CN112187316A - 信号处理方法、装置、接收机及存储介质 - Google Patents

信号处理方法、装置、接收机及存储介质 Download PDF

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frequency
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discrete wavelet
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方棉佳
王国宏
杨立明
李泽
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Abstract

本发明提供一种信号处理方法、装置、接收机及存储介质，属于非协作方的通信监测技术领域。该方法包括：通过对接收的射频信号对应的中频信号，进行正交变换，得到正交信号；对正交信号进行滑动处理，得到滑动信号，并确定滑动信号中的跳频信号；对跳频信号进行离散小波变换，并根据离散小波变换后的信号计算跳频信号的跳频参数。通过基于滑动处理与离散小波变换相结合，滑动处理先检测出跳频信号，再通过离散小波变换处理，对跳频信号的参数进行计算，可以在瑞利衰落信道中低信噪比的情况下实现对跳频信号检测和参数计算。

Description

信号处理方法、装置、接收机及存储介质
技术领域
本申请涉及非协作方的通信监测技术领域，具体而言，涉及一种信号处理方法、装置、接收机及存储介质。
背景技术
跳频通信是扩频通信的实现方式之一，跳频通信一般由频率合成器、跳频序列发生器和同步器共同组成，发射信号频率根据伪随机序列进行跳变，接收机按照同样的信号参数与跳频序列来控制本振频率进行同步接收以实现解跳。
现有技术中，针对于非合作情况下跳频信号的分析，采用对接收信号进行时域分析得到时频脊线,选取一阶差分跳频拟合进行估计，确定跳频信号参数。
但是，现有技术中该方法只能实现对跳频信号参数的初步估计不适用于瑞利衰减信道，无法实现对跳频信号的检测，且初步估计得到的跳频参数的精度低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种信号处理方法、装置、接收机及存储介质，可以解决现有技术中跳频参数的精度低的问题。本发明的实施例是这样实现的：
本发明实施例提供一种信号处理方法，所述方法包括：
对接收的射频信号对应的中频信号，进行正交变换，得到正交信号；
对所述正交信号进行滑动处理，得到滑动信号，并确定所述滑动信号中的跳频信号；
对所述跳频信号进行离散小波变换，并根据所述离散小波变换后的信号计算所述跳频信号的跳频参数。
可选的，所述对接收的射频信号对应的中频信号，进行正交变换之前，所述方法还包括：
对所述射频信号进行数字采样，得到数字采样信号；
根据预设的频点数，对所述数字采样信号进行下变频处理；
根据预设的滤波带宽，确定对所述数字采样信号进行带通滤波，得到所述中频信号。
可选的，所述预设的频点数大于所述跳频带宽的一半频点数；所述滤波带宽为所述跳频带宽的预设倍数。
可选的，所述对所述正交信号进行滑动处理，得到滑动信号，包括：
对所述正交信号进行中值滤波；
对所述中值滤波后的信号进行滑动处理，得到所述滑动信号。
可选的，所述确定所述滑动信号中的跳频信号，包括：
对所述滑动信号进行峰值功率采样，确定所述滑动信号中的峰值功率；
将所述滑动信号中峰值功率大于或等于预设功率阈值的信号，确定为所述跳频信号。
可选的，所述对所述跳频信号进行离散小波变换，并根据所述离散小波变换后的信号计算所述跳频信号的跳频参数，包括：
采用离散小波变换，对所述跳频信号进行多个尺度的离散小波变换；
根据所述多个尺度的离散小波变换后的信号，计算所述跳频信号的跳频参数。
可选的，所述跳频参数包括如下至少一个参数：跳频周期、跳频频率、跳频时刻。
本发明实施例另一方面还提供一种信号处理装置，所述装置包括：
变换模块，用于对接收的射频信号对应的中频信号，进行正交变换，得到正交信号；
确定模块，用于对所述正交信号进行滑动处理，得到滑动信号，并确定所述滑动信号中的跳频信号；
计算模块，用于对所述跳频信号进行离散小波变换，并根据所述离散小波变换后的信号计算所述跳频信号的跳频参数。
可选的，所述装置还包括：
采样模块，用于对所述射频信号进行数字采样，得到数字采样信号；
处理模块，用于根据预设的频点数，对所述数字采样信号进行下变频处理；
获取模块，用于根据预设的滤波带宽，确定对所述数字采样信号进行带通滤波，得到所述中频信号。
可选的，所述预设的频点数大于所述跳频带宽的一半频点数；所述滤波带宽为所述跳频带宽的预设倍数。
可选的，所述确定模块，具体用于对所述正交信号进行中值滤波；对所述中值滤波后的信号进行滑动处理，得到所述滑动信号。
可选的，所述确定模块具体用于对所述滑动信号进行峰值功率采样，确定所述滑动信号中的峰值功率；将所述滑动信号中峰值功率大于或等于预设功率阈值的信号，确定为所述跳频信号。
可选的，所述计算模块，具体用于采用离散小波变换，对所述跳频信号进行多个尺度的离散小波变换；根据所述多个尺度的离散小波变换后的信号，计算所述跳频信号的跳频参数。
可选的，所述跳频参数包括如下至少一个参数：跳频周期、跳频频率、跳频时刻。
