CN109617631B - 基于数字信道化瞬时参数测量的侦察系统自适应接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于数字信道化瞬时参数测量的侦察系统自适应接收方法，步骤包括：1)所述显示控制分系统配置侦察接收通道参数，控制实现瞬时自适应侦察模式；2)外部电磁环境和信号通过射频接口注入所述综合射频分系统；3)射频信号经过放大滤波，得到中频信号后发送至所述侦察处理分系统；4)所述侦察处理分系统的FPGA模块对所接收到的信号进行缓存对所接收到的信号进行处理，并将处理结果发送至所述显示控制分系统；5)所述显示控制分系统接收处理结果后进行判断，并输出判断结果。本发明能实现大瞬时带宽范围内雷达和通信信号高截获概率、高灵敏度自适应侦察接收，因此能够较大程度弥补传统宽带侦察接收机设备庞大、功耗高、成本高等问题。

Description

基于数字信道化瞬时参数测量的侦察系统自适应接收方法

技术领域

本发明涉及一种通信技术领域的测量方法，特别是一种基于数字信道化瞬时参数测量的侦察系统自适应接收方法。

背景技术

超宽带雷达的广泛应用对传统的信号侦察系统提出了巨大挑战，其接收、信号处理、检测和参数估计等方法与窄带信号的处理有很大差异，对信号侦察系统的信息处理技术提出了更高的要求。

超宽带信号不仅使得电子侦察可能会处于较为复杂的电磁环境中，如负信噪比等，而且对其进行采样、实时处理和存储的困难较大，大大地降低了侦察接收机的灵敏度。

因此，如何提高信噪比，从而提高检测概率，对于超宽带雷达信号侦察系统非常重要。同时，由于侦察系统只有在准确进行脉冲参数测量的基础上，才能进行信号分选、威胁识别等情报分析。所以对于电子侦察系统，是否能检测到信号及准确地侦测出脉冲参数至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于数字信道化瞬时参数测量的侦察系统自适应接收方法，实现超宽带信号实时高性能侦察。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于数字信道化瞬时参数测量的侦察系统自适应接收方法，所述侦察系统由综合射频分系统、侦察处理分系统和显示控制分系统组成，步骤包括：

1)所述显示控制分系统配置侦察接收通道参数，控制实现瞬时自适应侦察模式；

2)外部电磁环境和信号通过射频接口注入所述综合射频分系统；

3)射频信号经过放大滤波，得到中频信号后发送至所述侦察处理分系统；

4)所述侦察处理分系统的FPGA模块对所接收到的信号进行缓存，采用FFT结合数字信号化瞬时参数测量，同步引导信号自适应滤波的方法对所接收到的信号进行处理，得出处理结果并将处理结果发送至所述显示控制分系统；

5)所述显示控制分系统接收处理结果后进行判断，并输出判断结果。

优选方案是：所述信号包括雷达信号和通信信号。

优选方案是：所述信号为雷达信号时，所述侦察处理分系统的FPGA模块对所接收到的信号进行侦查的方法，步骤为：

1)所述侦察处理分系统的FPGA模块对所接收的雷达信号进行检测，完成RF、PW、TOA、PA、DOA参数的测量，将全部通道的测量参数相互组合完成，形成一组RF、PW、TOA、PA、DOA电子参数；

2)对获得全部电子参数进行分选，提取PRI参数，形成每个辐射源的PDW参数，发送至所述显示控制分系统；

3)在辐射源参数库的支持下，所述显示控制分系统对辐射源信号进行匹配识别，并显示电子参数、识别结果和威胁等级。

优选方案是：所述信号为通信信号时，所述侦察处理分系统的FPGA模块对所接收到的信号进行侦查的方法，步骤为：

1)所述侦察处理分系统的FPGA模块对所接收的通信信号进行分析、存储、参数测量、数字下混频、自适应滤波，然后进一步完成调制样式识别解调，得到二进制数据流，同时将信号频域和时域分析结果发送到所述显示控制分系统；

2)所述显示控制分系统对通信信号进行协议分析，参考通信信号库，判决输出通信目标类型。

优选方案是：对于突发通信系统，所述侦察处理分系统的FPGA模块完成RF、PW、TOA、PA、DOA参数的测量，将全部通道的测量参数相互组合完成，形成一组RF、PW、TOA、PA、DOA电子参数并发送至所述显示控制分系统。

