CN102780534A - 一种通用的电磁信号自动搜索方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通用的电磁信号自动搜索方法，主要包括如下步骤：1)进行频域扫描与阈值检测，形成待搜索信号列表；2)对待搜索信号列表中信号进行频域特征提取，并与设定的待搜索信号频域特征进行匹配；3)对通过频域特征匹配的信号进行调制参数识别，并与设定的待搜索信号调制参数进行匹配；4)对通过调制参数匹配的信号进行解调处理和时域特征参数提取，然后与设定的待搜索信号时域特征进行匹配，如果相似度大于设定的相似度系数，则当前被处理信号就是要搜索的目标信号。本发明所述方法，可以在不需要人工参与的情况下，自动地搜索出具备某些特定特征的电磁信号，可以显著地提高信号的截获概率，极大地提升检测人员的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及频谱监测、信号侦察、电磁信息安全检测领域，更具体地说，涉及一种电磁信号的自动搜索方法。
背景技术
在频谱监测、信号侦察、电磁信息安全检测等领域，经常需要在复杂电磁环境下寻找具备某些特定特征的电磁信号，如非法卫星广播电视信号、反动电台信号、无线窃听窃照信号、信息设备电磁泄漏信号等。然而，在实际的频谱监测或信号侦察过程中，通常会在同一时刻接收到成千上万的电磁信号，在如此众多的信号中搜索出具备某些特定特征的电磁信号，对于检测人员而言如同大海捞针。目前常采用人工调谐搜索的解决方法，这种方法由操作人员调节接收机的信号接收频率，选取一段待分析的信号，利用示波器观察信号的时域波形，频谱分析仪观察信号的频谱，确定信号的频率成分，然后凭经验判断该信号是否为需要寻找的目标信号。如果不是需要的目标信号，则改变接收机的接收频率，依据上述流程进行下一个频点的搜索。上述过程不断反复，直到找到需要寻找的目标信号为止。
凭人为经验调谐搜索电磁信号的方法主要存在两方面的不足之处。首先，这种方法寻找信号的时间长，工作效率低，同时要求检测人员具备很强的专业知识和丰富的操作经验；其次，随着无线电技术的不断发展，这种方法已经很难顺利地寻找到需要的目标信号。因为出于信息安全的角度，现代的各种电子信息设备普遍采用突发的方式对外发射信号，这些信号大都具有突发性、瞬态性、间歇性和时变性的特点，由于不知道这些信号在什么时间、什么频率上出现，因此，依靠人为调谐搜索的方法发现这些信号的概率就会非常低，更加谈不上对信号的时频特征参数进行人为辨识了。
发明内容
针对上述缺点，本发明提供一种通用的电磁信号自动搜索方法，该方法在不需要人工值守的情况下，可以自动地完成指定特征的电磁信号的高效搜索与截获，为频谱监测、信号侦察和电磁信息安全检测提供便捷手段。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
A1)频域扫描与阈值检测：采用FFT快速步进方式获取指定频段的功率谱信息，然后采用阈值检测技术从功率谱信息中提取出超过阈值的信号，对高于阈值的信号，依据设定的待搜索信号带宽参数进行过滤处理，最后形成待搜索的信号列表；
A2)判断待搜索信号列表是否存在未处理的信号，如果是执行步骤A3，否则结束信号搜索流程；
A3)定频接收：依据待处理信号的频率、带宽、幅度等参数设置接收机的接收通路参数，然后对信号进行点频接收，为后续处理提供IQ数据；
A4)频域特征提取与比对分析：从待处理信号的功率谱中提取信号的频域特征，然后与设定的待搜索信号频域特征模板进行匹配比对，得到频域特征相似度系数；
A5)如果步骤A4得到的频域特征相似度系数大于设定的相似度系数，则执行步骤A6，否则跳转到步骤A2，进行下一个信号的处理；
A6)调制参数识别与比对分析：对信号的调制方式进行自动识别，得到信号的调制类型、符号速率等调制参数，然后与设定的待搜索信号调制参数进行比对，得到调制域特征相似度系数；
A7)如果步骤A6得到的调制域特征相似度系数大于设定的相似度系数，则执行步骤A8，否则跳转到步骤A2，进行下一个信号的处理；
A8)信号解调与时域特征比对分析：依据步骤A6得到的调制参数对信号进行解调处理，并对解调后的信号提取其时域特征参数，然后与设定的待搜索信号时域特征模板进行比对，得到时域特征相似度系数；
A9)如果步骤A8得到的时域特征相似度系数大于设定的相似度系数，则执行步骤A10，否则跳转到步骤A2，进行下一个信号的处理；
A10)当前被处理的信号就是要搜索的目标信号，将该信号参数加入搜索到的信号列表中，然后跳转到步骤A2，进行下一个信号的处理。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细的说明。
