而当所测量的信号比较微弱且淹没在强噪声背景中时，要提取真实信号是困难的，因此如何把淹没于噪声中的有用信号提取出来的问题越来越引起人们的关注。特别是在现代军事战场中，被传输的信号常常是高频的，此外，为了使信号不易被截获，通信信号多以极低的载噪比隐藏在噪声中进行传输。 
目前常规的低载噪比信号检测方法主要是基于时域和频域的分析方法。例如，时域检测方法有：相关方法、取样积分方法；频域检测方法有：谱分析方法等。国内外将混沌理论模型应用于微弱信号的检测，大部分还处于仿真研究阶段，还没有形成完整的检测模型、检测软件，且没有良好的可视化、可操作性平台。传统线性方法存在检测的信号的载噪比门限要求高(通常为-10dB)、对高频信号的侦收不理想、不能适应现代通信的要求，且未能实现以较低的误码率解调高频BPSK（全称为：Binary Phase Shift Keying，双相移相键控）的问题。 
发明内容
本发明为了解决传统线性方法存在检测的信号的载噪比门限要求高(通常为-10dB)、对高频信号的侦收不理想、不能适应现代通信的要求，且未能实现以较低的误码率解调高频BPSK的问题，从而提出了基于混沌理论及动态多维应用系统的高频低载噪比微弱BPSK信号检测方法。 
基于混沌理论及动态多维应用系统的高频低载噪比微弱BPSK信号检测方法，它包括下述步骤： 
步骤一、BPSK信号发射模块输出待测BPSK信号至检测BPSK信号模型组的检测BPSK信号模块，检测BPSK信号模块将待测BPSK信号按时序分段保存在默认的目录下，检测BPSK信号模型组包括检测BPSK信号模块、杜芬测频模型和杜芬解调模型，执行步骤二； 
步骤二、检测BPSK信号模块依次将每段BPSK信号输入至杜芬测频模型，针对每段 BPSK信号进行如下处理： 
步骤二一、通过监测杜芬测频模型的杜芬方程所描述的相轨迹的变化检算出输入的该段BPSK信号的频率信息，执行步骤二二； 
步骤二二、杜芬测频模型将计算获得的频率信息输入至杜芬解调模型，执行步骤二三； 
步骤二三、杜芬解调模型通过对所述频率信息进行解调，得到该段BPSK信号的时域波形，并计算得该时域波形的均方值Varn，执行步骤二四； 
步骤二四、杜芬解调模型将所述均方值Varn输入至译码模块，执行步骤二五； 
步骤二五、译码模块判断所述均方值Varn是否大于阈值，判断为是，该段BPSK信号对应的码元为1；否则，该段BPSK信号对应的码元为0； 
步骤三、将步骤二获得的每段BPSK信号对应的码元按时序顺序顺次存储并显示。 
本发明利用非线性理论检测强噪声背景中的高频低载噪比信号，通过检测BPSK信号模型组达到了当前检测载噪比门限低，频率高，灵敏度好，译码误码率高目的，可测量的载噪比的下限为-20dB，弥补了传统线性方法只能检测载噪比为-10dB以上的不足。利用检测BPSK信号模型组能够实现频率范围在225MHz到400MHz之间，载噪比低于0dB的BPSK信号的检测，其可检测载噪比的下限值为-20dB。本发明操作方便、简单，可控性强，测频误差与译码误码率都较低，适用于更丰富的引用场合，通过将最大搜索方法运用于检测软件中，降低了检测的时间，提高了检测的精度，适用于对未知高频微弱BPSK信号的检测。 
附图说明
图1为本发明的方法流程图； 
图2为杜芬测频模型针对每段BPSK信号进行处理的流程图； 
图3为基于混沌理论及动态多维应用系统的高频低载噪比微弱BPSK信号检测软件BPSK信号发生界面示意图； 
图4为基于混沌理论及动态多维应用系统的高频低载噪比微弱BPSK信号检测软件解调过程的界面示意图； 
图5为基于混沌理论及动态多维应用系统的高频低载噪比微弱BPSK信号检测软件解调完成后的界面示意图。 
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1和2具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于混沌理论及动态多维应用系统的高频低载噪比微弱BPSK信号检测方法，它包括下述步骤： 
步骤一、BPSK信号发射模块输出待测BPSK信号至检测BPSK信号模型组的检测BPSK信号模块，检测BPSK信号模块将待测BPSK信号按时序分段保存在默认的目录下，检测BPSK信号模型组包括检测BPSK信号模块、杜芬测频模型和杜芬解调模型，执行步骤二； 
步骤二、检测BPSK信号模块依次将每段BPSK信号输入至杜芬测频模型，针对每段BPSK信号进行如下处理： 
杜芬测频模型为杜芬方程产生的混沌系统，当被检测信号频率与系统内置频率不一致时，系统处于混沌状态；当被检测信号频率与系统内置频率一致时，系统处于大周期状态，此时可计算出被测信号均方值Varn； 
