CN105187152A - 基于频谱感知与调制识别的联合干扰方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于频谱感知与调制识别的联合干扰方法与系统，其将认知无线电频谱感知与调制识别结合起来，运用到干扰通信中，既对外方链路的建立实施了感知干扰，又对外方已经建立链接的通信链路实施通信干扰，在干扰的同时还为我方认知通信系统传送链路信息，从而为我方实现了有效抗干扰策略。

Description

基于频谱感知与调制识别的联合干扰方法与系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于频谱感知与调制识别的联合干扰方法与系统。

背景技术

随着无线通信技术的发展，无线通信设备日益增加，对于数据的传输速率要求也越来越高，无线通信速率甚至高达数百兆每秒。然而，人们可利用的频谱资源是有限的，在无线通信技术取得突破性进展的同时也面临着频谱资源匮乏的问题。而在很多授权频段，大部分时间都处于空闲，即存在许多“频谱空洞”，如何利用这些“频谱空洞”成为了当今研究的热门问题。认知无线电技术作为一种更加智能的频谱探测与共享技术，能探测周围的电磁环境，在不干扰授权用户的条件下，充分对授权用户的空闲频段加以利用，从而提高频谱利用率。调制识别技术是非合作通信中的一项关键技术，在民用通信的频谱管理，频谱监控、通信故障检测和军用通信中的通信对抗都有着广泛的应用。通过调制识别技术，能够截获空中信号，从而进行参数分析，为后续的威胁辨识，信息破解，干扰识别等任务提供重要信息。

在军用通信中，利用认知无线电智能的频谱检测和切换技术，可以快速占用和切换频谱资源，利用调制识别技术，可以在已经通信的链路上实现信息截取，从而实施干扰或信息的解调。目前流行对空闲频段发送干扰信号，以达到感知干扰的目的。但这种方法只能对未建立链接的认知用户产生干扰，对于已经建立的链接的用户无法实施有效干扰，并且干扰后对我方认知通信系统也造成影响，使我方认知通信系统也无法运行。而调制识别技术只能对已经建立链接的通信用户实施通信干扰，无法干扰认知通信系统的链路形成。

发明内容

本发明所要解决的是现有对空闲频段发送干扰信号的方法无法对已经建立的链接的用户无法实施有效干扰，而调制识别的方式无法干扰认知通信系统的链路形成的问题，提供一种基于频谱感知与调制识别的联合干扰方法与系统。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于频谱感知与调制识别的联合干扰方法，包括如下步骤：

步骤1、射频接收机接收全频段信号，并把待检测的全频段分成若干个固定带宽的子频段；

步骤2、控制中心通过改变射频接收机的直接数字频率合成器频率逐段处理各子频段信号，并将处理后的子频段信号送入双通道模数转换模块；

步骤3、双通道模数转换模块对子频段信号依次进行模数转换后，送入第一基带信号处理模块；

步骤4、第一基带信号处理模块对各子频段信号依次进行频谱感知，判断子频段是否存在传输信号；当存在传输信号时，则判定该子频段被占用，控制中心记录并将该子频段放入占用频段存储单元；当不存在传输信号时，则判定该子频段空闲，控制中心记录并将该子频段放入空闲频段存储单元；

步骤5、第一基带信号处理模块将感知后的信号送入第二基带信号处理模块；

步骤6、第二基带信号处理模块对各子频段信号依次进行信号特征的参数提取及调制方式的分类识别；

步骤7、将提取的信号特征和识别出的调制方式与我方的信号特征和调制方式进行对比，判断为子频段在传输信号是否我方信号；当提取的信号特征和识别出的调制方式与我方的信号特征和调制方式均相同时，则判定为我方信号，控制中心记录并将该子频段放入占用频段存储单元；当识别出的调制方式与我方的调制方式不同或虽与我方的调制信号相同但信号特征不同时，判定为外方信号，控制中心记录并将该子频段放入空闲频段存储单元；

步骤8、控制中心根据其空闲频段存储单元中所存储的全频段内空闲子频段的个数，启动相应个数的干扰机，并分别将各干扰机的发射频率调整到相应的空闲频段，向各空闲频段持续发送干扰信号。

