CN103733512B - 用于检测同一信道中同时发射的航空无线电信号的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测至少两个调幅的传输信号的方法，各个传输信号在同一频道中具有不同的频移，所述传输信号被包含在接收信号中。通过以非线性方式处理所述接收信号，自接收信号确定（S10）修正的接收信号。随后，通过傅里叶变换，确定（S20）所述修正的接收信号的频谱，以及如果与相应的载波信号关联的至少两个第一谱线与在所确定的频谱内的与噪声信号和有用信号关联的频谱分量是明显可以区分的，则检测（S30‑S100）在所述接收信号中含有的至少两个发射信号。

Description

用于检测同一信道中同时发射的航空无线电信号的方法和 设备

技术领域

本发明涉及用于尤其检测在同一频率通道中同时发射的调幅航空无线电信号的方法和设备。

背景技术

在位于飞行器中的飞行员和位于地面站中的空中交通控制人员之间或者分别在位于不同飞行器中的飞行员之间的航空无线电通信的情况下，利用调幅发射信号在标准的标称频率上进行语音传输。在少有的情况下，多个无线电传输可以以相同的标称频率同时实施。由于这表示临界情况(在某些环境下，该临界情况可导致一个或多个飞行员的航行错误)，因此出于安全原因，该临界情况必须被检测到并且通知给相应的飞行员以及空中交通控制人员。

从US 2010/0067570A1了解到一种用于检测在航空无线电通信中同时发射调幅发射信号的方法和系统。在该文献中，利用了差拍的效应，该效应发生在具有近似相同的幅度和略微不同的频率的两个振荡的相加叠加的情况下。通过叠加所产生的累加信号的幅度随着拍频而变化，拍频对应于在两个略微不同的频率之间的差值。累加信号的幅度是对应于拍频的时间变量，通过傅里叶变换，其被识别成在累加信号的谱图中的谱线。不利地，在该上下文中描述的方法和系统不适合于不同幅度的叠加的发射信号，诸如，通常发生在两个发射器和一个接收器之间的不同距离的情况下的那些信号。

基于识别具有通过多普勒效应或振荡器失真所导致的无线电信号的不同频移的同时发射的无线电信号分别关联的载波的谱线，而识别在飞行器无线电的同一频率通道中的多个传输仅可以在具有载波的高接收幅度的无线电信号的情况下令人满意地起作用，其中，载波的谱线突出高于在下边带和上边带中的语音信号的非周期性频谱分量的谱线和叠加噪声的频谱(见图1A的幅度频谱中的载波的谱线的幅度a₁和幅度a₂)。通过比较，如果语音信号和噪声信号的频谱分量中的剩余无线电信号的载波的谱线在相关的上边带和下边带中消失，则仅可以困难地检测在接收信号中的另外的无线电信号(见第二无线电信号的载波的谱线的较小幅度a₂，其在图1B的幅度频谱中的上边带和下边带中几乎消失)。

发明内容

因此，本发明的目的是提供用于检测在同一频道中同时发射发射信号的方法和系统，其尤其可以用于两个发射信号的不同接收幅度的情况下。

通过具有本发明如下的特征的用于检测在接收信号中含有的具有不同频移的至少两个发射信号的根据本发明的方法和通过具有本发明的如下特征的用于检测在接收信号中含有的具有不同频移的至少两个发射信号的根据本发明的设备，实现该目的。在本发明中还指明了有利的技术进展。

根据本发明的方法包括下列方法步骤：

-通过所述接收信号的非线性信号处理，确定修正的接收信号，

-通过傅里叶变换，确定所述修正的接收信号的频谱，以及

-如果分别与载波信号关联的至少两个第一谱线在所确定的频谱内能够和与噪声信号和有效负荷信号关联的频谱分量区分开，则检测在所述接收信号中含有的至少两个发射信号，

其中，在所述修正的接收信号中含有的所述有效负荷信号的周期性信号分量的相对于所述第一谱线对称放置的第二谱线被识别且从所述修正的接收信号的所确定的频谱中去除。

根据本发明的设备包括：

非线性信号处理单元，所述非线性信号处理单元用于通过所述接收信号的非线性信号处理确定修正的接收信号，

傅里叶变换器，所述傅里叶变换器用于确定所述修正的接收信号的频谱，和

检测器，所述检测器用于识别分别与载波信号关联的多个第一谱线，从与噪声信号和有效负荷信号关联的频谱分量能够区分所述第一谱线，

其中，另外地，单元被提供用于从所述修正的接收信号的频谱去除相对于所述第一谱线对称放置的第二谱线。

根据本发明，至少两个发射信号所组成的接收信号被应用到非线性信号处理函数。从产生的修正的接收信号，通过傅里叶变换确定相关的频谱。由于非线性信号处理，修正的接收信号的频谱不仅包含在载波频率处、在两个发射信号的相关上边带和下边带中的谱线，而且包含在多倍载波频率处、在所分配的上边带和下边带中、以及在各个互调频率处、在分配的上边带和下边带中的谱线。

