CN112003803A - 一种vhf、uhf频段航空电台信号的侦收设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种VHF、UHF频段航空电台信号的侦收设备，该设备通过控制射频接收前端产生本振信号对航空电台信号进行混频得到中频信号，作正交下变频得到第一基带I/Q信号，作FFT后利用CORDIC算法将复信号变换为实信号，作滑动平均处理，获取自适应门限；比对实信号与自适应门限得到侦测频点；对4路不同中心频率的中频信号进行采样，对侦测频点对应的采样信号进行正交数字下变频得到第二基带I/Q信号；根据第二基带I/Q信号，提取瞬时参数，选取适当门限值，分选出AM、FM调制方式，对AM解调数据，再做调制识别，提取特征参数，选取适当门限值，判决是否是MSK调制。本发明能够准确解调航空电台信号。

Description

一种VHF、UHF频段航空电台信号的侦收设备

技术领域

本发明涉及信号侦测技术领域，特别是涉及一种VHF、UHF频段航空电台信号的侦收设备。

背景技术

在非协作通信领域，想要侦收对方的通信数据内容，首先需要侦测到通信频点、带宽与调制方式，然后对接收信号进行解调。VHF、UHF频段航空电台信号传输的内容包括话音数据和报文数据，其中话音数据采用的调制方式主要是AM与FM；报文数据则是通过ACARS信号传输，其调制方式为MSK调制加AM调制。所以，调制方式识别类型包括AM、FM、MSK，信号解调包括AM解调、FM解调、ACARS信号解调。

在通信频点、带宽侦测方面，信道化时域检测技术存在带宽估计偏小、实施复杂等问题。传统的幅度门限估计易受到信号特征影响，不能够很好的适应通信环境、噪声变化的干扰。目前提出的调制方式识别方法，在针对单一调制方式识别时准确率较高，但针对多种模拟、数字调制方式同时识别时准确率下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种VHF、UHF频段航空电台信号的侦收设备，能够准确解调航空电台信号。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种VHF、UHF频段航空电台信号的侦收设备，包括射频接收前端、频点侦测模块、信号预处理模块、调制识别模块和信号解调模块；

所述射频接收前端包括射频接收单元、第一信号产生单元、第二信号产生单元、第三信号产生单元、第四信号产生单元、第五信号产生单元和混频单元；

所述射频接收单元用于接收VHF/UHF频段的航空电台信号；

所述第一信号产生单元用于产生第一本振信号；

所述第二信号产生单元、第三信号产生单元、第四信号产生单元和第五信号产生单元分别用于产生第二本振信号、第三本振信号、第四本振信号和第五本振信号，其中，第二本振信号的频率为127MHz、第三本振信号的频率为250MHz、第四本振信号的频率为310MHz、第五本振信号的频率为370MHz；

所述混频单元用于将航空电台信号分别与第一本振信号、第二本振信号、第三本振信号、第四本振信号和第五本振信号进行混频得到第一中频信号、第二中频信号、第三中频信号、第四中频信号和第五中频信号、；

所述频点侦测模块包括本振信号控制单元、第一信号采样单元和频点侦测单元；

所述本振信号控制单元用于每隔单位时间控制第一信号产生单元产生所述第一本振信号，其中，所述第一本振信号每次产生时，其频率从VHF/UHF频段内的最低频率开始以预定频率递增到最高频率，并且递增至最高频率后，再次从最低频率循环递增；

所述第一信号采样单元用于对所述第一中频信号进行采样得到第一中频采样信号；

所述频点侦测单元用于对所述第一中频采样信号依次进行带通滤波、正交下变频、低通滤波得到第一基带I/Q信号，对所述第一基带I/Q信号抽取滤波后进行65536点FFT得到65536点的复信号，利用CORDIC算法将所述复信号变换为实信号，对所述实信号进行滑动平均处理得到平滑信号，将所述平滑信号与预定参数值相加后得到自适应门限，将所述实信号与所述自适应门限进行比对，得到所述实信号与自适应门限的两个相邻交叉点所对应的第一交叉频率值和第二交叉频率值，计算所述第一交叉频率值和第二交叉频率值的均值得到侦测频点；

