CN113507332B - 一种跳频宽带多网信号侦收方法及系统 - Google Patents

一种跳频宽带多网信号侦收方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种跳频宽带多网信号侦收方法及系统，包括步骤：将各通道接收信号下变频到基频带或中频带，再对各基频带或中频带信号进行AD采样得到采样信号；对各通道的采样信号进行多信道化处理得到多个窄带信道；获取各窄带信道的信号元素并进行信号能量累积；对信号能量累积后的信号进行时间维度上凝聚得到窄带信道的凝聚点，对窄带信道的凝聚点进行联合处理并检测出目标时隙信号；基于测出的目标时隙信号进行空间频率估计得到对应的空间方位。本发明鲁棒性好，对于复杂背景、噪声干扰等复杂情况下的跳频信号侦收效果好，对于单网和多网宽带信号均有较好的目标侦收的能力。

Description

一种跳频宽带多网信号侦收方法及系统
技术领域
本发明涉及跳频通信技术领域，具体涉及一种跳频宽带多网信号侦收方法及系统。
背景技术
跳频通信具有抗干扰能力强、截获概率低、抗衰落能力强和多址组网能力等优势，基于跳频体制数据链在未来信息化战争中具有重要作用，作为非协作第三方，快速有效地从复杂电磁环境中检测出跳频信号，并对其参数进行估计，是跳频信号监测的难点。开展基于跳频体制的数据侦收处理研究具有十分重要的理论意义和现实意义。
目前有基于特征的传统侦收方法处理流程复杂，工程化实现困难。另外，不能够进行多网信号侦收。现有构建神经网络算法处理流程复杂，计算量大，工程化实现困难。另外，只能进行单网信号侦收，对于多网信号无侦收能力。
发明内容
本发明提供一种跳频宽带多网信号侦收方法及系统，通过对接收的信号进行多信道化处理，在时间和各个接收通道上进行能量积累，找出能量符合要求的时间点和对应的频点，解决传统跳频信号侦收方法处理流程复杂、工程化实现困难和进行多网信号侦收能力差的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种跳频宽带多网信号侦收方法，包括步骤：
S1、将各通道接收信号下变频到基频带或中频带，再对各基频带或中频带信号进行AD采样得到采样信号；
S2、对各通道的采样信号进行多信道化处理得到多个窄带信道；
S3、获取各窄带信道的信号元素并进行信号能量累积；
S4、对信号能量累积后的信号进行时间维度上凝聚得到窄带信道的凝聚点，对窄带信道的凝聚点进行联合处理并检测出目标时隙信号；
S5、基于测出的目标时隙信号进行空间频率估计得到对应的空间方位。
本方案工作原理：目前现有的有基于特征的传统侦收方法处理流程复杂，工程化实现困难，难以实现多网信号侦收；且现有构建神经网络算法处理流程复杂，计算量大，工程化实现困难，只能进行单网信号侦收，对于多网信号无侦收能力；本方案通过对各通道接收信号进行多信道化处理，在时间和各个接收通道上进行能量积累，找出能量符合要求的时间点和对应的频点，有效解决传统跳频信号侦收方法处理流程复杂、工程化实现困难和进行多网信号侦收能力差的问题。
进一步优化方案为，步骤S2具体包括：
针对第m个通道的采样信号采用多相滤波方式进行多信道化处理得到第m个通道的N个窄带信道，所述多信道化处理采用参数为N点FFT。
进一步优化方案为，步骤S3具体包括：
S31、获取第m个通道N个窄带信道的信号元素Sm，记为：
Figure GDA0003558337710000021
矩阵中每一行表示该窄带信道各个时间点的信号值；
S32、对各个通道信号元素Sm,m＝1,…,M矩阵进行对应点平方求和得到信号能量累积结果S；
Figure GDA0003558337710000022
进一步优化方案为，窄带信道的凝聚点获取方法为：
S41、对信号能量累积结果S的第n个窄带信道sn(t)进行滤波得到pn(p),p＝1,…,P，其中P为pn(p)的长度；