尽管提供低接收幅度的发射信号的载波的谱线不使用非线性信号处理通常不从相关的上边带和下边带中的谱线突出并且因此不能被识别，然而使用非线性信号处理，在互调频率处添加至少一个附加的谱线，其因为非线性信号处理而提供了这样的幅度：该幅度取决于在接收信号中含有的所有发射信号的最大幅度并且因此突出高于相关上边带和下边带的所有谱线并且可以清楚地识别。因此，根据本发明，通过识别至少两个谱线(具有最大幅度的载波的谱线和互调产物的谱线)来检测至少两个、尤其调幅的发射信号的同时接收，所述至少两个谱线明显突出高于在各个上边带和下边带的所有谱线。

为了确保具有较低接收幅度的发射信号的载波频率的谱线(在一些情况下，这些谱线不突出高于在相关上边带和下边带中的谱线)仍然可以清楚地识别，相对于分别在载波频率处的谱线和在各个互调频率处的谱线对称布置的上边带和下边带中的谱线优选被识别且从频谱去除。

为了该目的，在第一步骤中，整个接收频谱优选被限制到用于检测在一个接收信号中的多个发射频率所需的频率范围。例如，通过使用作为非线性信号处理的二次信号处理，频谱范围优选被限制到这样的频率范围：在接收信号中含有的发射信号的第二谐波被放置在该频率范围中。例如，通过使用作为非线性信号处理的模函数，频谱范围的限制优选被应用到包围直接信号分量的频率范围。

目前，在该限制的频谱范围内，从具有最大幅度的谱线(其代表具有最大幅度的载波的谱线)开始，关于与具有下一个较小幅度的谱线镜像对称的具有最大幅度的谱线定位的谱线被寻找。如果一谱线的相对于具有最大幅度的谱线频率间隔与在具有最大幅度的谱线和具有下一个较小幅度的谱线之间的频率间隔的区别是预定阈值的最大值，则一对谱线(在下文被称为第二谱线)存在于相应的上边带和下边带中，以相对于具有最大幅度的谱线的频率对称的方式被放置。该对第二谱线从受限制的频谱范围被去除。

修正的、受限制的频率范围优选被研究用于相对于具有最大幅度的谱线以频率对称的方式所定位的其它谱线对并且以相同的方式被修正。当在受限制的频谱范围中存在的所有谱线关于相对于具有最大幅度的谱线频率对称而以该方式研究时，具有最大幅度的谱线被标记成不对称的谱线，也就是说，与载波或互调产物相关联的谱线。以该方式被标记的不对称的谱线在下文被称为第一谱线。

随后，从具有下一个较小幅度的谱线开始，优选关于以频率对称方式放置的谱线对的存在而研究在受限制的频率范围中仍然存在的所有其他谱线。如果以频率对称方式放置的任何这样的谱线对存在，则这些谱线对从受限制的频谱范围去除，被放置在频率对称的中心处的相关谱线被标记成不对称的谱线。

分别在接收信号中含有的语音分量和噪声分量内的载波频率和/或互调频率处的第一谱线的清楚识别优选应该基于以下另外的统计检验来确定：

在显著性检验中，每个所识别的第一谱线的幅度优选与高于在接收信号中仍然含有的语音信号分量和噪声信号分量的取样值的平均值的所选择的显著性水平比较。如果相应的、所识别的第一谱线的幅度高于所选择的显著性水平，则，与发射信号相关联的载波的谱线存在于载波频率处、多倍载波频率处和/或一个互调频率处。显著性检验仅适用于具有明显信噪间隔的接收信号，其中，载波和相关互调产物的谱线被清楚地设置并且因此明显地高于本底噪声。

周期平稳特性检测有利地适用于识别与载波信号关联或者相应地与具有低信噪间隔的互调产物关联的第一谱线。参照US 2010/0054352A1，该公开在此作为本专利申请的一部分，如果信号的自动校正函数在时间上是周期性的，则信号提供周期平稳性能。当噪声信号由于其随机性而提供非时变的自动校正函数时，纯语音信号由于其谐波频谱分量而提供具有与随时间的周期的数量对应的数量个谐波频谱分量的自动校正函数。在自动校正函数中的至少一个周期的存在通过傅里叶变换来识别。

优选地，通过雅克-贝拉检验实现用于识别与具有低信噪间隔的本底噪声中的载波信号或载波信号的互调产物关联的谱线的另外的或者替选统计学测试。这利用了这样的事实：在接收信号中的噪声-信号分量经过高斯分布，而在接收信号中的载波和互调产物的谱线不提供高斯特征。如果雅克-贝拉检验被应用到去除第二谱线的修正的接收信号的取样值，则雅克-贝拉检验提供雅克-贝拉值，该雅克-贝拉值是用于修正的接收信号的高斯特征的量度。如果该雅克-贝拉值被高于所选择的的阈值，则修正的接收信号不提供纯高斯特征，因此，除了纯高斯分布的噪声之外，还包含载波和互调产物的非高斯谱线。