在本发明实施例另一方面还提供一种接收机，包括：存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述一种信号处理方法的步骤。
在本发明实施例另一方面还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现上述一种信号处理方法的步骤。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供的一种信号处理方法、装置、接收机及存储介质，通过对接收的射频信号对应的中频信号，进行正交变换，得到正交信号；对正交信号进行滑动处理，得到滑动信号，并确定滑动信号中的跳频信号；对跳频信号进行离散小波变换，并根据离散小波变换后的信号计算跳频信号的跳频参数。通过基于滑动处理与离散小波变换相结合，滑动处理先检测出跳频信号，再通过小波变换处理，对跳频信号的参数进行计算，可以在瑞利衰落信道中低信噪比的情况下实现对跳频信号检测和参数计算。在瑞利衰落信道中，信号受信道衰落的影响，其统计特性也会发生变化，调制信号的分布特性会受到破坏，给调制识别带来难度，因此，许多传统的基于最大似然判决的识别方法不再适用；在瑞利衰落信道下，会导致出现的多径时延也会对信号的自相关性造成很大影响，造成过去采取直接自相关的算法无法再实现识别，因此必须对调制识别思路进行改进，本发明实施例提供的基于滑动处理结合离散小波变换的方法，从利用单一的检测估计手段扩展到了信号处理的融合思路，能够很好的抵抗多径时延带来的影响；另一方面，离散小波变换是时间(空间)频率的局部化分析，它能对信号(函数)进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分，低频处频率细分，自动适应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信号的任意细节，达到从低信噪比环境中提取出更多跳频信号特征的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种跳频通信系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种信号处理方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种信号处理方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种信号处理方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种信号处理方法的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种跳频信号检测的峰值功率示意图；
图7为本发明实施例提供的一种信号处理方法的流程示意图；
图8为本发明实施例提供的一种信号处理方法的检测性能仿真曲线图；
图9为本发明实施例提供的一种跳频信号参数确定的性能曲线对比图；
图10为本发明实施例提供的一种信号处理装置的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种信号处理装置的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的一种接收机的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
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。
随着无线通信技术的迅速发展，有限的频谱资源愈发紧张，信道中噪声干扰增加，如何在复杂恶劣的场景下迅速准确的完成通信信号处理，作为一个时代的挑战。跳频信号具有良好的抗干扰、高频谱利用率、不易截获等特点，下述通过多个实施例，对跳频信号的处理进行详细分析介绍。
图1为本发明实施例提供的一种跳频通信系统的结构示意图，该跳频通信系统包括：发送端和101接收端102。
其中，发送端101和接收端102均可以包括信息调制器、跳频调制器、频率合成器、伪随机码发生器(跳频序列发生器)和同步器(时钟)；发送端101和接收端102之间通过无线电通信，跳频序列发生器用于控制跳频频率表和跳频序列。
发送端101将信息数据通过信息调制器经适当的编码后成为Bd的基带信号，再通过跳频调制器对Bd的基带信号进行载波调制。载波调制时，载波频率受伪随机码发生器控制在带宽为BSS(BSS远大于Bd)的频带内随机跳变，实现基带信号带宽Bd扩展到发送端101发送信号所使用的带宽BSS的频谱扩展。产生跳变载波的频率合成器受伪随机序列(跳频序列、跳频频率表)控制，使载波频率随跳频序列的序列值改变而改变。跳频序列的码元宽度为Tc，每间隔时间Tc，频率合成器的输出载波频率跳变一次。发送端101将跳频解调器处理后的得到的射频信号通过无线电发送至接收端102。
接收端102对接收到的射频信号按照同样的信号参数与跳频序列来控制本振频率进行同步接收以实现解跳。
具体可以通过对射频信号进行解调处理，可以提取跳频同步信号，使得接收端102(本机)伪随机序列控制的频率跳变与接收到的跳频信号同步，得到被同步的本地载波，通过载波解调获得携带有信息的中频信号，从而根据中频信号获得发送端101发送的信息。