上述联合干扰方法，还进一步包括如下步骤，即当控制中心接收到我方发送的通信链路请求时，则在空闲频段存储单元中选取空闲频段分配给我方通信，同时向该子频段所对应的干扰机发送指令，停止其工作。

上述联合干扰方法，还进一步包括如下步骤，即第一基带信号处理模块将感知结果和/或第二基带信号处理模块将调制方式的分类识别结构送入上位机。

上述步骤3的过程具体如下：

步骤3.1、对采集的数据进行加窗处理；

步骤3.2、对加窗后的数据进行快速傅立叶变换处理；

步骤3.3、对快速傅立叶变换处理后的数据进行平方累加求和处理，得到该子频段内信号的总能量；

步骤3.4、将子频段内信号的总能量值与设定的能量阀值进行比较；当子频段内信号的总能量小于能量阀值时，表示该子频段空闲，控制中心记录并将该子频段放入空闲频段存储单元；否则，表示该子频段被占用，控制中心记录并将该子频段放入占用频段存储单元。

上述步骤5中，第二基带信号处理模块需提取以下信号特征参数：零中心归一化瞬时幅度的谱密度最大值g_max、零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量绝对值的标准偏差s_ap、零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量的标准偏差s_dp、瞬时幅度包络的均值E_a、瞬时幅度包络的方差s_a ²以及零中心归一化瞬时频率绝对值的标准偏差s_af。

上述步骤5中，第二基带信号处理模块进行调制方式的分类识别的过程具体为：将提取的特征参数g_max与设定门限t(g_max)比较，当g_max>t(g_max)时，将提取的特征参数s_ap与设定门限t(s_ap)比较，否则将提取的特征参数s_af与设定门限t(s_af)比较；当s_ap>t(s_ap)成立时，将提取的特征参数s_dp与设定门限t(s_dp)比较，否则将提取的特征参数E_a与设定门限t(E_a)比较，当E_a>t(E_a)成立时，判为4PSK，否则判为QAM；当s_dp>t(s_dp)成立时，判为2PSK，否则将提取的特征参数与设定门限比较；当成立时，判为2ASK，否则判为4ASK。当s_af>t(s_af)成立时，判为2FSK，否则判为4FSK。

基于频谱感知与调制识别的联合干扰系统，主要由控制中心，以及与控制中心相连的射频接收模块、双通道模数转换模块、第一基带信号处理模块、第二基带信号处理模块和至少一台干扰机组成；其中干扰机的台数h与频谱感知时全频段被细分成子频段g个数相关，即h＝g-1；射频接收模块的数据输出端经双通道模数转换模块与第一基带信号处理模块的输入端相连；第一基带信号处理模块的输出端与第二基带信号处理模块的输入端相连相连；第二基带信号处理模块的输出端与各干扰机的输入端相连。

上述方案中，射频接收模块由射频接收天线、带通滤波器、射频低噪声放大器、射频DDS、混频器、射频I路低通滤波器、射频Q路低通滤波器、射频I路自动增益控制放大器和射频Q路自动增益控制放大器组成；射频接收天线经带通滤波器连接射频低噪声放大器，射频低噪声放大器的输出端与混频器的一输入端相连；射频DDS的输入端连接控制中心，射频DDS的输出端与混频器的另一输入端相连；混频器的输出端分为I、Q两路，其中I路输出端经射频I路低通滤波器连接射频I路自动增益控制放大器的输入端，Q路输出端经射频Q路低通滤波器连接射频Q路自动增益控制放大器的输入端；射频I路自动增益控制放大器和射频Q路自动增益控制放大器的输出端的输出端同时连接双通道模数转换模块的输入端。