附图说明

参考附图下文将更详细地解释根据本发明的方法和根据本发明的设备。附图如下：

图1A和图1B是含有两个振幅调制的发射信号的接收信号的幅度频谱的谱图，其中第二发射信号具有大幅度和小幅度；

图2A和图2B是在二次信号处理的根据本发明的使用中的含有两个调幅的发射信号的接收信号的幅度频谱的谱图，其中第二发射信号具有大幅度和小幅度；

图3A和图3B是使用线性信号处理和二次信号处理时的含有两个调幅的发射信号的接收信号的幅度频谱的谱图，其中第二发射信号具有小幅度；

图4是使用根据本发明的模函数时的含有两个调幅的发射信号的接收信号的幅度频谱的谱图，其中第二发射信号具有大幅度和小幅度；

图5是用于检测在一个接收信号中含有的具有不同频移的至少两个调幅的发射信号的根据本发明的方法的示例性实施方式的流程图；和

图6是用于检测在一个接收信号中含有的具有不同频移的至少两个调幅的发射信号的根据本发明的设备的示例性实施方式的电路框图。

具体实施方式

在参考图5和图6具体说明根据本发明的方法和根据本发明的设备之前，以下部分推导理解本发明所需的数学基础:

待发射的采样信号s(k)以调幅度m进行振幅调制并且其载波被另外地发射，在传输信道中，由于相应的飞行器的振荡器和地面站之间缺少相位同步，该采样信号经受幅度失真a和相位失真且因为飞行器以不同的速度和不同的方向移动的多普勒效应和因为在相应的飞行器的振荡器和地面站之间缺少频率同步，该采样信号经受频移f。假定幅度失真a、相位失真和频移f在检测期间是近似恒定的。待发射的采样信号s(k)和叠加的噪声信号n(k)被设置成未知的。因此，根据等式(1)得到在基带中对应的采样接收信号r(k)。在该上下文中，T_S是采样间隔。

如果发射的信号通过多个发射机在同一频道中被同时发射，则根据等式(2)得到具有U个发射机总量的采样的接收信号r(k)。待通过由发射机u发射的信号s_u(k)用调幅度m_u来调幅并且经历幅度失真a_u、相位失真和频移f_u。

在下文中，根据等式(3)假设第一发射机的传输信道中的幅度失真a₁大于其他发射机的传输信道中的幅度失真a_u。

a₁>a_u u＝2,3,... (3)

根据等式(4)，根据等式(2)含有总数为u的发射信号的接收信号r(k)进行平方，作为非线性信号处理函数。

在展开等式(4)中所有的因子之后，获得下列各个信号分量：

根据等式(5)，在等式(4)中的第一和值A包含在各个单独发射的信号中另外发射的载波的所有信号分量，每个信号分量提供具有相关频移的二倍2·f_u的周期性并且采用幅度失真的平方因子a_u ²来加权。第一和值A的相关谱图分别含有与在相应关联的频移的二倍2·f_u处的载波所关联的谱线。

根据等式(6)，在等式(4)中的第二和值B包含在上边带和下边带中的与调幅的语音信号m_u·s_u(k)关联的所有信号分量，所述的所有信号分量分别通过相关频移的二倍2·f_u提供周期性。第二和值B的相关频谱包含对称于相应地相关的二倍频移2·f_u的上边带和下边带中的调幅的语音信号所关联的相应谱线。在时域中的与调幅的语音信号m_u·s_u(k)关联的信号分量和在频域中的相关谱线分别通过幅度失真的平方因子a_u ²加权。

根据等式(7)，在等式(4)中的第三和值C包含在上边带和下边带中的与失真的调幅的语音信号m_u ²·s_u(k)²关联的所有信号分量，所述所有信号分量分别通过二倍的相关频移2·f_u提供周期性。第三和值C的相关频谱包含对称于相应地相关的二倍频移2·f_u的上边带和下边带中的失真的调幅的语音信号m_u ²·s_u(k)²关联的相应谱线。在时域中的失真的调幅的语音信号m_u ²·s_u(k)²关联的信号分量和在频域中的相关谱线分别通过幅度失真的平方因子a_u ²加权。

根据等式(8)，在等式(4)中的第四和值D包含在各个发射信号中的每个情况中另外发射的载波的所有信号分量，其分别提供以相关频移的互调频率f_u+f_v的周期性并且采用相关幅度失真的相乘的因子a_u·a_v被加权。第四和值D的相关频谱包含相应的以相关频移的互调频率f_u+f_v的来自两个载波的互调产物所关联的谱线。

根据等式(9)，在等式(4)中的第五和值E包含在上边带和下边带中的与未失真的调幅的语音信号m_u·s_u(k)+m_v·s_v(k)关联并且与失真的调幅的语音信号m_u·m_v·s_u(k)·s_v(k)相关联的所有信号分量，且所有信号分量在每个情况中以相关频移的互调频率f_u+f_v提供周期性。第五和值E的相关频谱在每个情况中包含对称于相关的频移的相应的互调频率f_u+f_v的上边带和下边带中的与未失真的调幅的语音信号m_u·s_u(k)+m_v·s_v(k)和失真的调幅的语音信号m_u·m_v·s_u(k)·s_v(k)相关联的谱线。在时域中的第五和值E的信号分量和在频域中的相关谱线分别通过相关幅度失真的相乘的因子a_u·a_v被加权。

根据等式(10)，在等式(4)中的第六和值F包含与与噪声信号n(k)叠加的所有调幅的语音信号m_u·s_u(k)并且与在相应的传输信道中另外发射并且也与噪声信号n(k)叠加的载波相关联的所有信号分量，该所有信号分量以相关频移f_u提供周期性。这些信号分量被相关幅度失真的因子a_u加权并且由于缺少与随机噪声信号n(k)的关联而表示非关联的信号分量。第六和值F的相关频谱含有与相关频移f_u对称的上边带和下边带中的相应的无关联的频谱分量。