所述信号预处理模块包括4路第二信号采样单元和信号预处理单元；

所述4路第二信号采样单元分别用于对所述第二中频信号、第三中频信号、第四中频信号和第五中频信号进行采样得到4路不同中心频率的第二中频采样信号，其中，1路信号采样单元的采样频段为118MHz～136MHz，中心频率为127MHz；1路信号采样单元的采样频段为220MHz～280MHz，中心频率为250MHz；1路信号采样单元的采样频段为280MHz～340MHz，中心频率为310MHz；1路信号采样单元的采样频段为340MHz～400MHz，中心频率为370MHz；

所述信号预处理单元用于获取所述侦测频点对应的第二中频采样信号作为待解调信号，对所述待解调信号依次进行正交数字下变频、高频分量滤除、逐级抽取滤波得到预设采样率的第二基带I/Q信号；

所述调制识别模块包括第一参数计算单元、第一比对单元、第一调制识别单元、第二参数计算单元、第二比对单元和第二调制识别单元；

所述第一参数计算单元用于从所述第二基带I/Q信号中提取出瞬时参数，根据所述瞬时参数计算得到归一化零中心瞬时幅度的谱密度最大值、频谱对称性、归一化零中心瞬时幅度的紧致性；

所述第一比对单元用于将所述谱密度最大值与第一分类门限值、将所述频谱对称性与第二分类门限值、将所述紧致性与第三分类门限值分别进行比对；

所述第一调制识别单元用于在所述谱密度最大值大于第一分类门限值、所述频谱对称性大于第二分类门限值且所述紧致性大于第三分类门限值时，将所述航空电台信号的调制方式识别为AM调制方式，在判定为其他结果时，将所述航空电台信号的调制方式识别为FM调制方式；

所述第二参数计算单元用于在所述第一调制识别单元选择AM调制方式时，对所述航空电台信号进行AM解调得到AM解调数据，并从AM解调数据中提取出归一化零中心瞬时幅度的谱密度最大值、频谱对称性、归一化零中心瞬时幅度的紧致性；

所述第二比对单元用于将所述第二比对单元提取出的谱密度最大值、频谱对称性和紧致性分别与第一解调门限值、第二解调门限值和第三解调门限值进行比对；

所述第二调制识别单元用于在所述第二比对单元提取出的谱密度最大值、频谱对称性和紧致性分别小于第一解调门限值、第二解调门限值和第三解调门限值时，将所述航空电台信号的调制方式识别为MSK调制方式，在判定为其他结果时，将航空电台信号的调制方式识别为AM调制方式；

所述信号解调模块用于根据所述AM调制方式对所述待解调信号进行AM解调得到语音数据、根据所述MSK调制方式对所述待解调信号进行ACARS信号解调得到报文数据，或者根据所述FM调制方式对所述待解调信号进行FM解调得到语音数据。

优选的，所述预设频率为10MHz。

优选的，所述侦收设备还包括话音播放模块；

所述话音播放模块用于将解调得到的话音数据进行语音播放。

优选的，所述预设采样率为480Ksps，所述话音播放模块进行语音播放的播放速率为48Ksps。

优选的，所述侦收设备还包括显示模块；

所述显示模块用于显示侦测频点、调制方式以及解调得到的报文数据。

优选的，所述频点侦测单元还用于计算所述第一交叉频率值和第二交叉频率值的差值的绝对值得到侦测带宽；

所述显示模块还用于显示所述侦测带宽。

区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：能够有效侦测VHF/UHF频段的航空电台的通信频点、带宽等信息。利用调制方式自动识别技术，能够获取航空电台信号的调制方式，根据侦测的通信频点、带宽以及调制方式，就能够对航空电台信号进行解调，获取话音数据和报文数据，从而能够准确解调航空电台信号，可以对指定空域航空电台信号实施全天候实时侦测，实现在非协作通信下对航空电台信号的盲识别与盲侦收。

附图说明

图1是本发明实施例的VHF、UHF频段航空电台信号的侦收设备的原理框图；

图2是本发明实施例的侦收设备识别航空电台信号的调制方式的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，本发明实施例的VHF、UHF频段航空电台信号的侦收设备包括射频接收前端10、频点侦测模块20、信号预处理模块30、调制识别模块40和信号解调模块50；

射频接收前端10包括射频接收单元11、第一信号产生单元12、第二信号产生单元13、第三信号产生单元14、第四信号产生单元15、第五信号产生单元16和混频单元17；