优选方案是：所述侦察处理分系统的FPGA模块包括AD采集模块、数据存储模块、瞬时参数测量模块、DDS模块、自适应滤波模块。

优选方案是：通过所述FPGA模块内部存储资源或外部存储器实现对采集数据进行缓存。

优选方案是：在数据缓存的同时，通过FFT结合数字信道化实现信号中心载频和带宽测量，其中FFT实现信号参数普查，数字信道化实现对信号详查。

优选方案是：通过测频结果引导DDS模块设置本振，同时通过瞬时带宽测量结果引导信号自适应接收。

优选方案是：通过延时控制逻辑确保当前实时测量的参数与当前从存储器中读取的信号对应一致。

本发明的有益效果如下：

1、本发明能实现大瞬时带宽范围内雷达和通信信号高截获概率、高灵敏度自适应侦察接收，因此能够较大程度弥补传统宽带侦察接收机设备庞大、功耗高、成本高等问题；

2、本发明通过提高对信号进行自适应滤波的准确性，进而实现在大瞬时带宽范围内提升对多个目标信号进行探测时的截获概率，以及侦察接收时的灵敏度；

3、相对于传统的采用FFT等频域参数测量方法，采用FFT结合数字信道化测量方法能够有效解决频域参数与时域同步存在的匹配模糊问题，从而有利于引导对信号进行准确的自适应滤波。

附图说明

图1为雷达信号侦察流程图；

图2为通信信号侦察流程图；

图3为数字信道化瞬时参数测量自适应接收方法流程图；

图4为2ASK的瞬时幅度图；

图5为2ASK的瞬时相位图；

图6为2ASK的瞬时频率图；

图7为2ASK的时域波形图、频谱图、功率谱密度图；

图8为星座图；

图9为眼图；

图10为频谱图；

图11为基带信号的幅度图；

图12为修正的ASK信号图；

图13为修正之后的微分值图；

图14为接收信号图；

图15为零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量绝对值的标准差示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供了一种基于数字信道化瞬时参数测量的侦察系统自适应接收方法，所述侦察系统由综合射频分系统、侦察处理分系统和显示控制分系统组成，步骤包括：

1)所述显示控制分系统配置侦察接收通道参数，控制实现瞬时自适应侦察模式；

2)外部电磁环境和信号通过射频接口注入所述综合射频分系统；

3)射频信号经过放大滤波，得到中频信号后发送至所述侦察处理分系统；

4)所述侦察处理分系统的FPGA模块对所接收到的信号进行缓存，采用FFT结合数字信号化瞬时参数测量，同步引导信号自适应滤波的方法对所接收到的信号进行处理，得出处理结果并将处理结果发送至所述显示控制分系统；

5)所述显示控制分系统接收处理结果后进行判断，并输出判断结果。

实施例1

本实施例为雷达信号侦察流程

雷达侦察系统由综合射频分系统、侦察处理分系统和显示控制分系统组成。显示控制分系统加载雷达侦察模式应用程序，配置侦察接收通道参数，控制实现瞬时自适应侦察模式，工作流程如图1所示。

1)显示控制分系统根据战情设置或者测试内容配置侦察接收通道，向侦察处理分系统发出控制命令，启动相应侦察模式；

2)外部电磁环境和雷达信号通过射频接口注入综合射频分系统；

3)射频信号经过放大滤波后，得到中频信号，发送给侦察处理分系统；

4)侦察处理分系统的FPGA模块对采集的脉冲信号进行检测、接收，完成RF(载波频率)、PW(脉冲宽度)、TOA(信号到达时间)、PA(脉冲功率)、DOA参数的测量，测向模式下将全部通道的测量参数相互组合完成，形成一组RF、PW、TOA、PA、DOA(信号到达方向)电子参数；

5)对开窗时间内获得全部电子参数进行分选，提取PRI参数，形成每个辐射源的PDW参数，这些参数发送给显示控制分系统；

6)在辐射源参数库的支持下，显示控制分系统对辐射源信号进行匹配识别，并显示电子参数、识别结果、威胁等级等。

实施例2

本实施例为通信信号侦察流程

通信侦察系统由综合射频分系统、侦察处理分系统和显示控制分系统组成。显示控制分系统加载通信侦察模式应用程序，控制实现瞬时自适应侦察模式。工作流程如工作流程如图2所示。