根据等式(11)，在等式(4)中的第七项G包含无关联的噪声信号n(k)的平方。第七项G的相关频谱包含无关联的频谱分量。

G＝n(k)² (11)

对于两个发射器，通过使用二次信号处理，相应地与各个和值A至F以及项G关联的频谱分量在图2A的修正的接收信号的幅度频谱中显示用于具有较高幅度a₂的第二发射机的情况，以及在图2B的修正的接收信号的幅度频谱中显示用于具有较低幅度a₂的第二发射器的情况。在图3A和图3B中，使用线性信号处理和相应采用二次信号处理，接收信号或相应的修正的接收信号的幅度频谱与具有较低幅度a₂的第二发射信号比较。

如果根据等式(2)的含有总数为U个发射信号的接收信号r(k)经受作为非线性信号处理函数的模函数，根据等式(12)，在展开各个因子之后，获得下列信号分量：

根据等式(13)，在等式(12)中的第一和值A′包含在各个发射信号中分别另外发射的载波的所有信号分量，其分别用幅度失真的平方因子a_u ²来加权并且表示单纯的直接信号分量。

$A^{\′}=\underset{u=1}{\overset{U}{\Σ}}{a_u}^2---\left(13\right)$

根据等式(14)，在等式(12)中的第二和值B′包含在上边带和下边带中与失真的调幅的语音信号m_u ²·s_u(k)²关联并且在每个情况中表示直接的信号分量的所有信号分量。第二和值B′的相关频谱包含在上边带和下边带中与零位频率对称的失真调幅的语音信号关联的相应谱线。在时域中的与失真调幅的语音信号m_u ²·s_u(k)²关联的信号分量和在频率中的相关谱线在每种情况中通过幅度失真的平方因子a_u ²被加权。

$B^{\′}=\underset{u=1}{\overset{U}{\Σ}}{m_u}^2\·s_u{\left(k\right)}^2\·{a_u}^2---\left(14\right)$

根据等式(15)，在等式(12)中的第三和值C′包含在各个发射信号中分别另外发射的载波的所有信号分量，其分别以相关频移的互调频率f_u-f_v和相应f_v-f_u提供周期性并且采用相关幅度失真的相乘的因子a_u·a_v加权。在每个情况下，第三和值C′的相关频谱包含与在相关频移的互调频率f_u-f_v和相应的f_v-f_u的两个载波的互调产物关联的谱线。

根据等式(16)，在等式(12)中的第四和值D′包含在上边带和下边带中的与未失真的调幅的语音信号m_u·s_u(k)+m_v·s_v(k)关联以及与失真的调幅的语音信号m_u·m_v·s_u(k)·s_v(k)关联的所有信号分量，该所有信号分量分别以相关频移的互调频率f_u-f_v和相应的f_v-f_u提供周期性。在每个情况中，第四和值D′的相关频谱包含在上边带和下边带中与相关频移的相应互调频率f_u-f_v和相应的f_v-f_u对称的与未失真的调幅的语音信号m_u·s_u(k)+m_v·s_v(k)关联以及与失真的调幅的语音信号m_u·m_v·s_u(k)·s_v(k)关联的谱线。在时域中的第四和值D′的信号分量和在频域中的相关谱线分别通过相关幅度失真的相乘的因子a_u·a_v被加权。

根据等式(17)，在等式(12)中的第7项H′包含无关联的噪声信号的平方模量|n(k)|²。

G′＝|n(k)|² (17)

在等式(12)中的第五和值E′具有在各个发射信号中另外发射的载波和各个调幅语音信号m_u·s_u(k)，其分别以相关频移f_u提供周期性并且用相关幅度失真的因子a_u加权，以及在等式(12)中的第六和值F′具有在各个发射信号中另外发射的载波和各个调幅语音信号m_u·s_u(k)，其分别以相关负频移-f_v提供周期性并且用相关幅度失真的因子a_v被加权，通过具有在零位频率处的中心频率的带通滤波器而被去除以进行进一步的分析。

在两个发射器的情况中，分别与各个和值A′至D′以及项H′关联的频谱分量被显示在具有较低幅度a₂的第二发射信号的图4的修正的接收信号的幅度频谱中。

伴随这些二阶非线性，当然还可以使用更高阶的非线性。这里将不提供进行更高阶的非线性信号处理的接收信号的信号分量的数学推导。原则上，分别与载波信号和语音信号的周期性信号分量关联的谱线的数量随着非线性的阶数而增大。因此，由于待分析的多个谱线，故用于检测在接收信号中含有的至少两个发射信号的信号处理成本也随着更高阶的非线性的使用而明显增大，因此，其较不适合实际使用。

为了获得用于在接收信号中识别至少两个发射信号的清楚检测标准，实质用于检测的载波信号和互调产物的谱线必须与多个谱线分离并且与在非线性信号处理的情况中发生的多个无关联的频谱分量分离。