上述方案中，干扰机由干扰FPGA、干扰I路数模转换器、干扰Q路数模转换器、干扰I路低通滤波器、干扰Q路低通滤波器、正交调制器、干扰DDS、功率放大器、干扰低通滤波器和射频发射天线组成；干扰FPGA的输入端连接第二基带处理模块，干扰FPGA的输出端分为I、Q两路，其中I路输出端经干扰I路数模转换器连接干扰I路低通滤波器的输入端，其中Q路输出端经干扰Q路数模转换器连接干扰Q路低通滤波器的输入端；干扰I路低通滤波器和干扰Q路低通滤波器的输出端同时连接到正交调制器的一输入端，干扰DDS的输入端连接控制中心，干扰DDS的输出端连接到正交调制器的另一输入端；正交调制器的输出端经干扰低通滤波器连接功率放大器的输入端，干扰低通滤波器的输出端连接射频发射天线。

上述联合干扰系统，还进一步包括上位机，该上位机与第一基带处理模块和第二基带处理模块相连。

与现有技术相比，本发明将认知无线电频谱感知与调制识别结合起来，运用到干扰通信中，既对外方链路的建立实施了感知干扰，又对外方已经建立链接的通信链路实施通信干扰，在干扰的同时还为我方认知通信系统传送链路信息，从而为我方实现了有效抗干扰策略。

附图说明

图1为基于频谱感知与调制识别的联合干扰方法的流程图。

图2为调制方式识别判决流程图。

图3为基于频谱感知与调制识别的联合干扰系统的系统框图。

图4为第一基带信号处理模块和第二基带信号处理模块具体框图。

图5为射频接收模块结构框图。

图6为干扰机结构框图。

具体实施方式

一种基于频谱感知与调制识别的联合干扰方法，如图1所示，包括如下步骤：

(1)射频接收天线接收全频段信号，射频接收机把待检测的全频段分成若干个固定带宽的子频段F1，F2，F3，……，Fg。由于事先并不知道信号来源的方向，所以射频接收天线使用的是全向天线，全频段频率范围为短波频段的3M～30M，子频段带宽为3M，所以全频段分为9个带宽为3M的子频段。

(2)控制中心通过改变射频接收机的DDS(直接数字式频率合成器)频率逐段接收各子频段信号，并通过变频将信号搬移到零频，将其分成I、Q两路送入双通道模数转换模块进行数据采集。

如控制中心控制DDS频率输出19.5M，通过混频器与18～21M的子频段混频后，将信号搬移到基带，则0～1.5M的频段内包含18～21M的全部信息，通过后低通滤波器和自动增益控制放大器送入AD进行模数转换，然后送入以FPGA为处理器的第一基带信号处理模块进行处理。

(3)射频接收机接收到第一子频段F1的信号为x₁(t)，双通道模数转换模块采集的数据为x₁(n)，采集数据后，将其送入以FPGA为信号处理器的第一基带信号处理模块进行频谱感知。

(3.1)第一基带信号处理模块先对采集的数据进行加窗处理，加窗后的信号为：

y_i(n)＝x_i(n)w(n)

上式i为子频段号，范围为1￡i￡g，w(n)为汉明窗的窗函数。

(3.2)数据加窗后，第一基带处理模块对其进行快速傅立叶变换，变换后的信号表达式为：

$Y_i\left(w\right)=DFT\[y_i\left(n\right)\]=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{y}_i\left(n\right)e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}nk},\left(0\≤k\≤N-1\right)$

式中，N为傅里叶变换长度，n对应时域长度，0￡n￡N-1，k对应频域的长度。

(3.3)第一基带信号处理模块对快速傅立叶变换处理后的采样数据进行平方累加求和处理，得到该子频段内信号的总能量：

$E=\underset{w=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{Y}_i{\left(w\right)}^2$

(3.4)第一基带信号处理模块将子频段内计算的总能量值与能量阀值λ比较，λ表达式为：

$\mathrm{\λ}={\mathrm{\σ}}_w^2(N+\sqrt{2N}{Q}^{-1}(P_f\left)\right)$

式中，Q^-1为Q函数的反函数，为噪声功率，P_f为虚警概率，预设值为0.1。

(3.5)控制中心设有空闲频段存储单元和占用频段存储单元。当E<λ时，表示该子频段空闲，控制中心记录并将该子频段放入空闲频段存储单元，同时通过RS232接口把频谱信息传送到上位机显示。

(3.6)控制中心向对应的干扰机发送指令，如发送0000，启动000号干扰机，产生有我方伪随机噪声信号，通过DDS调节射频发射端频率，向空闲频段持续发送干扰信号。