S42、初始化令Ilst＝1；
S43、对于pn(p),p＝2,…,P，分别取不同的p进行以下循环：
a、判断pn(p)和pn(p)对应的时间间隔是否大于信号持续时间采样数阈值，若是则令Ilst＝p；否则进入b；
b、若pn(p)＜pn(Ilst)，则pn(p)记为无效点；
若pn(p)≥pn(Ilst)，则最邻近候选点pn(Ilst)记为无效点，且pn(p)记为候选点；
S44、去除所有无效点，保留所有候选点得到第n个窄带信道的凝聚点：
Figure GDA0003558337710000031
及第n个窄带信道的凝聚点对应的时间信号cn＝[cn1,cn2,…],n＝1,…,N。
进一步优化方案为，目标时隙信号获取方法包括：
T41、从
Figure GDA0003558337710000032
中选择出满足(cnj-A)≤a≤(cnj+A)的点构成向量
Figure GDA0003558337710000033
其中A为设置的检测窗宽度，a为采样时间；
T42、将
Figure GDA0003558337710000034
的最大值记为：
Figure GDA0003558337710000035
若pn(cnj)满足式
Figure GDA0003558337710000036
则标记pn(cnj)为目标时隙信号，其中Λ1为旁瓣门限因子，Th为估计的噪声均值电平，Λ2为噪声门限因子。
进一步优化方案为，步骤S5包括以下子步骤：
S51、在Sm,m＝1,…,M中选取与目标时隙信号pn(cnj)时刻和信道相同的点构成1×M的向量d：
d＝[sn1(cnj),…,snM(cnj)]；
S52、计算向量d的自相关矩阵为Γ＝dHd，并基于Γ＝dHd计算向量y；
S53、由向量y进行线性拟合得到目标时隙信号的空间方位。
进一步优化方案为，步骤S52中：基于Γ＝dHd根据式
Figure GDA0003558337710000037
k＝1,…,(M-1)
计算向量y，其中angle(·)表示求相位运算，单位为rad。
进一步优化方案为，步骤S53包括以下子步骤：
T1、对向量y进行一次直线拟合，拟合后的斜率记为α；
T2、根据式θ＝arcsin(α/π)计算目标时隙信号的空间方位θ。
基于上述一种跳频宽带多网信号侦收方法，本方案提供一种跳频宽带多网信号侦收系统，包括：采样处理模块，多信道化处理模块，能量累积模块，检测模块和空间方位获取模块；
采样处理模块将各通道接收信号下变频到基频带或中频带，再对各基频带或中频带信号进行AD采样得到采样信号；
多信道化处理模块对各通道的采样信号进行多信道化处理得到多个窄带信道；
能量累积模块获取各窄带信道的信号元素并进行信号能量累积；
检测模块对信号能量累积后的信号进行时间维度上凝聚得到窄带信道的凝聚点，并对窄带信道的凝聚点进行联合处理检测出目标时隙信号；
空间方位获取模块基于测出的目标时隙信号进行空间频率估计得到对应的空间方位。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明提供一种跳频宽带多网信号的侦收方法和系统，通过对接收的信号进行多信道化处理，在时间和各个接收通道上进行能量积累，找出能量符合要求的时间点和对应的频点。再将对应频率和时间点的各个通道数据进行空间频率估计得到对应的方位，鲁棒性好，对于复杂背景、噪声干扰等复杂情况下的跳频信号侦收效果好，对于单网和多网宽带信号均有较好的目标侦收的能力。
2、本发明提供一种跳频宽带多网信号的侦收方法和系统，利用时间维度、频率维度和通道维度能量积累思想检测目标，该检测方法实现简单，效果明显，提升检测概率，能自动适应全空域、全方位各种目标的处理需求，提供可靠的目标时隙、频率和方位信息。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为跳频宽带多网信号的侦收方法流程示意图；