在第一步骤中，从采用非线性处理的接收信号的频谱去除与语音-信号分量关联的谱线。对于成功去除与语音-信号分量关联的谱线，非线性对语音信号的谱线的效应的知识是非常重要的。为了该目的，从根据等式(1)的在基带中的接收信号开始，高频接收信号被考虑以便实施非线性信号处理。根据等式(18)，通过与基带中的接收信号对比，高频接收信号被调制在具有载波频率f_c和载波相位的载波上并且通过传输放大器的实际放大因子P而放大。

因此，根据等式(18)的高频接收信号r_HF(t)是实时信号，其提供了偶数的幅度频谱和奇数的相位频谱。因此，该类信号是相对于零位频率共轭对称的。高频接收信号r_HF(t)的上边带和下边带关于载波频率f_c共轭对称。

如果根据等式(18)的该高频接收信号r_HF(t)提供给非线性，则根据等式(19)获得修正的高频接收信号r_HF(t)′。

由于非线性函数F{.}的自变量是以载波频率f_c作为周期性的周期函数，故根据等式(20)的非线性函数F{.}的结果是周期函数，其可以被显示为傅里叶序列，其中谐波分别依赖于载波频率f_c和载波频率f_c的倍数，傅里叶系数α_k和β_k根据等式(21)与等式(22)。

其中

其中A(t)＝P·(1+m·s(t)) (2)

${\mathrm{\β}}_k=\frac{1}{\mathrm{\π}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\π}}{\∫}}F\{A\left(t\right)\·cos\mathrm{\α}\}\·sin(k\·\mathrm{\α})d\mathrm{\α}---\left(22\right)$

如果非线性函数F{.}的结果仅通过第一谐波取近似值，则等式(20)至等式(22)被代入等式(23)至(25)。

$f_1\left(A\right(t\left)\right)={\mathrm{\α}}_1=\frac{1}{\mathrm{\π}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\π}}{\∫}}F\{A\left(t\right)\·cos\mathrm{\α}\}\·cos\mathrm{\α}d\mathrm{\α}---\left(24\right)$

$f_2\left(A\right(t\left)\right)={\mathrm{\β}}_1=\frac{1}{\mathrm{\π}}\underset{0}{\overset{2\mathrm{\π}}{\∫}}F\{A\left(t\right)\·cos\mathrm{\α}\}\·sin\mathrm{\α}d\mathrm{\α}---\left(25\right)$

根据等式(24)和等式(25)的两个傅里叶系数f₁(A(t))和f₂(A(t))表示复数f₁(A(t))+j·f₂(A(t))的实部和虚部。因此，根据等式(23)的非线性函数F{.}的结果可以转变成等式(26)，其考虑到根据等式(27)的非线性F{.}的幅度传输行为f(A(t))(所谓的AM-AM特征)和根据等式(28)的非线性F{.}的幅度-相位传输行为g(A(t))(所谓的AM-PM特征)。

$f\left(A\right(t\left)\right)=\sqrt{f_1{\left(A\right(t\left)\right)}^2+f_2{\left(A\right(t\left)\right)}^2}---\left(27\right)$

$g\left(A\right(t\left)\right)=arctan\left(\frac{f_2\left(A\right(t))}{f_1\left(A\right(t))}\right)---\left(28\right)$

根据等式(26)的通过非线性修正的高频接收信号r_HF(t)′保留实部，使得相关频谱相对于零位频率共轭对称。由于非线性的AM-AM特征，故在上边带和下边带中的语音信号m·s(t)的谱线和无关联的频谱分量是幅度失真的。然而，在上边带和下边带中的语音信号m·s(t)的谱线和无关联的频谱分量的幅度提供了关于载波频率的偶对称。此外，由于非线性的AM-PM特征，故语音信号m·s(t)的谱线和无关联的频谱分量的相位失去了其关于载波频率的偶对称。因此，它们不再相对于载波频率精确地共轭对称。然而，它们继续相对于载波频率而频率对称。

因此，在各个载波的相应上边带和下边带中对称布置的语音信号的谱线对不能基于它们的幅度和相位被识别，而是仅基于它们相对于相应载波的频率的相同的频率间隔被识别。在频率f_lSp和f_rSp的谱线对分别提供了相对于相应载波的频率f_Tr的频率间隔f_lSp-f_Tr和f_rSp-f_Tr，这两个频率间隔永远不完全相同。为了识别相对于载波对称放置的语音信号的一对谱线，在两个频率间隔之间的差值与根据等式(29)的第一阈值SW₁比较。如果在两个频率间隔之间的差值小于第一阈值SW₁，则存在一对相对于载波对称放置的语音信号的谱线，其可以从频谱中去除。

(f_lSp-f_Tr)-(f_rSp-f_Tr)<SW1 (29)

如果相对于载波和/或互调产物的谱线对称布置的谱线的各个对(所谓的第二谱线)从考虑的非线性修正的接收信号的频谱中完全去除，则不对称放置的载波和/或互调产物的谱线(所谓的第一谱线)可以清楚地从语音信号的无关联的频谱分量和合法本底噪声选取。

如果存在较大的信噪间隔，则因此，第一谱线明显不同于语音信号的无关联的频谱分量和合法本底噪声，如果根据等式(30)的第一谱线的幅度比用作显著性水平的第二阈值SW₂高出大于其中第二谱线被去除的修正接收信号的频谱的所有取样值x_i的平均值E{x_i}，则可以使用显著性检验来检测第一谱线。

