CN104795075A - 一种亚音识别压制系统及其识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种亚音识别压制系统及其识别方法，亚音识别压制系统包括终端控制中心、监测接收机、亚音识别模块、基带信号源、射频激励器、功率放大器以及天线。终端控制中心产生数字干扰信号数据，输出到基带信号源处理后，产生带调制的中频干扰信号，中频干扰信号通过射频激励器变频至所需频段，经功率放大器放大后，由天线辐射到目标干扰区域。压音识别模块包括解调模块、带通滤波模块、数字亚音识别模块、模拟亚音识别模块，可根据具体应用，只选择模拟亚音识别模块或数字亚音识别模块。从而避免了在无线电监测工作中，不具有亚音识别功能的常规压制系统无法对使用具有亚音功能的设备传输的非法信号进行有效压制，更加适应和满足工作的需要。

Description

一种亚音识别压制系统及其识别方法

技术领域

本发明涉及无线电领域，特别涉及一种亚音识别压制系统及其识别方法。

背景技术

在信号分析中，我们常把信号进行矢量分解，也就是将信号分解为频率相同，峰值幅度相同但相位相差90度的两个分量。极坐标方式的调制表示方法可转化为直角坐标方式,就是I-Q图。载波振幅和相位可记录为二维空间上的一点,而这一点所代表的向量，在横轴和纵轴上的投影分别为I值和Q值。I为同相位(In-phase)分量,代表向量在横轴上的投影；Q为90度相移(Quadrate)分量,代表向量在纵轴上的投影。这样调制后的数据就分成了两路，同相(I)和正交(Q)分量，这两个分量是正交的，相位相差90度，并且互不相干。

目前，亚音技术广泛应用于对讲系统。对讲系统中使用的亚音频又分为模拟亚音频和数字亚音码两种。亚音相当于一种加密手段，发射方在传输音频时附加一种亚音频率，接收方通过识别发射方的亚音频率是否和本机设置的亚音频率值匹配，来判断是否接收来自发送方的信号。如果发射方的亚音频率与本机设置的亚音频率匹配，则开启扬声器，接收来自发送方的信号；如果发射方的亚音频率与本机设置的亚音频率不匹配，则不会接收来自发送方的信号。

在无线电监测工作中，常规的压制系统不具有亚音识别功能，若非法信号使用具有亚音功能的设备传输，则不能对非法信号实行有效的压制，从而不能完全满足和适应工作的需要。

发明内容

本发明针对上述问题提出了一种亚音识别压制系统及其识别方法，具体技术方案如下：一种亚音识别压制系统，包括终端控制中心、监测接收机、亚音识别模块、基带信号源、射频激励器、功率放大器以及天线。

终端控制中心分别与监测接收机、亚音识别模块、基带信号源相连；监测接收机和亚音识别模块与终端控制中心双向通信，监测接收机发射端与天线相连；终端控制中心、基带信号源、射频激励器、功率放大器与天线顺序相连；终端控制中心产生数字干扰信号数据，输出到基带信号源处理后，产生带调制的中频干扰信号，中频干扰信号通过射频激励器变频至所需频段，经功率放大器放大后，由天线辐射到目标干扰区域。

亚音识别模块可集成于所述终端控制中心。

亚音识别模块包括解调模块、带通滤波模块、数字亚音识别模块、模拟亚音识别模块；监测接收机将识别到的亚音信息输出到解调模块，解调模块与带通滤波模块相连，带通滤波模块分别接数字亚音识别模块和模拟亚音识别模块。

数字亚音识别模块和模拟亚音识别模块分别预先存储了标准的数字亚音码值和模拟亚音频点。

数字亚音识别模块和模拟亚音识别模块支持用户添加非标准频点。

一种亚音识别方法，包括如下步骤：

S1:对收到的中频信号采样数据进行解调，得到基带信号，解调采用快速计算公式：频率frequency简写为Freq,(i＝0，1，…，N-1)。

S2:对基带信号进行带通滤波，带通范围为30Hz～300Hz。

S3:根据数字亚音码的码速率134.4bit/s对基带信号解码。

S4:在亚音识别模块读取数字亚音存储表，根据标准MPT1381，存储的数字亚音码后添加固定码与校验码作为标准码，数字亚音码传输时每帧为23位，其帧结构为：9位信息码+3位固定码(001)+12位校验码，校验码采用(23，12)Golay编码。

