CN113259017A - 一种基于跳时关系的帧内信号分选方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于通信技术领域，具体是涉及一种基于跳时关系的帧内信号分选方法。本发明针对具有特殊跳时关系的通信信号，即脉冲之间的间隔满足某特定关系ti+ti+N＝C，根据这个关系，利用TOA与TOE信息完成帧内的信号分选。本发明的有益效果为，在没有干扰噪声时具有接近100％的分选准确率，且具有较强的鲁棒性，在高信号密度以及高测量误差下也能具有一定的分选准确率。

Description

一种基于跳时关系的帧内信号分选方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体是涉及一种基于跳时关系的帧内信号分选方法。
背景技术
在信号分选任务中，常常依赖DOA或者信号的指纹特征等信息，然而容易存在DOA不能区分信号分情况，信号的指纹信息也存在鲁棒性不够强的情况。针对这些场景，需要依赖更多其他的信息进行信号分选。针对跳频跳时的通信系统，其频率信息很难为分选提供帮助，但是在某些特定的通信系统中跳时信息可以作为很好的信号分选的锚点。
发明内容
本发明针对某种特殊的跳时通信系统，提出了一种基于跳时关系的帧内信号分选，对来自同一个帧的脉冲信号进行聚合完成预分选。
本发明的技术方案为，一种基于跳时关系的帧内信号分选方法，定义通信系统通信信号模型为：通信信号最小单位为脉宽固定为W的脉冲信号pi，完整的一帧通信信号由2N个脉冲(p1，p2，…，p2N)组成，帧可以连续发送。定义脉冲pi的TOA和TOE分别为TOA(pi)和TOE(pi)，定义上一个帧的最后一个脉冲为p0，则可以定义同一个帧内相邻两个脉冲时间间隔为
ti＝TOA(pi)-TOE(pi-1)(i＝1,2,…,2N)#(1)
为了满足跳时随机性以及接收同步的方便，脉冲之间的间隔满足某特定关系，其中C为固定常数：
ti+ti+N＝C(i＝1,2,…,N)#(2)
则一个帧长为脉宽和与跳时和，固定为Tframe＝2NW+NC。
信号分选方法包括以下步骤：
S1、建立分选模型，设置某个时间窗内T(≥2Tframe)内有M个通信节点同时连续发射通信帧信号，且每个节点都必然有一个完整的帧，设时间窗口内收到R个脉冲(r1，r2，…rR)。设对应的第m个通信节点的第一个帧的第i个脉冲为
Figure BDA0003064074860000011
则分选模型为了求解如下映射关系：
Figure BDA0003064074860000021
S2、具体的求解流程如下：
S21、确定帧起始和结束
由式(2)所示，帧的周期是固定的，且信号帧与帧之间是连续的，即
Figure BDA0003064074860000022
Figure BDA0003064074860000023
则可以根据这一固定关系从rj(j＝1,2,...,R)中确定
Figure BDA0003064074860000024
和
Figure BDA0003064074860000025
第上一个帧的最后一个脉冲和当前帧的最后一个脉冲，帧内分选的目标时间窗口即为(TOE(p0),TOA(p2N))。
S22、确定
Figure BDA0003064074860000026
以及
Figure BDA0003064074860000027
依赖固定的
Figure BDA0003064074860000028
可以进一步依赖式(2)的t1+t1+N＝C，从时间窗口内的脉冲集合{rj|TOE(p0)<TOA(rj)and TOE(rj)<TOA(p2N)}中搜索脉冲
Figure BDA0003064074860000029
以及
Figure BDA00030640748600000210
Figure BDA00030640748600000211
同样依赖固定的
Figure BDA00030640748600000212
可以进一步依赖式(2)的tN+t2N＝C，搜索脉冲
Figure BDA00030640748600000213
以及
Figure BDA00030640748600000214
Figure BDA00030640748600000215
两次搜索可能寻找到多种可能的组合，但是两次独立的搜索选择
Figure BDA00030640748600000216
相同的解留下，这可以增强搜索鲁棒性。
S23、进一步搜索选择剩余脉冲
按照步骤二，进一步利用已经固定的
Figure BDA00030640748600000217
和
Figure BDA00030640748600000218
以及式(2)的t2+t2+N＝C搜索
Figure BDA00030640748600000219
Figure BDA00030640748600000220
以及利用已经固定的
Figure BDA00030640748600000221
和
Figure BDA00030640748600000222
以及式(2)的tN-1+t2n-1＝C搜索
Figure BDA00030640748600000223
并依次搜索下去，直到寻找出式(3)中所有的脉冲映射关系。
本发明的有益效果为，本发明针对具有特殊跳时关系的通信信号，利用TOA与TOE信息完成帧内的信号分选。进过仿真验证可以看到，在没有干扰噪声时具有接近100％的分选准确率，且具有较强的鲁棒性，在高信号密度以及高测量误差下也能具有一定的分选准确率。
附图说明
图1为M＝3无测量噪声下的分选结果；
图2为不同测量噪声和信号密度下的算法置信度。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案：
实施例
本例中设置通信系统的N＝6，W＝19us，C＝45.3us。
图1是针对M＝3时，没有测量噪声的一次仿真求解，可以看到算法可以很准确地将第二帧的完整帧给分选出来。
图2是给出了不同测量噪声和信号密度的情况下算法的置信度，定义置信度D如下：
Figure BDA0003064074860000031
当存在一定的测量噪声时，算法可能得出多个可能的帧，存在一定的模糊。从图中可以看到随着M的增大以及测量误差的增大，置信度也随之下降，但是即使达到100ns的测量误差，M＝3时，分析置信度也能超过0.8，表明算法具有一定的鲁棒性。