图2为目标时隙信号的空间方位获取方法流程图；
图3为基于JTIDS/Link16战术数据链信号侦收系统结构示意图；
图4为实施例3仿真结果检测概率随信噪比变化图；
图5为实施例3仿真结果虚警概率随信噪比变化图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
如图1所示，一种跳频宽带多网信号侦收方法，包括步骤：
S1、将各通道接收信号下变频到基频带或中频带，再对各基频带或中频带信号进行AD采样得到采样信号；
S2、对各通道的采样信号进行多信道化处理得到多个窄带信道；
S3、获取各窄带信道的信号元素并进行信号能量累积；
S4、对信号能量累积后的信号进行时间维度上凝聚得到窄带信道的凝聚点，对窄带信道的凝聚点进行联合处理并检测出目标时隙信号；
S5、基于测出的目标时隙信号进行空间频率估计得到对应的空间方位。
步骤S2具体包括：
针对第m个通道的采样信号采用多相滤波方式进行多信道化处理得到第m个通道的N个窄带信道，所述多信道化处理采用参数为N点FFT。
进一步优化方案为，步骤S3具体包括：
S31、获取第m个通道N个窄带信道的信号元素Sm，记为：
Figure GDA0003558337710000061
矩阵中每一行表示该窄带信道各个时间点的信号值；
S32、对各个通道信号元素Sm,m＝1,…,M矩阵进行对应点平方求和得到信号能量累积结果S；
Figure GDA0003558337710000062
窄带信道的凝聚点获取方法为：
S41、对信号能量累积结果S的第n个窄带信道sn(t)进行滤波得到pn(p),p＝1,…,P，其中P为pn(p)的长度；
S42、初始化令Ilst＝1；
S43、对于pn(p),p＝2,…,P，取不同的p，进行以下循环：
a、判断pn(p)和pn(p)对应的时间间隔是否大于信号持续时间采样数阈值，若是则令Ilst＝p；否则进入b；
b、若pn(p)＜pn(Ilst)，则pn(p)记为无效点；
若pn(p)≥pn(Ilst)，则最邻近候选点pn(Ilst)记为无效点，且pn(p)记为候选点；
S44、去除所有无效点，保留所有候选点得到第n个窄带信道的凝聚点：
Figure GDA0003558337710000071
及第n个窄带信道的凝聚点对应的时间信号cn＝[cn1,cn2,…],n＝1,…,N。
目标时隙信号获取方法包括：
T41、从
Figure GDA0003558337710000072
中选择出满足(cnj-A)≤a≤(cnj+A)的点构成向量
Figure GDA0003558337710000077
其中A为设置的检测窗宽度，a为采样时间；
T42、将
Figure GDA0003558337710000073
的最大值记为：
Figure GDA0003558337710000074
若pn(cnj)满足式
Figure GDA0003558337710000075
则标记pn(cnj)为目标时隙信号，其中Λ1为旁瓣门限因子，Th为估计的噪声均值电平，Λ2为噪声门限因子。
如图2所示，步骤S5包括以下子步骤：
S51、在Sm,m＝1,…,M中选取与目标时隙信号pn(cnj)时刻和信道相同的点构成1×M的向量d：
d＝[sn1(cnj),…,snM(cnj)]；
S52、计算向量d的自相关矩阵为Γ＝dHd，并基于Γ＝dHd计算向量y；
S53、由向量y进行线性拟合得到目标时隙信号的空间方位。
步骤S52中：基于Γ＝dHd根据式
Figure GDA0003558337710000076
k＝1,…,(M-1)
计算向量y，其中angle(·)表示求相位运算，单位为rad。
步骤S53包括以下子步骤：
T1、对向量y进行一次直线拟合，拟合后的斜率记为α；
T2、根据式θ＝arcsin(απ)计算目标时隙信号的空间方位θ。