S5:将S3解码后的二进制数据依次与S4中得到的二进制码进行对比，若匹配，则输出匹配的数字亚音码，识别结束；若不匹配，则重复步骤4与步骤5，若与亚音识别模块存储表中的数字亚音码均无法匹配，说明数字亚音码不存在，转到S6进行模拟亚音频的识别。

S6:由于S4和S5只是对信号的比较，并未进行处理，相当于对带通滤波后的信号进行抽取，采样率≥800Hz。

S7:对抽样后的信号，采用Goertzel算法，计算存储的每个模拟亚音频频点的频谱幅值、最大值与均值，若最大值与均值的比值大于给定的门限，则最大值所对应的亚音频频点即为信号的亚音频；输出该模拟亚音品，识别结束；否则，信号不存在亚音频，识别结束。

进一步地，S7中用Goertzel算法计算指定点的频谱值，步骤如下：

S71:对每个采样点进行递归运算(n＝0,1,…,N)

$v\left(n\right)=2*\cos (\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{fs}}*f)*v(n-1)-v(n-2)+x\left(n\right)$

其初始条件为：c(-1)＝0，v(-2)＝0

S72:当N个采样点计算完成后，计算频谱值

${\left|X\left(f\right)\right|}^2=v^2\left(N\right)+v^2(N-1)2*\cos (\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{fs}}*f)*v\left(N\right)*v(N-1)$

其中，fs为采样率，f为给定的频率点。

模拟亚音识别模块与数字亚音识别模块在识别过程中需查询已存储的标准亚音频点表。也可根据具体应用，只选择模拟亚音识别模块或数字亚音识别模块。避免了在无线电监测工作中，不具有亚音识别功能的常规压制系统无法对使用具有亚音功能的设备传输的非法信号进行有效压制，更加适应和满足工作的需要。

附图说明

图1为亚音识别模块独立使用的亚音识别压制系统的结构图。

图2为亚音识别模块集成于终端控制中心的亚音识别压制系统的结构图。

图3为亚音识别模块内部结构图。

图4为亚音识别方法流程图。

具体实施方式

本说明书包括任何附加权利要求、摘要和附图中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

亚音识别压制系统集成了亚音识别模块，支持标准/非标准模拟亚音频与标准数字亚音码的编解码，可对具有亚音功能的对讲系统进行快速有效的压制，扩展了压制系统的功能。下面结合附图对应用实例作进一步详细描述。

如图1所示，亚音识别压制系统包括终端控制中心、监测接收机、亚音识别模块、基带信号源、射频激励器、功率放大器以及天线。其中，终端控制中心实现对整个系统的控制，监测接收机用于侦测分析可疑或非法信号；亚音识别模块实现亚音识别功能，亚音识别压制系统可以人工预置压制目标信号频率参数，也可自动捕获目标信号频率参数，分析目标信号特征，自动生成相近信号对目标信号进行压制。

终端控制中心分别与监测接收机、亚音识别模块、基带信号源相连；亚音识别模块可以是一个独立的功能模块，通过数据接口与终端控制中心通信。监测接收机和亚音识别模块与终端控制中心双向通信，监测接收机发射端与天线相连；终端控制中心、基带信号源、射频激励器、功率放大器与天线顺序相连；终端控制中心产生数字干扰信号数据，输出到基带信号源处理后，产生带调制的中频干扰信号，中频干扰信号通过射频激励器变频至所需频段，经功率放大器放大后，由天线辐射到目标干扰区域。