图1本发明技术流程方案；
图2频域扫描与阈值检测步骤；
图3.频域特征提取与比对分析步骤；
图4.调制参数识别与比对分析步骤；
图5.信号解调与时域特征比对分析步骤
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
A1.频域扫描与阈值检测：采用FFT快速步进方式获取指定频段的功率谱信息，然后采用阈值检测技术从功率谱信息中提取出超过阈值的信号，对高于阈值的信号，依据设定的待搜索信号带宽参数进行过滤处理，最后形成待搜索的信号列表；
如图2所示，该步骤又包括以下处理步骤：
A101.根据设定的搜索频段，采用FFT步进方式获取搜索频段内的功率谱信息；
A102.根据设定的阈值产生方法计算当前阈值，可选的产生阈值方法有电平阈值、环境阈值、自动阈值和文件阈值四种；
A103.在功率谱信息中查找超过阈值的信号，对高于阈值的信号，提取其频率、带宽、幅度等信号参数；
A104.将超过阈值的当前信号带宽与设定的待搜索信号带宽进行比较，如果当前信号带宽在设定的待搜索信号带宽范围内，则将当前信号加入到待搜索信号列表中；
A105.如果查找超过阈值信号的操作完成，则执行步骤A106，否则跳转到步骤A103，查找下一个超过阈值的信号。
A106.频域扫描与阈值检测过程结束，得到待搜索信号列表。
A2.判断待搜索信号列表是否存在未处理的信号，如果是执行步骤A3，否则结束信号搜索流程；
A3.定频接收：依据待处理信号的频率、带宽、幅度等参数设置接收机的接收通路参数，然后对信号进行点频接收，为后续处理提供IQ数据；
A4.频域特征提取与比对分析：从待处理信号的功率谱中提取信号的频域特征，然后与设定的待搜索信号频域特征模板进行匹配比对，得到频域特征相似度系数；
如图3所示，该步骤又包括以下处理步骤：
A401.对当前信号的IQ数据进行FFT处理，得到信号的功率谱曲线；
A402.采用C2连续的三次NURBS曲线作为插值曲线来拟合信号的功率谱曲线，得到当前信号频谱的NURBS曲线；
A403.将当前信号频谱的NURBS曲线与设定的待搜索信号频谱的NURBS曲线(称为频域特征模板)进行匹配比对，得到信号的频域特征相似度系数。待搜索信号频谱的NURBS曲线是事先根据用户提供的待搜索信号频谱，采用步骤A402相同方法产生的。
A5.如果步骤A4得到的频域特征相似度系数大于设定的相似度系数，则执行步骤A6，否则跳转到步骤A2，进行下一个信号的处理；
A6.调制参数识别与比对分析：对信号的调制方式进行自动识别，得到信号的调制类型、符号速率等调制参数，然后与设定的待搜索信号调制参数进行比对，得到调制域特征相似度系数；
如图4所示，该步骤又包括如下处理步骤：
A601.根据输入的IQ信号数据，提取信号的基本特征参数，具体包括瞬时幅度、瞬时频率、功率谱、平方谱、四次方谱、八次方谱等；
A602.依据信号的基本特征参数，进一步提取分类特征参数，具体包括反映信号包络变化率参数、反映信号瞬时频率紧致性参数、反映信号瞬时幅度紧致性参数等；
A603.依据上述提取的信号基本特征参数和分类特征参数进行信号调制方式的综合判断决策，得到信号的调制类型、符号速率等调制参数；
A604.将当前信号的调制参数与设定的待搜索信号调制参数进行比对，得到调制域特征相似度系数。
A7.如果步骤A6得到的调制域特征相似度系数大于设定的相似度系数，则执行步骤A8，否则跳转到步骤A2，进行下一个信号的处理；
A8.信号解调与时域特征比对分析：依据步骤A6得到的调制参数对信号进行解调处理，并对解调后的信号提取其时域特征参数，然后与设定的待搜索信号时域特征模板进行比对，得到时域特征相似度系数；
如图5所示，该步骤又包括以下处理步骤：
A801.依据步骤A6得到的信号调制参数，对当前信号进行解调处理；
A802.采用C2连续的三次NURBS曲线对解调后的信号进拟合，得到当前信号的NURBS曲线；
A803.将当前信号的NURBS曲线与设定的待搜索信号的NURBS曲线(称为时域特征模板)进行匹配比对，得到信号的时域特征相似度系数。待搜索信号的NURBS曲线是事先根据用户提供的待搜索信号时域波形，采用步骤A802相同方法产生的。
A9.如果步骤A8得到的时域特征相似度系数大于设定的相似度系数，则执行步骤A10，否则跳转到步骤A2，进行下一个信号的处理；
A10.当前被处理的信号就是要搜索的目标信号，将该信号参数加入搜索到的信号列表中，然后跳转到步骤A2，进行下一个信号的处理。
Claims (5)