跳频通信主要应用在协作情况下的跳频信号分析和非协作情况下跳频信号的分析，其中，在协作情况下的跳频信号分析的工作原理是指发送端101和接收端102传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式；而对于非协作方式中接收端102无法获知跳频图案，因此，需要对发送端101发送的射频信号全部接收，对射频信号进行处理进一步提取跳频信号。
需要说明的是，发送端101在时钟(同步器)的控制下，伪随机码发生器产生伪随机序列去控制频率合成器生成跳频载波序列，称做跳频图案，接收端102接收的跳频载波序列若与本地产生的跳频序列图案一致，则经处理后可得到一个中频信号，再经解调获得输出。若外来的跳频图案与本地图案不一致，则得不到一个固定的中频信号，解调后只是一些噪声而得不到有用的输出。因此通过同步器使得时间同步是跳频通信的关键。
在非协作情况下复杂电磁环境比如瑞利衰落信道中，各中信号密集出现且出现容易受到瑞利信道衰落的影响，如何克服在瑞利衰落信道中复杂信道环境的影响，实现对跳频信号检测和参数的确定具有十分重要的意义。
如下通过多个实施例解释在非协作方式下在瑞利衰落信道中信号处理方法进行详细的解释说明。
图2为本发明实施例提供一种信号处理方法的流程示意图，应用于上述跳频通信系统中的接收端，该方法包括：
S201、对接收的射频信号对应的中频信号，进行正交变换，得到正交信号。
需要说明的是。在数字通信的情况下，正交变换可以在处理信号时使得有效带宽减少一半，进而对于AD(模拟信号-数字信号)的采样率要求，FFT(fast Fouriertransform，快速傅里叶变换)的处理能力等都有改善。正交变换使得信号的实部和虚部为正交的复数形式，它的实部和虚部是正交变换对，也即希尔伯特变换对，实部分量与虚部分量呈90°夹角。
其中，对中频信号的正交变换有利于对信号进行分解，以便后续步骤中可以根据正交变换后得到的正交信号提取跳频信号的相关参数。
本发明实施例中，可以利用Hilbert(David Hilbert，希尔伯特)正交变换对该中频信号进行正交变换，可以得到正交信号。
需要指出的是，上述中频信号为对接收到的射频信号进行模数转换之后，并进行带通滤波之后得到的信号。
该经过正交变换的中频的跳频信号例如可以采用下述公式(1)表示：
Figure BDA0002716270860000071
其中，P表示该中频信号的信号功率，fn和θn分别表示跳频信号中第n个跳频载波的频率和相位，TH表示跳频时间，且αTH(0≤α≤1)表示该跳频信号中第一跳信号与接收端本振时钟之间的定时偏差。其中，该第一跳信号可以为该跳频信号中的第一个跳频载波。
该中频信号中除了包括跳频信号外，还包括：噪声信号，该噪声信号可表示为如下公式(2)：
Figure BDA0002716270860000072
其中，ωc表示得到中频信号所采用的带通滤波器的中心角频率。nI(t)，nQ(t)分别为该噪声信号的同相分量和正交分量，其nI(t)和nQ(t)的均值功率为0，nI(t)和nQ(t)的功率谱密度(Power Spectral Density，PSD)可以表示为下述公式(3)：
Figure BDA0002716270860000073
其中，
Figure BDA0002716270860000074
表示nI(t)的功率谱密度，
Figure BDA0002716270860000075
表示nQ(t)的功率谱密度，N0表示单边功率谱密度，WBF表示带通滤波器的带宽。
因此，接收端基于接收到的射频信号所得到的中频信号可以表示为：rbp(t)＝h·sbp(t)+nbp(t)，rbp(t)表示中频信号，sbp(t)表示中频信号中的跳频信号，nbp(t)表示中频信号中的带限噪声。其中，h表示瑞利衰落信道的增益系数。
瑞利衰落信道的概率密度函数可满足瑞利分布，其可以为如下公式(4)所示：
Figure BDA0002716270860000076
上述公式(4)中，ph(γ)表示该瑞利衰落信道的衰落包络。其中，σ为预设的常数，且σ>0，exp()表示指数函数，γ表示该概率密度函数中的变量。γ变量是一个自定义变量，是定义函数过程中对应的需要定义的自变量(所谓函数，就是一个量的变化导致与之建立了一定关系的另一个量发生了变化，通常引起变化的这个量为自变量)。
S202、对正交信号进行滑动处理，得到滑动信号，并确定滑动信号中的跳频信号。
需要说明的是，滑动相关的本质是接收信号在不同时延下的互相关值，滑动处理就是对相关峰进行检测，当检测到该峰值时，停止滑动。
在实际应用中，可通过对该正交信号进行卷积操作，实现对正交信号的滑动处理，得到该滑动信号。
由于中频信号包括跳频信号，和噪声信号，那么，对基于该中频信号得到的正交信号进行滑动处理之后，得到的滑动信号可表示为下述公式(5)：
Figure BDA0002716270860000081
其中，y(τ)为滑动信号，ySS表示跳频信号sbp(t)与其跳频信号sbp(t)自身进行卷积之后的信号分量，ySN表示跳频信号sbp(t)与噪声信号nbp(t)进行卷积之后的信号分量，yNS表示噪声信号nbp(t)与跳频信号sbp(t)进行卷积之后的信号分量，yNN表示噪声信号nbp(t)与噪声信号nbp(t)进行卷积之后的信号分量。