如图2所示，为亚音识别模块以功能模块的方式与终端控制中心集成。终端控制中心双向通信与监测接收机，监测接收机发射端与天线相连；终端控制中心、基带信号源、射频激励源、功率放大器与天线顺序相连。

智能压制系统采用无线电技术，由终端控制中心产生数字干扰信号数据，通过接口将数据送到基带信号源处理，产生带调制的中频干扰信号输出。该中频信号通过射频激励器变频至所需频段，经功率放大器放大后，由高增益的天线辐射到目标干扰区域。

如图3所示，为亚音识别模块的内部结构图。亚音识别模块由解调模块、带通滤波模块、数字亚音识别模块、模拟亚音识别模块组成。监测接收机将识别到的亚音信息输出到解调模块，解调模块与带通滤波模块相连，带通滤波模块分别接数字亚音识别模块和模拟亚音识别模块。亚音识别模块预先存储了标准的模拟亚音频频点和数字亚音码值，并支持用户添加非标准频点。模拟亚音识别模块与数字亚音识别模块在识别过程中需查询已存储的标准亚音频点表。也可根据具体应用，只选择模拟亚音识别模块或数字亚音识别模块。亚音识别模块的输入为监测接收机采集的IQ信号数据，以帧为单位进行处理，输出识别到的亚音信息。

如图4亚音识别方法的流程图所示，亚音识别模块在解调滤波后，首先进行数字亚音的识别，若数字亚音不存在，再识别模拟亚音。模块的具体识别步骤如下：S1:对收到的中频信号采样数据进行解调，得到基带信号，解调采用快速计算公式：频率frequency，简写为Freq，i为采样数据的序号，若共有N个采样点，i的取值为0～N-1。

S2:对基带信号进行带通滤波，带通范围为30Hz～300Hz。

S3:根据数字亚音码的码速率134.4bit/s对基带信号解码。

S4:在亚音识别模块读取预设105个标准码作为数字亚音存储表，根据标准MPT1381，存储的数字亚音码后添加固定码与校验码作为标准码，数字亚音码传输时每帧为23位，其帧结构为：9位信息码+3位固定码(001)+12位校验码，校验码采用(23，12)Golay编码。

S5:将S3解码后的二进制数据依次与S4中得到的二进制码进行对比，若匹配，则输出匹配的数字亚音码，识别结束；若不匹配，则重复步骤4与步骤5，若与亚音识别模块存储表中的105个数字亚音码均无法匹配，说明数字亚音码不存在，转到S6进行模拟亚音频的识别。

S6:对带通滤波后的信号进行抽取，采样率≥800Hz。理论上来说采样率无上限，但采样率越大，数据量越大，后续的计算量也大，所以选择接近800的采样率，在满足采样定理的前提下，将计算量控制在最小。

S7:对抽样后的信号，采用Goertzel算法，分别计算存储的N个模拟亚音频频点的频谱幅值，计算这些幅值的最大值与均值。若最大值与均值的比值大于1.3，则最大值所对应的亚音频频点即为信号的亚音频；输出该模拟亚音品，识别结束；否则，信号不存在亚音频，识别结束。门限值取值范围为1.2～1.4，取值主要受信号的信噪比、采样时长的影响，当信号信噪比大于30dB、采样时间>0.5s时，可取1.4，当信噪比小于15dB、采样时间<0.05s时，可取1.2。此处取1.3，可满足大部分情况下的要求。

S7中用Goertzel算法计算指定点的频谱值，步骤如下：

S71:对每个采样点进行递归运算(n＝0,1,…,N)

$v\left(n\right)=2*\cos (\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{fs}}*f)*v(n-1)-v(n-2)+x\left(n\right)$

其初始条件为：v(-1)＝0，v(-2)＝0

S72:当N个采样点计算完成后，计算频谱值

${\left|X\left(f\right)\right|}^2=v^2\left(N\right)+v^2(N-1)2*\cos (\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{fs}}*f)*v\left(N\right)*v(N-1)$