${\hat{x}}_1>{\mathrm{SW}}_2+E\left\{x_i\right\}---\left(30\right)$

在没有从本底噪声和语音信号的无关联的频谱分量显著突出的第一谱线的情况中，可以使用周期平稳特性检测。关于周期平稳特性检测的数学基础，参见US 2010/0054352A1中的等式(1)至等式(9)。

另外地或者可替选地，雅克-贝拉检验，可应用在第一谱线不明显突出高于本底噪声和语音信号的不关联的频谱分量的情况中，且从其中第二谱线被去除的非线性修正的接收信号的频谱的总数是n个的取样值计算根据根据等式(31)的雅克-贝拉值JB，等式(31)包含根据等式(32)的偏斜S和根据等式(33)的峰度K。在该上下文中出现的值x表示所有的n个取样值的平均值。雅克-贝拉值JB与第三阈值SW₃比较。如果雅克-贝拉值高于第三阈值SW₃，则第一谱线出现在修正的接收信号的频谱中。对于第三阈值SW₃的相对高的值，在修正的接收信号的频谱中可以识别若干第一谱线。第三阈值SW₃的相应值必须通过模拟来确定。

$JB=\frac{n}{6}\&CenterDot;(S^2+\frac{{(K-3)}^2}{4})>{\mathrm{SW}}_3---\left(31\right)$

$S=\frac{\frac{1}{n}\&CenterDot;\underset{i=0}{\overset{n-1}{\&Sigma;}}{(x_i-\stackrel{\&OverBar;}{x})}^3}{{(\frac{1}{n}\&CenterDot;\underset{i=0}{\overset{n-1}{\&Sigma;}}{(x_i-\stackrel{\&OverBar;}{x})}^2)}^{\frac{3}{2}}}---\left(32\right)$

$K=\frac{\frac{1}{n}\&CenterDot;\underset{i=0}{\overset{n-1}{\&Sigma;}}{(x_i-\stackrel{\&OverBar;}{x})}^4}{{(\frac{1}{n}\&CenterDot;\underset{i=0}{\overset{n-1}{\&Sigma;}}{(x_i-\stackrel{\&OverBar;}{x})}^2)}^2}---\left(33\right)$

在下文中，参考图5中的流程图解释用于检测以不同频移包括在一个接收信号中的至少两个调幅的发射信号的根据本发明的方法，以及基于图6中的电路框图详细解释用于检测以不同频移包括在一个接收信号中的至少两个调幅的发射信号的根据本发明的相关设备。

在第一方法步骤S10中，在混入基带中之后，接收信号在非线性信号处理单元1中经过非线性信号处理函数。优选地，在该上下文中使用平方信号处理函数，因为这最简单地实现和生成通过非线性信号处理函数产生的修正接收信号的频谱，其仅提供了二阶谱线与相关的上边带和下边带。

在下一个方法步骤S20中，通过傅里叶变换在傅里叶变换器2中确定修正的接收信号的频谱。代替傅里叶变换和随后的谱线检测，还可以使用所谓的多信号分类(MultipleSignal Classification(MUSIC))算法或者所谓的借助旋转不变技术的信号参数估计(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques(ESPRIT))算法，这两种算法都是基于协方差矩阵的本征值的分析。

在下一个方法步骤S30中，修正的接收信号的频谱通过带通滤波器3被限制到用于进一步分析的相关频率范围。待分析的频率范围的该限制取决于所用的非线性。

如果使用二次非线性，则带通滤波器3覆盖频率范围，在该频率范围中，放置有在修正的接收信号中含有的发射信号的载波信号的谐波和二阶互调产物和语音信号分量的相关联的上边带和下边带。

通过使用作为非线性的模函数，带通滤波器3覆盖的频率范围与零位频率对称并且包含用于在修正的接收信号中含有的发射信号的载波信号的直接信号分量和一阶互调产物和语音信号分量的相关的上边带和下边带。

通过使用更高阶的非线性，例如，三次信号-处理函数，带通滤波器3覆盖这样的频率范围：在该频率范围中置有在修正的接收信号中含有的发射信号的载波信号的相应的最高阶的谐波和互调产物和语音信号分量的相关的上边带和下边带。

在下一个方法步骤S40中，在用于去除在修正的接收信号的波段-限制频谱中的第二谱线的单元4中，相对于各个载波信号的谐波和互调产物的不对称放置的谱线相关的上边带和下边带中对称布置的相关语音信号分量的谱线被识别，随后从修正的接收信号的波段-限制频谱中去除。

通过以下方式来识别待被去除的这些第二谱线：将具有最高幅度的谱线识别为不对称放置的第一谱线并标记其本身，且关于具有下一个较小幅度的谱线，接着通过寻找另一谱线且该另一谱线的距具有最高幅度的谱线的频移的频移间隔根据等式(29)在每种情况下最大相差近似选择的第一阈值SW₁且因此相对于具有最高幅度的谱线的频移而提供近似相同的频移间隔。以该方式所识别的对称的第二谱线对随后从修正的接收信号的波段限制的频谱中被去除。此后，通过从剩余的谱线选择下一个较小的谱线并且寻找另一谱线，根据等式(29)的频移间隔中的一致性条件适用于对于上述谱线，来寻找第二谱线的其它对，该第二谱线的其它对就其频移与具有最高幅度的谱线的频移对称。