在信噪比大于0dB时，ySN、yNS和yNN分量都约等于0，则输入信号的相关估计函数还可由下式给出：
y(τ)＝ySS，y(τ)＝Sbp(TH-τ)cos(ωnτ) (6)
其中，ωn表示信号功率采样的角频率。
则相关处理后信号的功率采样可定义如下：
W(τ)＝y2(τ) (7)
则相关峰值功率采样的计算式如下所示：
WM(k)＝max(LPF(W(τ))) (8)
其中LPF表示低通滤波器函数；τ表示信号在时域轴上的时刻坐标(取值为小于滑动窗时间长度的任意值)，也即相关积分运算时的积分下限；TH表示滑动窗时间长度。
在得到该滑动信号中，可对该滑动信号进行功率采样，根据功率采样的结构，从该滑动信号中确定跳频信号。
S203、对跳频信号进行离散小波变换，并根据离散小波变换后的信号计算跳频信号的跳频参数。
对跳频信号进行离散小波变换的同一个时间分析窗N内，在没有发生跳变的时刻，由于相邻平移因子对应离散小波变换的小波系数的时间相关性极高，导致每一时刻都需要做变换，由于相邻的时间点做该变换存在极大的冗余时间，浪费了大量的计算时间，需要进行优化，因此，可以采用滑动处理初步判定跳频信号的出现区域，再根据离散小波变换分多级进行跳频信号的精确搜索并获取频率值，进而基于获取到的频率值计算该跳频信号的跳频参数。
为了进一步更好地抑制瑞利衰落信道中噪声影响，在确定该跳频信号之后，可以结合离散小波变换滤波器组增强检测性能，通过对该跳频信号进行离散小波变换，实现了正交变换和离散小波变换的结合，增强跳频参数的检测性能。
由于离散小波变换相对其它时频变换没有交叉干扰项，更适合于和滑动处理进行结合进行跳频信号的检测和参数的估计，是一种较佳的联合检测思路，其检测效率更佳。
综上所示，本发明实施例提供的一种信号处理方法，通过对接收的射频信号对应的中频信号，进行正交变换，得到正交信号；对正交信号进行滑动处理，得到滑动信号，并确定滑动信号中的跳频信号，对跳频信号进行离散小波变换，并根据离散小波变换后的信号计算跳频信号的跳频参数。通过基于滑动处理与小波变换相结合，滑动处理先检测出跳频信号，再通过离散小波变换处理，对跳频信号的参数进行计算，可以在瑞利衰落信道中低信噪比的情况下实现对跳频信号检测和参数计算。和过去的许多采用DFT矩形窗频谱的思路相比，小波函数均具有较强频谱带限能力，谱能量主要集中在主瓣，副瓣衰减得很快，可有效提高算法抗瑞利衰落信道影响的能力；另一方面，小波变换是一种广义的加窗傅里叶变换，它克服了傅里叶加窗变换不能同时兼顾时域和频域的分辨率的缺点，通过对母小波的伸缩和平移，能在不同时间和频率上自由缩放，满足瑞利衰落信道中存在多径干扰情况下的时频分析应用。
下述可以通过一具体实施例对接收的射频信号，进行正交变换之前的处理进行示例解释说明。
图3为本发明实施例提供一种信号处理方法的流程示意图，上述S201之前，该方法还可包括：
S301、对射频信号进行数字采样，得到数字采样信号。
由于非协作方式中接收端无法获知跳频图案，为了保证不遗漏重要的信号，接收端则可以将所有的频率的信号进行全部接收，得到射频信号。
跳频通信系统中，发射端采用跳频调制器调制波形时可以采用各种调制波形，但由于频率不断变化，接收端可以采用宽带的非相干或差分相干接收解调器对射频信号进行解调处理。跳频通信系统中发送端可以采用FHSS(Frequency-Hopping Spread Spectrum，跳频技术)/FSK(Frequency Shift keying，频移键控)或FHSS/PSK(Phase Shift keying，相位频移键控)调制方式进行调制波形。接收端所接收的射频信号的接收频率fn可以可由下述公式(6)计算得到：
fn＝fLO+fHOP+fD 公式(6)
其中，fLO表示该接收端的本振频率，fHOP表示该射频信号中跳频信号的跳频频率，fD表示该射频信号中调制数据的频率。
由于接收到的射频信号是模拟信号，为了便于后续步骤中对射频信号进行处理，则可以对射频信号进行数字采样处理。数字采样即ADC(模数转换器)采样可以将模拟信号转换为数字信号，最终可以得到数字采样信号，即数字离散信号。
需要说明的是，根据预设的跳频带宽，确定目标采样带宽，继而采用该目标采样带宽的ADC对该射频信号进行数字采样，得到数字采样信号。ADC采样过程需要满足信号带通采样定理，例如：该目标采样带宽例如可以大于或等于跳频带宽的两倍，采样带宽与跳频带宽的具体的系数可以根据实际应用进行设置，本发明实施例在此不作限制。
S302、根据预设的频点数，对数字采样信号进行下变频处理。
在跳频通信系统中，为了便于信号发送以及实现信道复用，传输的信号频率很高，因此，需要对信号的频率进行频率变换，根据频率变换前后的情况可以分为下变频(频率减少)和上变频(频率增加)，其中，上变频处理在发送端进行，下变频处理在接收端进行。
跳频带宽预先通过傅里叶变换进行频域估计。该预设的频点数可以基于该预设的跳频带宽进行确定。在一种可能的示例中，预设的频点数可大于跳频带宽的一半频点数，即进行下变频处理的频点位置包括该跳频带宽一半以上的频点位置。在信号频点位置上可以直接得到相应的频率值。