干扰机总数为8个并分别编号为，000、001、010、011、100、101、110、111以便控制中心发送指令具体指定哪台干扰机工作。0代表发送伪随机噪声信号，1代表停止发送相似调制信号。例如控制中心发送0000，则000号干扰机向检测到的空闲频段发送伪随机噪声序列信号，控制中心发送0001则000号干扰机向该频段发送与外方相似的调制信号。

(3.7)控制中心通过控制射频接收前端的DDS将接收频段转至下一个子频段，回到步骤(3)。

(3.8)当E≥λ时，表示该频段繁忙，执行步骤(4)。

(4)第一基带信号处理将感知后的信号正交下变频，将信号分成I、Q两路送入以DSP为处理器第二基带信号处理模块进行信号特征参数提取。

(4.1)从数字化后的I、Q分量中提取信号离散瞬时幅度a(n)、瞬时相位j(n)和瞬时频率f(n)。表达式分别为：

$a\left(n\right)=\sqrt{I^2\left(n\right)+Q^2\left(n\right)}$

(4.2)为实现调制方式自动识别，需提取以下特征参数：

a.零中心归一化瞬时幅度的谱密度最大值g_max:

g_max＝max|FFT[a_cn(i)]²/N_s|

式中，N_s为取样点数，a_cn(i)为零中心归一化瞬时幅度，

a_cn(i)＝a_n(i)-1

上式而为瞬时幅度a(i)的平均值。

b.零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量绝对值的标准偏差s_ap:

${\mathrm{\&sigma;}}_{ap}=\sqrt{\frac{1}{c}\&lsqb;\underset{a_n\left(i\right)>a_t}{\&Sigma;}{{\mathrm{\&phi;}}^2}_{NL}\left(i\right)\&rsqb;-{\&lsqb;\frac{1}{c}\underset{a_n\left(i\right)>a_t}{\&Sigma;}\left|{\mathrm{\&phi;}}_{NL}\left(i\right)\right|\&rsqb;}^2}$

式中，a_t为弱信号段的一个幅度判决门限电平，c为全部取样数N_s中属于非弱信号值的个数，f_NL(i)为经零中心化处理后瞬时相位的非线性分量

其中 为瞬时相位。

c.零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量的标准偏差s_dp:

${\mathrm{\&sigma;}}_{dp}=\sqrt{\frac{1}{c}\&lsqb;\underset{a_n\left(i\right)>a_t}{\&Sigma;}{{\mathrm{\&phi;}}^2}_{NL}\left(i\right)\&rsqb;-{\&lsqb;\frac{1}{c}\underset{a_n\left(i\right)>a_t}{\&Sigma;}{\mathrm{\&phi;}}_{NL}\left(i\right)\&rsqb;}^2}$

d.瞬时幅度包络的均值E_a:

$E_a=\frac{1}{N_s}\underset{n=1}{\overset{N_s}{\&Sigma;}}{a}_n$

e.瞬时幅度包络的方差

${\mathrm{\&sigma;}}_a^2=\frac{1}{N_s}\underset{n=1}{\overset{N_s}{\&Sigma;}}\left(a_n-\frac{1}{N_s}\underset{n=1}{\overset{N_s}{\&Sigma;}}{a}_n\right)$

f.零中心归一化瞬时频率绝对值的标准偏差s_af:

${\mathrm{\&sigma;}}_{ap}=\sqrt{\frac{1}{c}\&lsqb;\underset{a_n\left(i\right)>a_t}{\&Sigma;}{f^2}_N\left(i\right)\&rsqb;-{\&lsqb;\frac{1}{c}\underset{a_n\left(i\right)>a_t}{\&Sigma;}\left|f_N\left(i\right)\right|\&rsqb;}^2}$

式中， $f_N=\frac{f_m\left(i\right)}{R_s},$ f_m(i)＝f(i)-m_f， $m_f=\frac{1}{N_s}\underset{i=1}{\overset{N_s}{\&Sigma;}}f\left(i\right),$