射频接收单元11用于接收VHF/UHF频段的航空电台信号；

第一信号产生单元12用于产生第一本振信号；

第二信号产生单元13、第三信号产生单元14、第四信号产生单元15和第五信号产生单元16分别用于产生第二本振信号、第三本振信号、第四本振信号和第五本振信号，其中，第二本振信号的频率为127MHz、第三本振信号的频率为250MHz、第四本振信号的频率为310MHz、第五本振信号的频率为370MHz；

混频单元17用于将航空电台信号分别与第一本振信号、第二本振信号、第三本振信号、第四本振信号和第五本振信号进行混频得到第一中频信号、第二中频信号、第三中频信号、第四中频信号和第五中频信号。

频点侦测模块20包括本振信号控制单元21、第一信号采样单元22和频点侦测单元23；

本振信号控制单元21用于每隔单位时间控制第一信号产生单元12产生第一本振信号，其中，第一本振信号每次产生时，其频率从VHF/UHF频段内的最低频率开始以预定频率递增到最高频率，并且递增至最高频率后，再次从最低频率循环递增；在本实施例中，预设频率为10MHz。VHF频段为118MHz～136MHz，UHF频段是指225MHz～400MHz，那么第一本振信号首次产生时，频率为118MHz，第二次产生时，频率为128MHz，第三次产生时，频率为138MHz，第四次产生时，则频率过渡到UHF频段，频率为225MHz，……，第N次产生时，频率为405MHz，然后，第一本振信号下次产生时，频率再次变为118MHz，并且仍然以10MHz递增。

第一信号采样单元22用于对第一中频信号进行采样得到第一中频采样信号；

频点侦测单元23用于对第一中频采样信号依次进行带通滤波、正交下变频、低通滤波得到第一基带I/Q信号，对第一基带I/Q信号抽取滤波后进行65536点FFT得到65536点的复信号，利用CORDIC算法将复信号变换为实信号，对实信号进行滑动平均处理得到平滑信号，将平滑信号与预定参数值相加后得到自适应门限，将实信号与自适应门限进行比对，得到实信号与自适应门限的两个相邻交叉点所对应的第一交叉频率值和第二交叉频率值，计算第一交叉频率值和第二交叉频率值的均值得到侦测频点。其中，滑动平均处理的过称为选取预定长度的窗口，从第1点开始移动到第65536点，在移动过程中，将窗口内的所有点做算术平均。

信号预处理模块30包括4路第二信号采样单元31、32、33、34和信号预处理单元35；

4路第二信号采样单元31、32、33、34分别用于对第二中频信号、第三中频信号、第四中频信号和第五中频信号进行采样得到4路不同中心频率的第二中频采样信号，其中，1路信号采样单元31的采样频段为118MHz～136MHz，中心频率为127MHz；1路信号采样单元32的采样频段为220MHz～280MHz，中心频率为250MHz；1路信号采样单元33的采样频段为280MHz～340MHz，中心频率为310MHz；1路信号采样单元34的采样频段为340MHz～400MHz，中心频率为370MHz；

信号预处理单元35用于获取侦测频点对应的第二中频采样信号作为待解调信号，对待解调信号依次进行正交数字下变频、高频分量滤除、逐级抽取滤波得到预设采样率的第二基带I/Q信号。

调制识别模块40包括第一参数计算单元41、第一比对单元42、第一调制识别单元43、第二参数计算单元44、第二比对单元45和第二调制识别单元46；

第一参数计算单元41用于从第二基带I/Q信号中提取出瞬时参数，根据瞬时参数计算得到归一化零中心瞬时幅度的谱密度最大值、频谱对称性、归一化零中心瞬时幅度的紧致性；其中，瞬时参数包括瞬时幅度、瞬时频率、瞬时相位。

第一比对单元42用于将谱密度最大值与第一分类门限值、将频谱对称性与第二分类门限值、将紧致性与第三分类门限值分别进行比对；

第一调制识别单元43用于在谱密度最大值超过第一分类门限值、频谱对称性超过第二分类门限值且紧致性超过第三分类门限值时，将航空电台信号的调制方式识别为AM调制方式，在判定为其他结果时，将航空电台信号的调制方式识别为FM调制方式；