S303、根据预设的滤波带宽，确定对数字采样信号进行带通滤波，得到中频信号。
预设的滤波带宽可以基于该预设的跳频带宽进行确定。在一种可能的示例中，滤波带宽可以为跳频带宽的预设倍数，例如：该滤波器的带宽可以为跳频带宽的1.5倍。该滤波带宽与跳频带宽之间的具体倍数可以根据实际应用进行设置，本发明实施例对此不做限制。
该实施例提供的方案，可对接收到的射频信号得到的数字采样信号进行带通滤波，可滤除该数字采用信号中的背景噪声信号。采用该预设的滤波带宽对该数字采样信号进行带通滤波，可使得噪声的滤波效果更好；并且，采用跳频带宽的预设倍数的滤波带宽，可在进行噪声滤波的时候，尽可能避免对跳频信号的误滤除。
下述通过一个可能的实施例对正交变换得到的正交信号进行滑动处理，得到滑动信号，根据滑动信号如何确定跳频信号进行示例解释说明。
图4为本发明实施例提供一种信号处理方法的流程示意图，参考图4，上述S202可包括：
S401、对正交信号进行中值滤波。
具体地，该正交信号可以以信号序列的形式表示为xj(-∞<j<∞)，对该信号序列xj(-∞<j<∞)进行中值滤波处理时，可以预设一个长度为奇数的L长窗口，L＝2N+1，N为正整数。设在某一个时刻，窗口内的正交信号的样本值可为x(i-N)，…，x(i)，…，x(i+N)，其中x(i)为位于窗口内窗口中心的正交信号的样本值。对正交信号的L个样本值按预设顺序排列后，其L个样本值的中间位置i处的样值即为中值滤波的输出值。该预设顺序可以为从大到小的顺序，也可以为从小到大的顺序。
需要说明的是，在实际处理过程中运用中值滤波进行去噪，该中值滤波所采用的滤波器阶数可以为32阶的滤波器，可以使得相位包络形状从梯形变为半矩形，使得中值滤波后的信号集中在跳频时间内。
S402、对中值滤波后的信号进行滑动处理，得到滑动信号。
需要说明的是，滑动信号可以是通过信号自身表达式与其延时表达式进行相关计算得到的(相关计算是求取信号在时域中特性的平均度量，可以用来描述信号在一个时刻的取值与另一时刻取值的依赖关系)，具体计算表达式如公式(7)所示。
对瑞利衰落信道中跳频信号检测时，核心思想是采用滑动处理并结合离散小波变化进行检测的优化，在该步骤中对滑动处理在此详细解释说明。
公式(7)具体如下：
Figure BDA0002716270860000121
其中，y(τ)为滑动信号，ySS表示跳频信号sbp(t)与跳频信号sbp(t)自身进行卷积之后的信号分量，ySN表示跳频信号sbp(t)与噪声信号nbp(t)进行卷积之后的信号分量，yNS表示噪声信号nbp(t)与跳频信号sbp(t)进行卷积之后的信号分量，yNN表示噪声信号nbp(t)与噪声信号nbp(t)进行卷积之后的信号分量。
该实施例中，通过对正交信号进行中值滤波，可以滤除该正交信号中存在的脉冲型噪声，还可保护正交信号的边缘不被模糊，可保证基于正交信号得到滑动信号，继而基于滑动信号进行跳频信号的检测更准确。
下述可以通过一具体实施例，对确定滑动信号的跳频信号进行确定进行示例解释说明。图5为本发明实施例提供一种信号处理方法的流程示意图，参考图5，上述S202还可包括：
S501、对滑动信号进行峰值功率采样，确定滑动信号中的峰值功率。
在得到该滑动信号后，可对该滑动信号进行功率采样，根据功率采样的结果进行峰值功率采样，确定滑动信号中的峰值功率。
假设接收到的射频信号的信噪比大于0dB时，ySN、yNS和yNN分量都约等于0，则对该滑动信号还可以表示为下述公式(8)：
y(τ)＝ySS＝Sbp(TH-τ)cos(ωnτ) 公式(8)
其中，ωn表示对该滑动信号进行功率采样的角频率，则对该滑动信号采用下述公式(9)进行功率采样：
W(τ)＝y2(τ) 公式(9)
根据功率采样的结果，采用下述公式(10)进行峰值功率采样：
WM(k)＝max(LPF(W(τ))) 公式(10)
其中，WM(k)表示第k个峰值功率，k＝1,2,...,N，其中，LPF表示低通滤波函数。此处的WM(k)存在长度为N的缓存中，峰值功率在每个跳跃点的结束时刻将减小。
S502、将滑动信号中峰值功率大于或等于预设功率阈值的信号，确定为跳频信号。
该预设功率阈值可以为跳频信号的判决门限，其可以为预设设定的功率阈值，也可以基于峰值功率采样得到的各功率值计算得到。在一种可能的应用中，可基于该峰值功率采样得到的各功率值，如上述N个缓存中的功率值，计算标准差，并根据该标准差确定该预设功率阈值。
在实际应用中，可将该滑动信号的各峰值功率与预设功率阈值进行比较，当存在峰值功率大于或等于该预设功率阈值的峰值功率，则确定该滑动信号中存在跳频信号，继而将该滑动信号中，峰值功率大于或等于该预设功率阈值的信号确定为该跳频信号。
如下结合滑动信号的波形图进行示例说明。图6为本发明实施例提供的一种跳频信号检测的峰值功率示意图。如图6所示，当滑动信号中峰值功率中存在峰值功率大于等于预设功率阈值的信号，则可将该滑动信号中该预设功率阈值的信号可以确定为跳频信号。
通过滑动信号中峰值功率与预设功率阈值进行比较，得到比较结果，根据比较结果确定为跳频信号，实现了在低噪比情况下对跳频信号的正确检测，提高了对跳频信号检测的正确率。
下述通过一个可能的实施例对跳频信号进行小波变换，根据小波变换后的信号计算跳频信号的跳频参数进行示例解释说明：
图7为本发明实施例提供的一种信号处理方法的流程示意图，参考图7，上述S203还包括：