1)显示控制分系统根据战情设置或者测试内容配置侦察接收通道，向侦察处理分系统发出控制命令，启动瞬时自适应侦察模式；

2)外部电磁环境和通信信号通过射频接口注入综合射频分系统；

3)射频信号经过放大滤波后，得中频信号，发送给侦察处理分系统；

4)侦察处理分系统的FPGA模块对采集的脉冲信号进行分析、存储、参数测量、数字下混频、自适应滤波，然后进一步完成调制样式识别解调，得到二进制数据流，同时将信号频域和时域分析结果如载频、带宽、星座图、眼图等信息输出到显示控制分系统；对于突发通信系统，还能够完成RF、PW、TOA、PA、DOA参数的测量，测向模式下将全部通道的测量参数相互组合完成，形成一组RF、PW、TOA、PA、DOA电子参数，送往显示控制分系统；

5)在显示控制分系统对通信信号进行协议分析，参考通信信号库，判决输出通信目标类型。

本发明通过对AD采集的信号进行缓存、采用FFT结合数字信号化瞬时参数测量，同步引导信号自适应滤波是本发明的关键算法。主要具有以下特点：

1)关键算法由AD采集、数据存储、瞬时参数测量、DDS、自适应滤波等模块组成；

2)通过FPGA内部存储资源或外部存储器实现对AD采集数据进行缓存；

3)在数据缓存的同时，通过FFT结合数字信道化实现信号中心载频和带宽测量，其中FFT实现信号参数普查，数字信道化实现对信号详查；

4)通过测频结果引导DDS模块设置本振，同时通过瞬时带宽测量结果引导信号自适应接收；

5)通过延时控制逻辑确保当前实时测量的参数与当前从存储器中读取的信号对应一致；

6)本发明支持不低于2GHz瞬时带宽信号进行瞬参数测量和自适应接收。

本发明相对于传统的FFT等频域参数测量方法，采用FFT结合数字信道化测量方法能够有效解决频域参数与时域同步存在的匹配模糊问题。因为数字信道化接收机本质上是实时的时域接收机，输出结果的延时能够精确可控，而雷达信号存储也是时域存储，所以二者不存在域转换，从而能够精准的实现测得的频域参数与时域信号的匹配同步，为后续自适应侦察接收提供准确可靠的信息支撑。通过FFT辅助数字信道化实现瞬时参数测量，进而引导后续自适应滤波，能够动态实现对时分的多个目标信号进行准确滤波，达到最优的带外抑制效果，从而实现高灵敏度信号侦察接收。

算例

本算例为通信信号侦察流程

1、本算例设置一个载频为70MHz，振幅为10的2ASK信号，该信号的码元速率1MHz，采样频率240MHz，信噪比为3dB。

2、通信信号侦察流程

2.1显示控制分系统根据战情设置或者测试内容配置侦察接收通道，向侦察分系统发出控制命令，启动瞬时自适应侦察模式；

2.2外部电磁环境和通信信号通过射频接口注入综合射频分系统，发射振幅为10的2ASK基带信号；

2.3射频信号经过放大滤波后，得中频信号，载波频率为70MHz，发送给侦察处理分系统通道；

2.4侦察处理分系统的FPGA模块对采集的脉冲信号进行分析、存储、参数测量、数字下混频、自适应滤波，然后进一步完成调制样式识别解调，得到二进制数据流，同时将信号频域和时域分析结果如信号瞬时信息、频谱图、星座图、眼图等信息输出到显示控制分系统，如图4～图9所示；

2.5对于突发通信系统，还能够完成RF、PW、TOA、PA、DOA参数的测量，测向模式下将全部通道的测量参数相互组合完成，形成一组RF、PW、TOA、PA、DOA电子参数，送往显示控制分系统；

a)载波频率RF

信号经过傅里叶变化后，载波频率对应频谱图的直流分量。处理载波频率的过程如下：

i.信号经过傅里叶变化得到频谱图，如图10所示。

ii.识别直流分量的位置：因为直流分量的值远远大于其他的频谱值，查找该频谱的最大值已经对应的横坐标24081。

iii.载波频率：查找横坐标对应的最大值41280，对应为DAC采样率(240e6)的一半，载波频率RF＝DAC采样率/横坐标的最大值*直流分量对应的横坐标＝70e6；