一旦对于关于具有最高幅度的谱线对称的谱线对的存在研究了所有的谱线，则在修正的接收信号的受限制频谱内保持且尚未被标记为第一谱线的所有谱线中寻求具有当前最大幅度的谱线，并且相应地将其被标记为非对称的第一谱线。就关于这些当前的、不对称的第一谱线对称的第二谱线对的存在，研究剩余的谱线。该过程被实施，直到在修正的接收信号的受限制的频谱中存在的所有谱线被标记为不对称的第一谱线或者被去除作为对称的第二谱线为止。

通过该方式，从修正的接收信号的限制频谱中去除在修正的接收信号中含有的各个发射信号的所有失真的和/或非失真的周期性语音信号分量。

为了从在修正的接收信号中含有的发射信号的修正的接收信号的限制频谱中仍然含有的不关联的语音信号分量以及从叠加的本底噪声分离不对称的第一谱线，在修正的接收信号的限制频谱内，在下列三个方法步骤S40、S50和S60中实施另外的统计学检验。在所有情况中或者仅在个别情况中可以实施这些统计学检验。在低信噪间隔的情况中(其中，各个谱线通常不明显突出高于不关联的语音信号和本底噪声的频谱分量)，在方法步骤S50和/或在方法步骤S60的雅克-贝拉检验中仅需要周期平稳特性检测。

对于相对较高的信噪间隔，在方法步骤S40中可以另外地或替选地实现显著性检验。

在方法步骤S40中的显著性检验的情况下，在显著性检验器5中，将在修正的接收信号的限制频谱中标记的不对称的第一谱线根据等式(30)与显著性水平SW₂相比，显著性水平SW₂高于限制频谱的剩余的采样值的平均值E{.}。显著水平的该第二阈值SW₂是例如通过模拟可以确定的自由选择的值。如果具有高于显著水平的幅度的相应的不对称的第一谱线高于受限制频谱的剩余取样值的平均值E{.}，则已经明显检测到在修正的接收信号中含有的发射信号的载波信号所关联的第一谱线。根据所使用的非线性，在零位频率处、在多倍载波频率和/或其中一个互调频率处放置与载波信号关联的所检测的第一谱线。

在方法步骤S50中的周期平稳特性检测的情况下，在周期平稳性能检测器6中，从修正的接收信号的所有非周期性信号分量分离出修正的接收信号的周期性信号分量。以该方式，在修正的接收信号中含有的所有第一谱线与它们各自的频率一起被确定。作为本发明还涵盖的替选例，在确定在修正的接收信号的频谱中含有的第二谱线之前，在方法步骤S30中还可以执行周期平稳特性检测。在该情况中，通过周期平稳特性检测，第一谱线和第二谱线与它们相关的频率一起被检测。

在方法步骤S60的雅克-贝拉检验的情况中，在雅克-贝拉检验器7中根据等式(31)至等式(33)确定用于去除第二谱线的修正的接收信号的雅克-贝拉值JB，其确定了在研究中的信号中的高斯分量的程度。不提供高斯特征的谱线的比例以及在研究中的信号中的噪声-所确定的谱线的比例(其通常符合高斯分布)可以以该方式被确定。通过比较所确定的雅克-贝拉值JB与第三阈值SW₃，可以探究给定比例的谱线是否存在于研究的信号中。因此，通过选择第三阈值SW₃，可以确定第一谱线或两个或更多的第一谱线是否存在于去除第二谱线的修正的接收信号中。在确定在修正的接收信号的频谱中含有的第二谱线之前，在方法步骤S30中还可以实施雅克-贝拉检验。本发明也涵盖这一点。在该情况中，通过雅克-贝拉检验可以检测在修正的接收信号中的第一谱线以及第二谱线。

在下一个方法步骤S70中，在多个第一谱线的检测器8内组合在前面的统计学检验中所检测的所有第一谱线以及它们的幅度、频率和相位。在多个第一谱线的同一检测器8中，在下一个方法步骤S80中，可以确定是否第一谱线根本不存在于去除第二谱线的修正的接收信号的频谱中，因此，是否存在具有本底噪声的仅一个接收信号。如果不是这样的情况，则在下一个方法步骤S90中，在多个第一谱线的同一检测器8中，可以确定单一的第一谱线是否存在于去除第二谱线的修正的接收信号的频谱中，因此，是否在接收的信号中存在从单一发射机所发射的仅单一的发射信号；或者可以确定多个第一谱线(通常是每个发射信号具有三个谱线)是否存在于去除第二谱线的修正的接收信号的频谱中，因此，是否在同一接收信道中的接收的信号中同时存在分别通过一个发射机发射的多个发射信号。

在最后的方法步骤S100中，如果多个第一谱线已经在修正的接收信号中被识别，且因此，在接收信号中存在通过发射机分别发射的多个发射信号，则在单独飞行器中的飞行员和在地面站中的人员被告知在同一频道中的多个发射信号的同时传输。

在用于防止在一个接收信号中含有的多个发射信号的通知中的错误警报的最简单变型中，接收信号的取样值的数量增大。在该上下文中，用于实施傅里叶变换的非线性修正的接收信号的取样值的输入框可以重叠或不重叠。