S601、采用离散小波变换，对跳频信号进行多个尺度的离散小波变换。
在本申请实施例中，该离散小波变换具有较优的时间-频率局部化特性，离散小波变换的处理过程可以表示为：
Figure BDA0002716270860000131
其中，ψ(t)表示小波母函数，t表示时间，T表示小波变换周期尺度，ω0表示小波变换角频率。e()表示指数函数。
在跳频信号的跳变范围内对跳频信号进行离散小波变换，可以得到小波系数Wf(a,b)，小波系数可以采用公式(11)表示：
Figure BDA0002716270860000141
其中，
Figure BDA0002716270860000142
表示小波母函数ψ的共轭。尺度参数a对应于频率，平移参数b对应于时间，采用离散小波变换对滑动处理后得到的跳频信号作多尺度变换，调整尺度参数a和平移参数b。
通过离散小波变换处理后的跳频信号在跳变周期内频率保持不变，每隔一个周期，跳频信号的频率则发生随机跳变。反映在小波系数中，则可以表示为平移参数b在一个跳变周期内，小波系数基本恒定；经过一跳变周期后，小波系数则发生变化。若平移参数b不变，考虑尺度参数a，在尺度参数a表示的频率与信号频率相同时，小波系数具有最大值。这是由于跳频信号和尺度参数不同的小波进行小波变换时，相当于通过不同频率的滤波器进行处理，若连续小波的函数的频率f等于跳频信号的频率，这种情况类似于匹配滤波，大大增强了去噪的能力。尺度参数a对应的小波系数有最大值。根据这个最大值对应的尺度参数a，由f＝f0/a，即可得到需要估计的信号频率。
为了更好的增强跳频信号的检测性能，可以选择离散小波变换对跳频信号进行分析。
对跳频信号的联合判决主要步骤说明如下：
1)在通过前述的滑动处理之后，可达到对信号的初步去噪声和初步检测的目的，然后再经过Haar离散小波变换处理，可得出一个转换矩阵，在该矩阵中，选择最大值作为检测统计量ZN，将与门限ZT进行比较判断(其中ZT具体用于下面的公式(12)中计算虚警概率，ZT根据实际工程经验值得到，通过实践大量测试本发明的取值范围为85～125。)；
2)通过计算参数确定门限Ci，其中
Figure BDA0002716270860000143
表示小波变换处理后的尺度系数计算量，kj表示对前式(10)中对平移参数b的离散化取值，Bi表示时间的离散化取值，由此更便于对采样点进行简化计算，且无需进行运算量较大的积分处理。对
Figure BDA0002716270860000144
的值实现归一化处理，导出对应不同平移因子k的不同尺度因子a的值，得到Ci。Ci是一随i变化的函数。根据相邻Ci组成的分区就可以精确提取瑞利信道中信号的主特征，各分区中的全部小波峰值(极大值)位置点则对应于其主要特征；
3)对Ci给出一定确定度
Figure BDA0002716270860000157
来判断平移因子的个数为多少，此处的确定度即为一个常数值的门限，用于数量判定，并不用于后续的代入与计算。
信号的检测概率Pd可根据下式推导计算：
Figure BDA0002716270860000151
其中R表示噪声矩阵观测量，与信噪比因素有关，其计算式为
Figure BDA0002716270860000152
Pfa表示虚警概率。
通过上述步骤，可以评估算法的效能，使得检测算法的处理过程闭环。即：先通过检测算法得到结果，并可由次评估出虚警概率，再根据该概率评估算法此时的性能，从而根据此处反馈调整检测算法的参数，例如门限Ci和ZT等。
在离散小波变换中由于Haar(哈尔)离散小波变换相对于其它类型的离散小波变换没有交叉干扰项，更适合于与滑动处理所采用的算法相结合，因此本申请实施例可以采用Haar离散小波变换对跳频信号进行处理。处理过程具体如下：
在计算跳频信号的瞬时相关函数后，作为输入，利用Haar离散小波系数对其进行分析和估计，跳频信号的瞬时自相关函数可以用公式(13)表示：
Figure BDA0002716270860000153
其中，rbp(t)表示中频信号，i表示提取的瞬时特征，t表示时间，τ表示延迟，也即有
Figure BDA0002716270860000154
并且在τ＝0时，有
Figure BDA0002716270860000155
它表示在t时刻跳频信号rbp的瞬时功率。将跳频信号划分为各小段，计算跳频信号中每个小段的瞬时自相关函数；瞬时相关函数是关于τ呈奇对称的。考虑到干扰项的因素，因此在计算跳频信号的实信号的瞬时自相关函数时，须采用Hilbert变换得到信号的解析形式可以用公式(14)表示：
Figure BDA0002716270860000156
其中Thop<T≤2Thop 公式(14)
继续求解，可以得到瞬时自相关函数，瞬时自相关函数可以采用公式(15)表示：
Figure BDA0002716270860000161
其中，t表示时间域上的时刻坐标，τ表示时间域上的延时量，u(t)表示瞬时自相关函数式的包络，Thop表示跳频周期，f1与f2表示频率分量，f1表示低频率分量，f2表示高频率分量，且f2-f1表示前面“S303”描述中提到的带宽。