其中，fs为采样率，f为给定的频率点。

预存在亚音识别模块中的模拟亚音频点是公式中的f，抽样后的信号指的是公式中的x(n)。Goertzel算法可以计算一组x(n)在频率f处的幅值，而不受快速傅氏变换算法频率间隔的限制。

Claims (7)

1.一种亚音识别压制系统，其特征在于：包括终端控制中心、监测接收机、亚音识别模块、基带信号源、射频激励器、功率放大器以及天线；

终端控制中心分别与监测接收机、亚音识别模块、基带信号源相连；监测接收机和亚音识别模块与终端控制中心双向通信，监测接收机发射端与天线相连；终端控制中心、基带信号源、射频激励器、功率放大器与天线顺序相连；终端控制中心产生数字干扰信号数据，输出到基带信号源处理后，产生带调制的中频干扰信号，中频干扰信号通过射频激励器变频至所需频段，经功率放大器放大后，由天线辐射到目标干扰区域。

2.根据权利要求1所述的亚音识别压制系统，其特征在于所述亚音识别模块集成于所述终端控制中心。

3.根据权利要求1或2所述的亚音识别压制系统，其特征在于，所述亚音识别模块包括解调模块、带通滤波模块、数字亚音识别模块、模拟亚音识别模块；监测接收机将识别到的亚音信息输出到解调模块，解调模块与带通滤波模块相连，带通滤波模块分别接数字亚音识别模块和模拟亚音识别模块。

4.根据权利要求3所述的亚音识别压制系统，其特征在于，所述数字亚音识别模块和模拟亚音识别模块分别预先存储了标准的数字亚音码值和模拟亚音频点。

5.根据权利要求3所述的亚音识别压制系统，其特征在于，所述数字亚音识别模块和模拟亚音识别模块支持用户添加非标准频点。

6.一种亚音识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1:对收到的中频信号采样数据进行解调，得到基带信号，解调采用快速计算公式：

$\mathrm{Freq}\left[i\right]=\frac{I[i-1]*Q\left[i\right]-I\left[i\right]*Q[i-1]}{I\left[i\right]*I\left[i\right]+Q\left[i\right]*Q\left[i\right]},(i=\mathrm{0,1},...,N-1);$

S2:对基带信号进行带通滤波，带通范围为30Hz～300Hz；

S3:根据数字亚音码的码速率134.4bit/s对基带信号解码；

S4:在亚音识别模块读取数字亚音存储表，根据标准MPT1381，存储的数字亚音码后添加固定码与校验码作为标准码，数字亚音码传输时每帧为23位，帧结构为9位信息码+3位固定码(001)+12位校验码，校验码采用(23，12)Golay编码；

S5:将S3解码后的二进制数据依次与S4中得到的二进制码进行对比，若匹配，则输出匹配的数字亚音码，识别结束；若不匹配，则重复步骤4与步骤5，若与亚音识别模块存储表中的数字亚音码均无法匹配，说明数字亚音码不存在，转到S6进行模拟亚音频的识别；

S6:对带通滤波后的信号进行抽取，采样率≥800Hz；

S7:对抽样后的信号，采用Goertzel算法，计算存储的每个模拟亚音频频点的频谱幅值、最大值与均值，若最大值与均值的比值大于给定的门限，则最大值所对应的亚音频频点即为信号的亚音频；输出该模拟亚音品，识别结束；否则，信号不存在亚音频，识别结束。

7.根据权利要求6所述的亚音识别方法，其特征在于，S7中用Goertzel算法计算指定点的频谱值，步骤如下：

S71:对每个采样点进行递归运算(n＝0,1,…,N)

$v\left(n\right)=2*\cos (\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{fs}}*f)*v(n-1)-v(n-2)+x\left(n\right)$

其初始条件为：v(-1)＝0，v(-2)＝0

S72:当N个采样点计算完成后，计算频谱值

${\left|X\left(f\right)\right|}^2=v^2\left(N\right)+v^2(N-1)-2*\cos (\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{fs}}*f)*v\left(N\right)*v(N-1)$

其中，fs为采样率，f为给定的频率点。