用于防止错误警报的另一个选择是借助决策规则组合各个统计学检验的结果。例如，决策规则可以是在修正的接收信号中含有多个发射信号，如果通过至少两个统计学检验-显著性检验、周期平稳特性检测和雅克-贝拉检验已经同时确定这一点的话。可以存在用于在修正的接收信号中存在多个发射信号的另一个示例性决策规，如果周期平稳性能方向和雅克-贝拉检验将连续对其检测多次的话。

通过确定分别在多个周期中分别检测的第一谱线的平均值以及通过比较所平均的第一谱线与所平均的本底噪声和/或平均的剩余谱线(即，平均的第二谱线)，提供了用于防止错误警报的第三变型。该变型的优点是随着检测可能性的增大的同时减少了错误警报的可能性。

本发明不限制于所说明的实施方式。具体而言，本发明还涵盖在权利要求中要求保护的所有特征、在说明书中所公开的所有特征和在附图中所示出的所有特征的所有组合。事实上，在上文结合调幅的实施例已经描述了该方法，然而不限于此。

Claims (18)

1.一种用于检测在同一频率通道内的接收信号中含有的具有相应不同的频移的至少两个发射信号的方法，所述方法包括下列方法步骤：

-通过所述接收信号的非线性信号处理，确定(S10)修正的接收信号，

-通过傅里叶变换，确定(S20)所述修正的接收信号的频谱，以及

-如果分别与载波信号关联的至少两个第一谱线在所确定的频谱内能够和与噪声信号和有效负荷信号关联的频谱分量区分开，则检测(S30-S100)在所述接收信号中含有的至少两个发射信号，

其特征在于，在所述修正的接收信号中含有的所述有效负荷信号的周期性信号分量的相对于所述第一谱线对称放置的第二谱线被识别且从所述修正的接收信号的所确定的频谱中去除。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

如果在所述修正的接收信号中含有的载波信号的至少两个第一谱线在所确定的频谱内被识别，则检测在所述接收信号中含有的至少两个发射信号，所述至少两个第一谱线的幅度分别是在所述修正的接收信号中含有的所述噪声信号和所述有效负荷信号的频谱分量的幅度的平均值的多倍。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述载波信号的所识别的第一谱线是直接信号分量、谐波和/或互调产物。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

如果在每个情况下，对于每个所识别的第一谱线存在两个距相应的所述第一谱线的频移间隔小于第一阈值SW₁的谱线，则识别相对于第一谱线对称放置的两个第二谱线。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，

为了识别第二谱线，在所述修正的接收信号的频谱中的具有最大幅度的谱线相应地被用作第一谱线。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，

为了增大在确定频移中的间隔中的频率分辨率，增大傅里叶变换的FFT长度。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，

如果在去除所述第二谱线之后，至少三个第一谱线在所述修正的接收信号的频谱中被识别，则检测在所述接收信号中含有的至少两个发射信号，所述至少三个第一谱线的幅度分别是在所述修正的接收信号中含有的非周期性信号分量的频谱分量的幅度的平均值的多倍。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

如果在去除第二谱线之后，至少三个谱线位于所述修正的接收信号的频谱中，且所述至少三个谱线的幅度比第二阈值SW₂表征的显著性水平高出大于在所述修正的接收信号中含有的非周期性信号分量的频谱分量的幅度的平均值，则在所述修正的接收信号中检测(S40)至少两个发射信号。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

如果在去除第二谱线之后，至少三个谱线被设置在所述修正的接收信号的频谱中，则在所述修正的接收信号中检测(S50)至少两个发射信号，所述至少三个谱线是通过在所述修正的接收信号中的非周期性信号分量的周期平稳特性检测选择的。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

如果在去除第二谱线之后，至少三个谱线被设置在所述修正的接收信号的频谱中，则在所述修正的接收信号中检测(S60)至少两个另外的发射信号，所述至少三个谱线是通过在所述修正的接收信号中的非周期性信号分量的雅克-贝拉检验所选择的。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，

所述非线性信号处理是二次信号处理。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

对于第一谱线和第二谱线的识别，在所述修正的接收信号中含有的所述发射信号的二次谐波的频率范围中分析所述修正的接收信号的频谱。

13.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，

所述非线性信号处理是模函数。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，

对于第一谱线和第二谱线的识别，在包围所述修正的接收信号的直接信号分量的频率范围中分析所述修正的接收信号的频谱。

15.一种用于检测在接收信号中含有的具有不同频移的至少两个发射信号的设备，所述设备包括：

非线性信号处理单元(1)，所述非线性信号处理单元用于通过所述接收信号的非线性信号处理确定修正的接收信号，

傅里叶变换器(2)，所述傅里叶变换器用于确定所述修正的接收信号的频谱，和

检测器(8)，所述检测器用于识别分别与载波信号关联的多个第一谱线，从与噪声信号和有效负荷信号关联的频谱分量能够区分所述第一谱线，

其特征在于，另外地，单元(4)被提供用于从所述修正的接收信号的频谱去除相对于所述第一谱线对称放置的第二谱线。

16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，

附加的单元(5)被提供用于实施显著性检验。

17.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，

附加的单元(6)被提供用于实施周期平稳特性检测。

18.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，

附加的单元(7)被提供用于实施雅克-贝拉检验。