第二参数计算单元44用于在第一调制识别单元选择AM调制方式时，对航空电台信号进行AM解调得到AM解调数据，并从AM解调数据中提取出归一化零中心瞬时幅度的谱密度最大值、频谱对称性、归一化零中心瞬时幅度的紧致性；

第二比对单元45用于将第二参数计算单元44提取出的谱密度最大值、频谱对称性和紧致性分别与第一解调门限值、第二解调门限值和第三解调门限值进行比对；

第二调制识别单元46用于在第二参数计算单元44提取出的谱密度最大值、频谱对称性和紧致性分别大于第一解调门限值、第二解调门限值和第三解调门限值时，将航空电台信号的调制方式识别为MSK调制方式，在判定为其他结果时，将航空电台信号的调制方式识别为AM调制方式。

如图2所示，是侦收设备识别航空电台信号的调制方式的流程，也就是调制识别模块40的工作流程，其中，谱密度最大值以gama_max1表示、频谱对称性以P1表示、归一化零中心瞬时幅度的紧致性以mu_42a1表示；第一分类门限值以t_gama_max1表示，第二分类门限值以t_P1表示，第三分类门限值以t_mu_42a1表示；第二参数计算单元44提取出的谱密度最大值、频谱对称性和紧致性分别以gama_max2、P2、mu_42a2表示；第一解调门限值、第二解调门限值和第三解调门限值分别以t_gama_max2、t_P2、t_mu_42a2表示。

首先，判断gama_max1＞t_gama_max1、P1＞t_P1、mu_42a1＞t_mu_42a1是否同时满足，如果同时满足，则识别为AM调制方式，否则识别为FM调制方式。

然后，如果识别为AM调制方式，再次判断gama_max2＜t_gama_max2、P2＜t_P2、mu_42a2＜t_mu_42a2是否同时满足，如果同时满足，则识别为MSK调制方式，否则仍然识别为AM调制方式。

信号解调模块50用于根据AM调制方式对待解调信号进行AM解调得到语音数据、根据MSK调制方式对待解调信号进行ACARS信号解调得到报文数据，或者根据FM调制方式对待解调信号进行FM解调得到语音数据。

在本实施例中，侦收设备还包括话音播放模块60和显示模块70。

话音播放模块60用于将解调得到的话音数据进行语音播放。显示模块70用于显示侦测频点、调制方式以及解调得到的报文数据。

进一步的，预设采样率为480Ksps，话音播放模块60进行语音播放的播放速率为48Ksps。

频点侦测单元23还用于计算第一交叉频率值和第二交叉频率值的差值的绝对值得到侦测带宽；显示模块70还用于显示侦测带宽。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (6)

1.一种VHF、UHF频段航空电台信号的侦收设备，其特征在于，包括射频接收前端、频点侦测模块、信号预处理模块、调制识别模块和信号解调模块；

所述射频接收前端包括射频接收单元、第一信号产生单元、第二信号产生单元、第三信号产生单元、第四信号产生单元、第五信号产生单元和混频单元；

所述射频接收单元用于接收VHF/UHF频段的航空电台信号；

所述第一信号产生单元用于产生第一本振信号；

所述第二信号产生单元、第三信号产生单元、第四信号产生单元和第五信号产生单元分别用于产生第二本振信号、第三本振信号、第四本振信号和第五本振信号，其中，第二本振信号的频率为127MHz、第三本振信号的频率为250MHz、第四本振信号的频率为310MHz、第五本振信号的频率为370MHz；

所述混频单元用于将航空电台信号分别与第一本振信号、第二本振信号、第三本振信号、第四本振信号和第五本振信号进行混频得到第一中频信号、第二中频信号、第三中频信号、第四中频信号和第五中频信号；

所述频点侦测模块包括本振信号控制单元、第一信号采样单元和频点侦测单元；

所述本振信号控制单元用于每隔单位时间控制第一信号产生单元产生所述第一本振信号，其中，所述第一本振信号每次产生时，其频率从VHF/UHF频段内的最低频率开始以预定频率递增到最高频率，并且递增至最高频率后，再次从最低频率循环递增；