上式，R_s为数字信号的符号速率，f(i)为信号的瞬时频率。

(5)第二基带信号处理模块根据提取的特征参数与设定门限比较，判断信号的调制方式。

如图2所示，待识别的信号调制方式有QAM、2PSK、4PSK、2ASK、4ASK、2FSK、4FSK。利用提取的特征参数g_max与设定门限t(g_max)比较，当g_max>t(g_max)时，将提取的特征参数s_ap与设定门限t(s_ap)比较，否则将提取的特征参数s_af与设定门限t(s_af)比较。当s_ap>t(s_ap)成立时，将提取的特征参数s_dp与设定门限t(s_dp)比较，否则将提取的特征参数E_a与设定门限t(E_a)比较，当E_a>t(E_a)成立时，判为4PSK，否则判为QAM。当s_dp>t(s_dp)成立时，判为2PSK，否则将提取的特征参数与设定门限比较。当成立时，判为2ASK，否则判为4ASK。当s_af>t(s_af)成立时，判为2FSK，否则判为4FSK。

(6)根据提取的信号特征和识别的调制方式与我方的信号特征和调制方式对比，判断是否为我方信号，若符合我方信号特征和调制方式，则控制中心调整DDS频率转至下一子频段继续感知，转至步骤(3)。若不符合我方信号特征或调制方式，则判定为外方信号，转至步骤(7)。

(7)控制中心记录并将该频段放入占用频段存储单元，同时第二基带信号处理模块通过RS232接口把信号的调制方式识别结果传送到上位机显示。

(8)控制中心根据第二基带信号处理模块分析出的信号特征和调制方式，向带有任意基带信号发生器的干扰机发送指令，如发送0001，则基带信号波形发生器根据指令，产生和外方信号特征和调制方式相同的基带波形信号，控制中心通过控制干扰机的DDS输出频率，使射频发射模块持续在该频段内发送相似信号。同时，控制中心控制射频接收端DDS频率转至下一频段继续感知，即回到步骤(3)。

(9)当控制中心检测完整个频段(3～30M)后，又重新从第一子频段发F1开始检测，即回到步骤(3)。检测完第一个周期后，所有频段工作状态都记录在中心控制存储单元，对于空闲频段，全部记录在空闲频段存储单元，并持续发送着我方伪随机噪声信号，对于外方占用频段，全部记录在占用频段存储单元，并持续发送具备外方信号特征的干扰信号。

(10)我方认知用户接收机接收到我方干扰机发送的伪随机噪声信号后，通过认知通信机向控制中心发送通信链路请求，控制中心则在空闲频段存储单元选取空闲频段分配给我方认知用户，同时向干扰机使能端发送指令(如发送0)控制干扰机停止向该频段发送我方伪随机噪声干扰信号。

对于本发明而言，干扰机的启动方式可以为以下两种：一、同步启动方式：在检测完整个全频段后，再同步启动相应的干扰机，二、分步启动方式：在检测完一个子频段后，便立即启动对应的干扰机。以上两种干扰机的启动方式均属于本发明的保护范畴。

基于上述方法所设计的基于频谱感知与调制识别的联合干扰系统，如图3所示，主要由射频接收模块、双通道模数转换模块、第一基带信号处理模块、第二基带信号处理模块、控制中心、上位机以及至少一台干扰机组成。干扰机的台数h与频谱感知时全频段被细分成子频段g个数相关，即h＝g-1。在本发明优选实施例中，由于全频段被细分成9个子频段，则干扰机为8台。射频接收模块的数据输出端经双通道模数转换模块与第一基带信号处理模块相连。第一基带信号处理模块与第二基带信号处理模块相连。8台干扰机以并联的方式连接在一根总线上，该总线与第二基带信号处理模块相连。控制中心分别与射频接收模块、双通道模数转换模块、第一基带信号处理模块、第二基带信号处理模块以及8台干扰机相连。上位机与第一基带处理模块和第二基带处理模块相连。