b)脉冲宽度PW

i.接收信号，求得基带的幅度值，如图11所示。

ii.修正ASK信号，小于判决门限为噪声值，判定为“0”，如图12所示。

iii.对修正的ASK信号求微分，同样对微分值进行修正，求微分的上升沿起始点和结束点以及下降沿起始点和结束点，如图13所示。

iv.微分的上升沿起始点和结束点的均值以及下降沿起始点和结束点的均值之间的最短宽度为脉冲宽度，求得结果为240个采样周期。

c)信号到达时间TOA

得脉冲宽度为240个采样周期，即码元持续时间最短为240个采样周期，以此为判决标准，前1000个采样周期为噪声，第1001个采样周期为信号到达时间，如图14所示。

d)脉冲功率PA

脉冲功率为单位时间内的输出能量，即脉冲能量*重复频率，仿真结果为1.374e-04。

2.6在显示控制分系统对通信信号进行协议分析，参考通信信号库，判决输出通信目标类型。

零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量的标准差的定义如式1：

式中，c表示取样数据中非弱信号值的个数，a_t表示非弱信号段的判决门限，用于去除噪声对微弱信号的影响，取值为1。表示经零中心化处理后的瞬时相位的非线性分量，

其中，

N_s为取样点数，

代表瞬时相位。

以此为标准，零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量绝对值的标准差σ_dp<1判定为ASK或者4ASK信号。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (5)

1.基于数字信道化瞬时参数测量的侦察系统自适应接收方法，所述侦察系统由综合射频分系统、侦察处理分系统和显示控制分系统组成，其中，所述侦察处理分系统的FPGA模块包括AD采集模块、数据存储模块、瞬时参数测量模块、DDS模块、自适应滤波模块，其特征在于，步骤包括：

1)所述显示控制分系统配置侦察接收通道参数，控制实现瞬时自适应侦察模式；

2)外部电磁环境和信号通过射频接口注入所述综合射频分系统；

3)射频信号经过放大滤波，得到中频信号后发送至所述侦察处理分系统；

4)所述侦察处理分系统的FPGA模块对所接收到的信号进行缓存，采用FFT结合数字信号化瞬时参数测量，同步引导信号自适应滤波的方法对所接收到的信号进行处理，得出处理结果并将处理结果发送至所述显示控制分系统；

5)所述显示控制分系统接收处理结果后进行判断，并输出判断结果；通过测频结果引导DDS模块设置本振，同时通过瞬时带宽测量结果引导信号自适应接收；

所述信号为雷达信号时，所述侦察处理分系统的FPGA模块对所接收到的信号进行侦查的方法，步骤为：

1)所述侦察处理分系统的FPGA模块对所接收的雷达信号进行检测，完成RF、PW、TOA、PA、DOA参数的测量，将全部通道的测量参数相互组合完成，形成一组RF、PW、TOA、PA、DOA电子参数；

2)对获得全部电子参数进行分选，提取PRI参数，形成每个辐射源的PDW参数，发送至所述显示控制分系统；

3)在辐射源参数库的支持下，所述显示控制分系统对辐射源信号进行匹配识别，并显示电子参数、识别结果和威胁等级；

所述信号为通信信号时，所述侦察处理分系统的FPGA模块对所接收到的信号进行侦查的方法，步骤为：

1)所述侦察处理分系统的FPGA模块对所接收的通信信号进行分析、存储、参数测量、数字下混频、自适应滤波，然后进一步完成调制样式识别解调，得到二进制数据流，同时将信号频域和时域分析结果发送到所述显示控制分系统；

2)所述显示控制分系统对通信信号进行协议分析，参考通信信号库，判决输出通信目标类型。

2.根据权利要求1所述的基于数字信道化瞬时参数测量的侦察系统自适应接收方法，其特征在于，对于突发通信系统，所述侦察处理分系统的FPGA模块完成RF、PW、TOA、PA、DOA参数的测量，将全部通道的测量参数相互组合完成，形成一组RF、PW、TOA、PA、DOA电子参数并发送至所述显示控制分系统。

3.根据权利要求1所述的基于数字信道化瞬时参数测量的侦察系统自适应接收方法，其特征在于，通过所述FPGA模块内部存储资源或外部存储器实现对采集数据进行缓存。

4.根据权利要求1所述的基于数字信道化瞬时参数测量的侦察系统自适应接收方法，其特征在于，在数据缓存的同时，通过FFT结合数字信道化实现信号中心载频和带宽测量，其中FFT实现信号参数普查，数字信道化实现对信号详查。

5.根据权利要求1所述的基于数字信道化瞬时参数测量的侦察系统自适应接收方法，其特征在于，通过延时控制逻辑确保当前实时测量的参数与当前从存储器中读取的信号对应一致。

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