1.一种通用的电磁信号自动搜索方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1.频域扫描与阈值检测：采用FFT快速步进方式获取指定频段的功率谱信息，然后采用阈值检测技术从功率谱信息中提取出超过阈值的信号，对高于阈值的信号，依据设定的待搜索信号带宽参数进行过滤处理，最后形成待搜索的信号列表；
步骤2.判断待搜索信号列表是否存在未处理的信号，如果是则依据待处理信号的频率、带宽、幅度等参数设置接收机的接收通路参数，然后对信号进行点频接收，为后续处理提供IQ数据，否则结束信号搜索流程；
步骤3.频域特征提取与比对分析：从待处理信号的功率谱中提取信号的频域特征，然后与设定的待搜索信号频域特征模板进行匹配比对，得到频域特征相似度系数；
步骤4.如果步骤3得到的频域特征相似度系数大于设定的相似度系数，则执行步骤5，否则跳转到步骤2，进行下一个信号的处理；
步骤5.调制参数识别与比对分析：对信号的调制方式进行自动识别，得到信号的调制类型、符号速率等调制参数，然后与设定的待搜索信号调制参数进行比对，得到调制域特征相似度系数；
步骤6.如果步骤5得到的调制域特征相似度系数大于设定的相似度系数，则执行步骤7，否则跳转到步骤2，进行下一个信号的处理；
步骤7.信号解调与时域特征比对分析：依据步骤5得到的调制参数对信号进行解调处理，并对解调后的信号提取其时域特征参数，然后与设定的待搜索信号时域特征模板进行比对，得到时域特征相似度系数；
步骤8.如果步骤7得到的时域特征相似度系数大于设定的相似度系数，则执行步骤9，否则跳转到步骤2，进行下一个信号的处理；
步骤9.当前被处理的信号就是要搜索的目标信号，将该信号参数加入搜索到的信号列表中，然后跳转到步骤2，进行下一个信号的处理。
2.如权利要求1所述的通用的电磁信号自动搜索方法，其特征在于：步骤1的频域扫描与阈值检测包括以下步骤：
步骤1.1根据设定的搜索频段，采用FFT步进方式获取搜索频段内的功率谱信息；
步骤1.2根据设定的阈值产生方法计算当前阈值，可选的产生阈值方法有电平阈值、环境阈值、自动阈值和文件阈值四种；
步骤1.3在功率谱信息中查找超过阈值的信号，对高于阈值的信号，提取其频率、带宽、幅度等信号参数；
步骤1.4将超过阈值的当前信号带宽与设定的待搜索信号带宽进行比较，如果当前信号带宽在设定的待搜索信号带宽范围内，则将当前信号加入到待搜索信号列表中；
步骤1.5如果查找超过阈值信号的操作完成，则执行步骤1.6，否则跳转到步骤1.3，查找下一个超过阈值的信号。
步骤1.6频域扫描与阈值检测过程结束，得到待搜索信号列表。
3.如权利要求1所述的通用的电磁信号自动搜索方法，其特征在于：步骤3的频域特征提取与比对分析包括以下步骤：
步骤3.1对当前信号的IQ数据进行FFT处理，得到信号的功率谱曲线；
步骤3.2采用C2连续的三次NURBS曲线作为插值曲线来拟合信号的功率谱曲线，得到当前信号频谱的NURBS曲线；
步骤3.3将当前信号频谱的NURBS曲线与设定的待搜索信号频谱的NURBS曲线进行匹配比对，得到信号的频域特征相似度系数，待搜索信号频谱的NURBS曲线是事先根据用户提供的待搜索信号频谱，采用步骤3.2相同方法产生的。
4.如权利要求1所述的通用的电磁信号自动搜索方法，其特征在于：步骤5的调制参数识别与比对分析包括以下步骤：
步骤5.1根据输入的IQ信号数据，提取信号的基本特征参数，具体包括瞬时幅度、瞬时频率、功率谱、平方谱、四次方谱、八次方谱等；
步骤5.2依据信号的基本特征参数，进一步提取分类特征参数，具体包括反映信号包络变化率参数、反映信号瞬时频率紧致性参数、反映信号瞬时幅度紧致性参数等；
步骤5.3依据上述提取的信号基本特征参数和分类特征参数进行信号调制方式的综合判断决策，得到信号的调制类型、符号速率等调制参数；
步骤5.4将当前信号的调制参数与设定的待搜索信号调制参数进行比对，得到调制域特征相似度系数。
5.如权利要求1所述的通用的电磁信号自动搜索方法，其特征在于：步骤7的信号解调与时域特征比对分析包括以下步骤：
步骤7.1依据步骤5得到的信号调制参数，对当前信号进行解调处理；
步骤7.2采用C2连续的三次NURBS曲线对解调后的信号进行拟合，得到当前信号的NURBS曲线；
步骤7.3将当前信号的NURBS曲线与设定的待搜索信号的NURBS曲线进行匹配比对，得到信号的时域特征相似度系数。待搜索信号的NURBS曲线是事先根据用户提供的待搜索信号时域波形，采用步骤7.2相同方法产生的。
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