所述第一信号采样单元用于对所述第一中频信号进行采样得到第一中频采样信号；

所述频点侦测单元用于对所述第一中频采样信号依次进行带通滤波、正交下变频、低通滤波得到第一基带I/Q信号，对所述第一基带I/Q信号抽取滤波后进行65536点FFT得到65536点的复信号，利用CORDIC算法将所述复信号变换为实信号，对所述实信号进行滑动平均处理得到平滑信号，将所述平滑信号与预定参数值相加后得到自适应门限，将所述实信号与所述自适应门限进行比对，得到所述实信号与自适应门限的两个相邻交叉点所对应的第一交叉频率值和第二交叉频率值，计算所述第一交叉频率值和第二交叉频率值的均值得到侦测频点；

所述信号预处理模块包括4路第二信号采样单元和信号预处理单元；

所述4路第二信号采样单元分别用于对所述第二中频信号、第三中频信号、第四中频信号和第五中频信号进行采样得到4路不同中心频率的第二中频采样信号，其中，1路信号采样单元的采样频段为118MHz～136MHz，中心频率为127MHz；1路信号采样单元的采样频段为220MHz～280MHz，中心频率为250MHz；1路信号采样单元的采样频段为280MHz～340MHz，中心频率为310MHz；1路信号采样单元的采样频段为340MHz～400MHz，中心频率为370MHz；

所述信号预处理单元用于获取所述侦测频点对应的第二中频采样信号作为待解调信号，对所述待解调信号依次进行正交数字下变频、高频分量滤除、逐级抽取滤波得到预设采样率的第二基带I/Q信号；

所述调制识别模块包括第一参数计算单元、第一比对单元、第一调制识别单元、第二参数计算单元、第二比对单元和第二调制识别单元；

所述第一参数计算单元用于从所述第二基带I/Q信号中提取出瞬时参数，根据所述瞬时参数计算得到归一化零中心瞬时幅度的谱密度最大值、频谱对称性、归一化零中心瞬时幅度的紧致性；

所述第一比对单元用于将所述谱密度最大值与第一分类门限值、将所述频谱对称性与第二分类门限值、将所述紧致性与第三分类门限值分别进行比对；

所述第一调制识别单元用于在所述谱密度最大值大于第一分类门限值、所述频谱对称性大于第二分类门限值且所述紧致性大于第三分类门限值时，将所述航空电台信号的调制方式识别为AM调制方式，在判定为其他结果时，将所述航空电台信号的调制方式识别为FM调制方式；

所述第二参数计算单元用于在所述第一调制识别单元选择AM调制方式时，对所述航空电台信号进行AM解调得到AM解调数据，并从AM解调数据中提取出归一化零中心瞬时幅度的谱密度最大值、频谱对称性、归一化零中心瞬时幅度的紧致性；

所述第二比对单元用于将所述第二比对单元提取出的谱密度最大值、频谱对称性和紧致性分别与第一解调门限值、第二解调门限值和第三解调门限值进行比对；

所述第二调制识别单元用于在所述第二比对单元提取出的谱密度最大值、频谱对称性和紧致性分别小于第一解调门限值、第二解调门限值和第三解调门限值时，将所述航空电台信号的调制方式识别为MSK调制方式，在判定为其他结果时，将航空电台信号的调制方式识别为AM调制方式；

所述信号解调模块用于根据所述AM调制方式对所述待解调信号进行AM解调得到语音数据、根据所述MSK调制方式对所述待解调信号进行ACARS信号解调得到报文数据，或者根据所述FM调制方式对所述待解调信号进行FM解调得到语音数据。

2.根据权利要求1所述的侦收设备，其特征在于，所述预设频率为10MHz。

3.根据权利要求1所述的侦收设备，其特征在于，所述侦收设备还包括话音播放模块；

所述话音播放模块用于将解调得到的话音数据进行语音播放。

4.根据权利要求3所述的侦收设备，其特征在于，所述预设采样率为480Ksps，所述话音播放模块进行语音播放的播放速率为48Ksps。

5.根据权利要求1所述的侦收设备，其特征在于，所述侦收设备还包括显示模块；

所述显示模块用于显示侦测频点、调制方式以及解调得到的报文数据。

6.根据权利要求4所述的侦收设备，其特征在于，所述频点侦测单元还用于计算所述第一交叉频率值和第二交叉频率值的差值的绝对值得到侦测带宽；

所述显示模块还用于显示所述侦测带宽。

Images