控制中心以ARM为主控芯片，负责控制整个系统运行的命令接收和发送。上位机为PC机，负责信号处理结果的显示。第一基带信号处理模块以FPGA为处理器，主要负责频谱的感知和与上位机的通信。第二基带信号处理模块以DSP为处理器，负责信号调制方式的识别和与上位机通信。频谱感知装置与调制识别装置结合使用，即能干扰外方认知用户通信链接的建立又能干扰外方主用户的通信。FPGA与DSP结合使用，依靠FPGA强大的并行处理能力与DSP高性能的数据处理能力，既保证了复杂信号处理的准确性又缩短了程序运行的时间，同时开发周期也大大缩减。第一基带信号处理模块和第二基带信号处理模块具体框图参见图4。

射频接收模块采用零中频接收机，如图5所示，主要由射频接收天线、带通滤波器、射频低噪声放大器、射频DDS、混频器、射频I路低通滤波器、射频Q路低通滤波器、射频I路自动增益控制放大器和射频Q路自动增益控制放大器组成。射频接收天线经带通滤波器连接射频低噪声放大器，射频低噪声放大器的输出端与混频器的一输入端相连。射频DDS的输入端连接控制中心，射频DDS的输出端与混频器的另一输入端相连。混频器的输出端分为I、Q两路，其中I路输出端经射频I路低通滤波器连接射频I路自动增益控制放大器的输入端，Q路输出端经射频Q路低通滤波器连接射频Q路自动增益控制放大器的输入端。射频I路自动增益控制放大器和射频Q路自动增益控制放大器的输出端同时连接双通道模数转换模块的输入端。射频信号通过射频接收天线接收，经过带宽为3～30M后的带通滤波器后，经低噪声放大器线性放大后，进入混频器的一输入端。混频器另一输入端连接由控制中心控制的DDS的输出端。混频器的输出端分为I、Q两路，I、Q两路输出各经一1.5M的低通滤波器滤波后，分别进入自动增益控制放大器，经过稳定增益后，I、Q两路信号进入一双通道模数转换模块进行模数转换，然后进入第一基带信号处理模块进行信息处理。在本发明优选实施例中，低噪声放大器采用MWLA-000050M20，工作范围为100K～50Mhz，能覆盖3～30M全频段。DDS采用AD9834，输出频率最高为37.5M，通过控制中心处理器向AD9834发送寄存器控制字便可随意切换所需频率。混频器采用RF2713，其工作频率范围为100K～250M，可直接下变频将信号分为I、Q两路搬移到基带。接收机采用零中频结构，并采用DDS作为频率输出模块，控制中心只需要改变DDS输出频率即可将不同频点混频到基带，相比二次变频结构简单，并有效抑制了镜像频率干扰。

干扰机负责伪随机噪声序列和ASK、2ASK、FSK、2FSK、PSK、2PSK、QAM等调制信号的产生和发送，如图6所示，主要由干扰FPGA、干扰I路数模转换器、干扰Q路数模转换器、干扰I路低通滤波器、干扰Q路低通滤波器、正交调制器、干扰DDS、功率放大器、干扰低通滤波器和射频发射天线组成。干扰FPGA的输入端连接第二基带处理模块，干扰FPGA的输出端分为I、Q两路，其中I路输出端经干扰I路数模转换器连接干扰I路低通滤波器的输入端，其中Q路输出端经干扰Q路数模转换器连接干扰Q路低通滤波器的输入端。干扰I路低通滤波器和干扰Q路低通滤波器的输出端同时连接到正交调制器的一输入端，干扰DDS的输入端连接控制中心，干扰DDS的输出端连接到正交调制器的另一输入端。正交调制器的输出端经干扰低通滤波器连接功率放大器的输入端，干扰低通滤波器的输出端连接射频发射天线。FPGA内置两个信号产生模块，一个伪随机噪声序列产生模块，一个数字基带信号产生模块，同时此FPGA还和第二基带信号处理模块相连，负责信号特征参数的传输。当FPGA收到相应的指令时，对应的信号产生模块工作。如FPGA收到指令0000，则000号干扰机向此时检测频段发送伪随机噪声信号，当FPGA收到指令0001时，则000号干扰机向此频段发送第二基带信号处理模块检测出来的相似调制信号。FPGA产生的基带信号分为I、Q两路，I、Q两路分别经过DA变为模拟信号，再分别经过低通滤波器后，送入正交调制器的I、Q路。正交调制器另一端接由控制中心控制的DDS的输出端，DDS产生此时检测频段的中心频率，输入到正交调制器。正交调制器将基带信号搬移到此时检测的频段，并经过功率放大器放大和低通滤波器滤波后，通过射频发射天线发射到空中，完成干扰信号的发射。干扰机在所有空闲频段上发射的干扰信号为伪随机噪声信号，能被我方认知用户所识别，即干扰机又可用作认知通信发射机，发送频段使用信息给我方认知用户。每台干扰机都自带DDS模块并有对应的编码序号，能干扰全频段并随意切换干扰频段，使干扰能变得准确，灵活。