通过采用Haar离散小波变换对经过滑动处理后的跳频信号进行多尺度变换，调整尺度参数和平移参数，获取的离散小波系数可以很好的反映跳频信号的细微特征，尺度参数表示时间，可以利用离散小波系数实现精细检测并估计出跳频周期和跳频频率。其中，对跳频周期的估计是通过Haar离散小波变换跳变点之间的时间差计算求取得到的；跳频频率的估计即是由前述f＝f0/a得到的。
由于Haar离散小波变换相对于其它类型的时频变换没有交叉干扰项，更适合与滑动处理相结合，是一种较佳的联合检测思路可以实现跳频信号的检测以及跳频信号参数的确定，在对跳频信号进行小波变换的同一个时间分析窗N内，在没有发生跳变的时刻，由于相邻平移因子对应小波变换的小波系数的时间相关性极高，导致每一时刻都需要做变换，由于相邻的时间点做该变换存在极大的冗余时间，浪费了大量的计算时间，需要进行优化，因此，可以采用滑动处理初步判定跳频信号的出现区域，再根据小波变换分多级进行跳频信号的精确搜索并获取频率值，进而基于获取到的频率值计算该跳频信号的跳频参数，提高了跳频信号检测的正确率以及跳频参数计算的准确度。通过瞬时自相关处理，可以在后续步骤中进一步地消除跳频信号中噪声的影响，可以进一步提取跳频参数的特征，提高了跳频参数计算的准确率。
S602、根据多个尺度的离散小波变换后的信号，计算跳频信号的跳频参数。
通过离散小波变换算法可以对跳频参数进行估计，并根据工程经验合理设置阈值可得出估计结果。其中，跳频参数包括：跳频周期、跳频时刻。
沿t轴对瞬时自相关函数进行求取反正切，从而计算得出相位p(t)并且，对相位p(t)解卷绕计算式可定义如下：
Figure BDA0002716270860000171
对全部的t值都加上45°/135°可得到新的估计特征向量，该向量的定义表达式为Test(i)，Test(i)的索引对应于不同的跳频频率点，索引可用字母i表示。由此可得，
Figure BDA0002716270860000172
(其中fi代表各跳频的频点)有
Figure BDA0002716270860000173
或
Figure BDA0002716270860000174
将该向量Test(i)的方差定义为
Figure BDA0002716270860000175
然后与特定阈值Gatei进行比较，如果方差
Figure BDA0002716270860000176
大于阈值Gatei，则在分段中存在跳跃点，与向量的最大值相关联的时刻位置点p即为跳变时刻，跳变点之间的时间差unwrap(p(t))i+1-unwrap(p(t))i则计算结果为跳频周期。阈值Gatei在实际工程中一般是根据经验进行取值，通过实践大量测试本发明可以取值的范围是5.785或7.355。
需要说明的是，在本发明实施例中，确定跳频参数之后，还对瑞利衰落信道中跳频信号检测算法进行了仿真验证，验证过程如下：
产生一段跳频信号，采样率为200MHz，中频频率为60MHz，仿真次数为1000次。并设调制方式为MSK，单个跳频点信号的带宽为3MHz，信道间隔为5MHz，跳频周期为13us。以及信道为瑞利衰落信道，设定多径参数为存在两条路径，两条路径时延相差0.7us，其中一条路径的衰减大于另一路径2dB。图8为本发明实施例提供的一种信号处理方法的检测性能仿真曲线图，其中横轴表示信噪比(单位：dB)，纵轴表示对跳频信号的正确检测概率。
对瑞利衰落信道中的跳频信号检测及参数计算算法进行仿真验证，其中，图9为本发明实施例提供的一种跳频信号参数确定的性能曲线对比图，如图9所示，过去的算法即为基于时频脊线的跳频参数确定算法，本方案中的算法即为基于haar离散小波变换的算法，横轴表示信噪比(单位：dB)，纵轴表示最小均方误差(MSE),用以衡量估计精度。从图9可以看出，基于本方案确定跳频参数的性能更优，且性能稳定，是一种优化的对瑞利衰落信道中跳频信号的参数估计方法。
本申请技术方案中主要的设计思路是采用了滑动处理结合haar离散小波变换进行分析处理，可以应用于通信监测、认知无线电等领域，在本申请实施例中，采用的新方法可以较好地克服信道衰落和传播损耗的影响，检测性能优越，可以在低信噪比情况下，实现对跳频信号的正确检测和参数估计，且算法的鲁棒性好，经过优化减小了运算开销，便于工程实现，同时，该方法在实际环境中经过了大量测试，实用性较强。
下述提供一信号处理方法对应的信号处理装置的实施例，对该装置的内容详细介绍如下：
本发明另一实施例，图10为本发明实施例提供的一种信号处理装置的结构示意图，该装置包括：
变换模块701，用于对接收的射频信号对应的中频信号，进行正交变换，得到正交信号；
确定模块702，用于对正交信号进行滑动处理，得到滑动信号，并确定滑动信号中的跳频信号；
计算模块703，用于对跳频信号进行小波变换，并根据小波变换后的信号计算跳频信号的跳频参数。
可选的，参考图11，装置还包括：
采样模块704，用于对射频信号进行数字采样，得到数字采样信号；
处理模块705，用于根据预设的频点数，对数字采样信号进行下变频处理；
获取模块706，用于根据预设的滤波带宽，确定对数字采样信号进行带通滤波，得到中频信号。
可选的，预设的频点数大于跳频带宽的一半频点数；滤波带宽为跳频带宽的预设倍数。
可选的，确定模块702，具体用于对正交信号进行中值滤波；对中值滤波后的信号进行滑动处理，得到滑动信号。