步骤二一、通过监测杜芬测频模型的杜芬方程所描述的相轨迹的变化检测出输入的该段BPSK信号的频率信息，执行步骤二二； 
步骤二二、杜芬测频模型将计算获得的频率信息输入至杜芬解调模型，执行步骤二三； 
步骤二三、杜芬解调模型通过对所述频率信息进行解调，得到该段BPSK信号的时域波形，并计算得该时域波形的均方值Varn，执行步骤二四； 
步骤二四、杜芬解调模型将所述均方值Varn输入至译码模块，执行步骤二五； 
译码模块，以最大搜索方差法作为基本算法，将检测出BPSK信号的均方值Varn解调出基带信息； 
步骤二五、译码模块判断所述均方值Varn是否大于阈值，判断为是，该段BPSK信号对应的码元为1；否则，该段BPSK信号对应的码元为0； 
步骤三、将步骤二获得的每段BPSK信号对应的码元按时序顺序顺次存储并显示。 
如图1和2所示，系统需在接收的强高斯白噪声中判断是否含有待检测的微弱BPSK信号，如果有待检测的微弱信号则通过搜索最大方差法以及扫频的方式检测出其频率，然后再进入译码环节。 
本实施方式是以Simulink动态多维应用系统建立的对未知高频低载噪比微弱信号进行频率以及码元信息的检测方法，实现了对高频低载噪比信号的测频以及译码。利用检测模型组进行BPSK信号的检测的方法，可检测载噪比的下限值为-20dB，测频率误差为0.03%，译码误码率为2%。由于BPSK信号发生模块对数据进行处理和存储，方便用户多次测量，以减少误差，同时使得数据的利用率得到了进一步提高。通过软件界面，用户可以直观的掌握未知BPSK信号的测频进度以及频率、译码信息。 
具体实施方式二、本实施方式与具体实施方式一所述的基于混沌理论及动态多维应用 系统的高频低载噪比微弱BPSK信号检测方法的区别在于，步骤一所述的检测BPSK信号模块为对待测BPSK信号频率的测量频率在108Hz量级的测量，频率范围在225MHZ到400MHz之间。 
本发明的能够实现检测BPSK信号模型组对待测BPSK信号频率在108Hz量级的测量，载噪比低于0dB的BPSK信号的检测。 
具体实施方式三、本实施方式与具体实施方式一所述的基于混沌理论及动态多维应用系统的高频低载噪比微弱BPSK信号检测方法的区别在于，步骤二五所述的阈值为1.2。 
图3是基于混沌理论及动态多维应用系统的高频低载噪比微弱BPSK信号检测软件BPSK信号发生界面示意图。 
图4是本发明用非线性理论检测强噪声背景中的高频低载噪比BPSK信号解调过程界面示意图。如图所示，用户首先要找到默认的目录，打开已存储的要解调的BPSK信号的文件，点击界面上的检测以及译码按钮，系统将自动进入工作状态。用户可以通过进度条掌握BPSK信号的解调进度。 
图5是完成测频以及译码工作的用户界面图，与图3对照发现检测结果完全正确。 

Claims (3)

1.基于混沌理论及动态多维应用系统的高频低载噪比微弱BPSK信号检测方法，其特征在于，它包括下述步骤：
步骤一、BPSK信号发射模块输出待测BPSK信号至检测BPSK信号模型组的检测BPSK信号模块，检测BPSK信号模块将待测BPSK信号按时序分段保存在默认的目录下，检测BPSK信号模型组包括检测BPSK信号模块、杜芬测频模型和杜芬解调模型，执行步骤二；
步骤二、检测BPSK信号模块依次将每段BPSK信号输入至杜芬测频模型，针对每段BPSK信号进行如下处理：
步骤二一、通过检测杜芬测频模型的杜芬方程所描述的相轨迹的变化测算出输入的该段BPSK信号的频率信息，执行步骤二二；
步骤二二、杜芬测频模型将计算获得的频率信息输入至杜芬解调模型，执行步骤二三；
步骤二三、杜芬解调模型通过对所述频率信息进行解调，得到该段BPSK信号的时域波形，并计算得该时域波形的均方值Varn，执行步骤二四；
步骤二四、杜芬解调模型将所述均方值Varn输入至译码模块，执行步骤二五；
步骤二五、译码模块判断所述均方值Varn是否大于阈值，判断为是，该段BPSK信号对应的码元为1；否则，该段BPSK信号对应的码元为0；
步骤三、将步骤二获得的每段BPSK信号对应的码元按时序顺序顺次存储并显示。
2.根据权利要求1所述的基于混沌理论及动态多维应用系统的高频低载噪比微弱BPSK信号检测方法，其特征在于，步骤一所述的检测BPSK信号模块为对待测BPSK信号频率的测量频率在108Hz量级的测量，频率范围在225MHZ到400MHz之间。
3.根据权利要求1所述的基于混沌理论及动态多维应用系统的高频低载噪比微弱BPSK信号检测方法，其特征在于，步骤二五所述的阈值为1.2。
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