该系统能在规定频段内对电磁环境进行实时扫描监视，实时准确的检测空闲频段和占用频段，对于空闲频段，则发送我方伪随机噪声信号快速占用该空闲频段，并能随时分配给我方认知用户，对于繁忙频段，则通过信号调制识别，分析出信号特征和调制方式，从而判断是否为敌方信号，若为敌方信号，则根据信号特征和调制方式进行波形设计，发送与敌方相似的波形信号，从而达到全方位干扰敌方通信的目的。

Claims (10)

1.一种基于频谱感知与调制识别的联合干扰方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤1、射频接收机接收全频段信号，并把待检测的全频段分成若干个固定带宽的子频段；

步骤2、控制中心通过改变射频接收机的直接数字频率合成器频率逐段处理各子频段信号，并将处理后的子频段信号送入双通道模数转换模块；

步骤3、双通道模数转换模块对子频段信号依次进行模数转换后，送入第一基带信号处理模块；

步骤4、第一基带信号处理模块对各子频段信号依次进行频谱感知，判断子频段是否存在传输信号；当存在传输信号时，则判定该子频段被占用，控制中心记录并将该子频段放入占用频段存储单元；当不存在传输信号时，则判定该子频段空闲，控制中心记录并将该子频段放入空闲频段存储单元；

步骤5、第一基带信号处理模块将感知后的信号送入第二基带信号处理模块；

步骤6、第二基带信号处理模块对各子频段信号依次进行信号特征的参数提取及调制方式的分类识别；

步骤7、将提取的信号特征和识别出的调制方式与我方的信号特征和调制方式进行对比，判断为子频段在传输信号是否我方信号；当提取的信号特征和识别出的调制方式与我方的信号特征和调制方式均相同时，则判定为我方信号，控制中心记录并将该子频段放入占用频段存储单元；当识别出的调制方式与我方的调制方式不同或虽与我方的调制信号相同但信号特征不同时，判定为外方信号，控制中心记录并将该子频段放入空闲频段存储单元；

步骤8、控制中心根据其空闲频段存储单元中所存储的全频段内空闲子频段的个数，启动相应个数的干扰机，并分别将各干扰机的发射频率调整到相应的空闲频段，向各空闲频段持续发送干扰信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于频谱感知与调制识别的联合干扰方法，其特征是，还进一步包括如下步骤，即当控制中心接收到我方发送的通信链路请求时，则在空闲频段存储单元中选取空闲频段分配给我方通信，同时向该子频段所对应的干扰机发送指令，停止其工作。

3.根据权利要求1所述的一种基于频谱感知与调制识别的联合干扰方法，其特征是，还进一步包括如下步骤，即第一基带信号处理模块将感知结果和/或第二基带信号处理模块将调制方式的分类识别结构送入上位机。

4.根据权利要求1所述的一种基于频谱感知与调制识别的联合干扰方法，其特征是，步骤3的过程具体如下：

步骤3.1、对采集的数据进行加窗处理；

步骤3.2、对加窗后的数据进行快速傅立叶变换处理；

步骤3.3、对快速傅立叶变换处理后的数据进行平方累加求和处理，得到该子频段内信号的总能量；

步骤3.4、将子频段内信号的总能量值与设定的能量阀值进行比较；当子频段内信号的总能量小于能量阀值时，表示该子频段空闲，控制中心记录并将该子频段放入空闲频段存储单元；否则，表示该子频段被占用，控制中心记录并将该子频段放入占用频段存储单元。