可选的，确定模块702具体用于对滑动信号进行峰值功率采样，确定滑动信号中的峰值功率；将滑动信号中峰值功率大于或等于预设功率阈值的信号，确定为跳频信号。
可选的，计算模块703，具体用于采用离散小波变换，对跳频信号进行多个尺度的小波变换；根据多个尺度的小波变换后的信号，计算跳频信号的跳频参数。
可选的，跳频参数包括如下至少一个参数：跳频周期、跳频频率、跳频时刻。
下述为信号处理方法所对应的设备的实施例，该接收端的信号处理的设备可以是非协作方式中接收端的侦察设备，本发明实施例该设备可以以接收机为例，具体描述如下：
图12为本申请实施例提供的一种接收机的结构示意图，如图12所示，包括：存储器901、处理器902，存储器901中存储有可在处理器902上运行的计算机程序，处理器902执行计算机程序时，实现上述的一种信号处理方法的步骤。
需要说明的是，非协作方式中接收端的侦察设备，可以是接收机还可以是具备接收处理功能的侦收机或者其他侦察设备，本发明实施例对该设备具体不作限定。
本申请实施例还提供一种存储介质，存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述一种信号处理方法的步骤。
以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digital singnal processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
可选地，本发明还提供一种程序产品，例如计算机可读存储介质，包括程序，该程序在被处理器执行时用于执行上述方法实施例。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元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)或处理器(英文：processor)执行本发明各个实施例方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
上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以权利要求的保护范围为准。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种信号处理方法，其特征在于，所述方法包括：
对接收的射频信号对应的中频信号，进行正交变换，得到正交信号；
对所述正交信号进行滑动处理，得到滑动信号，并确定所述滑动信号中的跳频信号；
对所述跳频信号进行离散小波变换，并根据所述离散小波变换后的信号计算所述跳频信号的跳频参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对接收的射频信号对应的中频信号，进行正交变换之前，所述方法还包括：
对所述射频信号进行数字采样，得到数字采样信号；
根据预设的频点数，对所述数字采样信号进行下变频处理；
根据预设的滤波带宽，确定对所述数字采样信号进行带通滤波，得到所述中频信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设的频点数大于跳频带宽的一半频点数；所述滤波带宽为所述跳频带宽的预设倍数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述正交信号进行滑动处理，得到滑动信号，包括：
对所述正交信号进行中值滤波；
对所述中值滤波后的信号进行滑动处理，得到所述滑动信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述滑动信号中的跳频信号，包括：
对所述滑动信号进行峰值功率采样，确定所述滑动信号中的峰值功率；
将所述滑动信号中峰值功率大于或等于预设功率阈值的信号，确定为所述跳频信号。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述跳频信号进行离散小波变换，并根据所述离散小波变换后的信号计算所述跳频信号的跳频参数，包括：
采用离散小波变换，对所述跳频信号进行多个尺度的离散小波变换；
根据所述多个尺度的离散小波变换后的信号，计算所述跳频信号的跳频参数。
7.根据权利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于，所述跳频参数包括如下至少一个参数：跳频周期、跳频频率、跳频时刻。
8.一种信号处理装置，其特征在于，所述装置包括：
变换模块，用于对接收的射频信号对应的中频信号，进行正交变换，得到正交信号；
确定模块，用于对所述正交信号进行滑动处理，得到滑动信号，并确定所述滑动信号中的跳频信号；
计算模块，用于对所述跳频信号进行离散小波变换，并根据所述离散小波变换后的信号计算所述跳频信号的跳频参数。
9.一种接收机，其特征在于，包括：存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述权利要求1-7任一项所述方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
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