Claims (1)

1.一种基于跳时关系的帧内信号分选方法，定义通信系统通信信号模型为：通信信号最小单位为脉宽固定为W的脉冲信号pi，完整的一帧通信信号由2N个脉冲(p1，p2，…，p2N)组成，帧可以连续发送，定义脉冲pi的TOA和TOE分别为TOA(pi)和TOE(pi)，定义上一个帧的最后一个脉冲为p0，定义同一个帧内相邻两个脉冲时间间隔为：
ti＝TOA(pi)-TOE(pi-1)(i＝1，2，…，2N)
其中，C为固定常数：
ti+ti+N＝C(i＝1，2，…，N)
一个帧长为脉宽和与跳时和，固定为Tframe＝2NW+NC；
其特征在于，信号分选方法包括以下步骤：
S1、建立分选模型：设某个时间窗T内有M个通信节点同时连续发射通信帧信号，T≥2Tframe，且每个节点都必然有一个完整的帧，设时间窗口内收到R个脉冲(r1，r2，…rR)，设对应的第m个通信节点的第一个帧的第i个脉冲为
Figure FDA0003064074850000011
则分选模型用于求解为如下映射关系：
Figure FDA0003064074850000012
S2、求解步骤S1中的映射关系，具体包括：
S21、根据对帧的定义，帧的周期是固定的，且信号帧与帧之间是连续的，可得固定关系
Figure FDA0003064074850000013
根据这一固定关系从rj中确定
Figure FDA0003064074850000014
和
Figure FDA0003064074850000015
以及上一个帧的最后一个脉冲和当前帧的最后一个脉冲，获得帧内分选的目标时间窗口即为(TOE(p0)，TOA(p2N))；
S22、确定
Figure FDA0003064074850000016
以及
Figure FDA0003064074850000017
根据步骤S21确定的
Figure FDA0003064074850000018
由ti+ti+N＝C得t1+t1+N＝C，从时间窗口内的脉冲集合{rj|TOE(p0)<TOA(rj)and TOE(rj)<TOA(p2N)}中搜索脉冲
Figure FDA0003064074850000019
以及
Figure FDA00030640748500000110
Figure FDA00030640748500000111
根据步骤S21确定的
Figure FDA00030640748500000112
由ti+ti+N＝C得tN+t2N＝C，搜索脉冲
Figure FDA00030640748500000113
以及
Figure FDA00030640748500000114
Figure FDA0003064074850000021
两次搜索可能寻找到多种可能的组合，但是两次独立的搜索选择
Figure FDA0003064074850000022
相同的解留下；
S23、根据步骤S22得到的
Figure FDA0003064074850000023
和
Figure FDA0003064074850000024
由ti+ti+N＝C得t2+t2+N＝C，搜索
Figure FDA0003064074850000025
以及根据步骤S22得到的
Figure FDA0003064074850000026
和
Figure FDA0003064074850000027
由ti+ti+N＝C得tN-1+t2N-1＝C，搜索
Figure FDA0003064074850000028
同理依次搜索下去，直到寻找出S1中定义的所有的脉冲映射关系。
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贾可新等: "一种基于改进K均值算法的跳频信号分选方法", 《计算机应用研究》 *

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