5.根据权利要求1所述的一种基于频谱感知与调制识别的联合干扰方法，其特征是，步骤5中，第二基带信号处理模块需提取的信号特征参数为：零中心归一化瞬时幅度的谱密度最大值g_max、零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量绝对值的标准偏差s_ap、零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量的标准偏差s_dp、瞬时幅度包络的均值E_a、瞬时幅度包络的方差以及零中心归一化瞬时频率绝对值的标准偏差s_af。

6.根据权利要求5所述的一种基于频谱感知与调制识别的联合干扰方法，其特征是，步骤5中，第二基带信号处理模块进行调制方式的分类识别的过程具体为：将提取的特征参数g_max与设定门限t(g_max)比较，当g_max>t(g_max)时，将提取的特征参数s_ap与设定门限t(s_ap)比较，否则将提取的特征参数s_af与设定门限t(s_af)比较；当s_ap>t(s_ap)成立时，将提取的特征参数s_dp与设定门限t(s_dp)比较，否则将提取的特征参数E_a与设定门限t(E_a)比较，当E_a>t(E_a)成立时，判为4PSK，否则判为QAM；当s_dp>t(s_dp)成立时，判为2PSK，否则将提取的特征参数与设定门限比较；当成立时，判为2ASK，否则判为4ASK；当s_af>t(s_af)成立时，判为2FSK，否则判为4FSK。

7.根据权利要求1所述的联合干扰系统而设计的基于频谱感知与调制识别的联合干扰系统，其特征是，主要由控制中心，以及与控制中心相连的射频接收模块、双通道模数转换模块、第一基带信号处理模块、第二基带信号处理模块和至少一台干扰机组成；其中干扰机的台数h与频谱感知时全频段被细分成子频段g个数相关，即h＝g-1；射频接收模块的数据输出端经双通道模数转换模块与第一基带信号处理模块的输入端相连；第一基带信号处理模块的输出端与第二基带信号处理模块的输入端相连相连；第二基带信号处理模块的输出端与各干扰机的输入端相连。

8.根据权利要求7所述的基于频谱感知与调制识别的联合干扰系统，其特征是，射频接收模块由射频接收天线、带通滤波器、射频低噪声放大器、射频DDS、混频器、射频I路低通滤波器、射频Q路低通滤波器、射频I路自动增益控制放大器和射频Q路自动增益控制放大器组成；射频接收天线经带通滤波器连接射频低噪声放大器，射频低噪声放大器的输出端与混频器的一输入端相连；射频DDS的输入端连接控制中心，射频DDS的输出端与混频器的另一输入端相连；混频器的输出端分为I、Q两路，其中I路输出端经射频I路低通滤波器连接射频I路自动增益控制放大器的输入端，Q路输出端经射频Q路低通滤波器连接射频Q路自动增益控制放大器的输入端；射频I路自动增益控制放大器和射频Q路自动增益控制放大器的输出端同时连接双通道模数转换模块的输入端。

9.根据权利要求7所述的基于频谱感知与调制识别的联合干扰系统，其特征是，干扰机由干扰FPGA、干扰I路数模转换器、干扰Q路数模转换器、干扰I路低通滤波器、干扰Q路低通滤波器、正交调制器、干扰DDS、功率放大器、干扰低通滤波器和射频发射天线组成；干扰FPGA的输入端连接第二基带处理模块，干扰FPGA的输出端分为I、Q两路，其中I路输出端经干扰I路数模转换器连接干扰I路低通滤波器的输入端，其中Q路输出端经干扰Q路数模转换器连接干扰Q路低通滤波器的输入端；干扰I路低通滤波器和干扰Q路低通滤波器的输出端同时连接到正交调制器的一输入端，干扰DDS的输入端连接控制中心，干扰DDS的输出端连接到正交调制器的另一输入端；正交调制器的输出端经干扰低通滤波器连接功率放大器的输入端，干扰低通滤波器的输出端连接射频发射天线。

10.根据权利要求7所述的基于频谱感知与调制识别的联合干扰系统，其特征是，还进一步包括上位机，该上位机与第一基带处理模块和第二基带处理模块相连。