实施例2
如图3所示，基于上一实施例的一种跳频宽带多网信号侦收方法，本实施例提供基于JTIDS/Link16战术数据链信号侦收系统，通过天线接收到Link16的信号，经过跳频宽带多网信号侦收系统的处理得到目标时隙信号及其对应的空间方位，显示在显示终端。
所述跳频宽带多网信号侦收系统包括：采样处理模块，多信道化处理模块，能量累积模块，检测模块和空间方位获取模块；
采样处理模块将各通道接收的790MHz的信号下变频到基带360MHz，再对各基带信号进行AD采样得到采样信号；
多信道化处理模块对各通道的采样信号进行多信道化处理得到多个窄带信道；
能量累积模块获取各窄带信道的信号元素并进行信号能量累积；
检测模块对信号能量累积后的信号进行时间维度上凝聚得到窄带信道的凝聚点，并对窄带信道的凝聚点进行联合处理检测出目标时隙信号；
空间方位获取模块基于测出的目标时隙信号进行空间频率估计得到对应的空间方位。
实施例3
本实施例仿真中以Link16信号为例，按照实施例11所述方法在不同的信噪比(SNR)下进行处理，对其检测性能进行分析，描述信噪比在-25dB到-21dB的情况下，随信噪比(SNR)变大检测概率和虚警概率的变化。结果如图4和图5所示；
由图4可知，检测概率随SNR的增加而单调增加，当SNR从-25dB增加到-21dB时，检测概率从约0.86下降到约0.1。
由图5可知，检测概率随SNR的增加而单调增加，当SNR从-25dB增加到-21dB时，检测概率从约0.86下降到约0.1。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种跳频宽带多网信号侦收方法，其特征在于，包括步骤：
S1、将各通道接收信号下变频到基频带或中频带，再对各基频带或中频带信号进行AD采样得到采样信号；
S2、对各通道的采样信号进行多信道化处理得到多个窄带信道；
S3、获取各窄带信道的信号元素并进行信号能量累积；
S4、对信号能量累积后的信号进行时间维度上凝聚得到窄带信道的凝聚点，对窄带信道的凝聚点进行联合处理并检测出目标时隙信号；
S5、基于测出的目标时隙信号进行空间频率估计得到对应的空间方位；
步骤S2具体包括：
针对第m个通道的采样信号采用多相滤波方式进行多信道化处理得到第m个通道的N个窄带信道，所述多信道化处理采用参数为N点FFT
步骤S3具体包括：
S31、获取第m个通道N个窄带信道的信号元素Sm，记为：
Figure FDA0003558337700000011
矩阵中每一行表示该窄带信道各个时间点的信号值；
S32、对各个通道信号元素Sm,m＝1,…,M矩阵进行对应点平方求和得到信号能量累积结果S；
Figure FDA0003558337700000012
窄带信道的凝聚点获取方法为：
S41、对信号能量累积结果S的第n个窄带信道sn(t)进行滤波得到pn(p),p＝1,…,P，其中P为pn(p)的长度；
S42、初始化令Ilst＝1；
S43、对于pn(p),p＝2,…,P：
a、判断pn(p)和pn(p)对应的时间间隔是否大于信号持续时间采样数阈值，若是则令Ilst＝p；否则进入b；
b、若pn(p)＜pn(Ilst)，则pn(p)记为无效点；
若pn(p)≥pn(Ilst)，则最邻近候选点pn(Ilst)记为无效点，且pn(p)记为候选点；
S44、去除所有无效点，保留所有候选点得到第n个窄带信道的凝聚点：
Figure FDA0003558337700000021
及第n个窄带信道的凝聚点对应的时间信号cn＝[cn1,cn2,…],n＝1,…,N；
步骤S5包括以下子步骤：
S51、在Sm,m＝1,…,M中选取与目标时隙信号pn(cnj)时刻和信道相同的点构成1×M的向量d：
d＝[sn1(cnj),…,snM(cnj)]；
S52、计算向量d的自相关矩阵为Γ＝dHd，并基于Γ＝dHd计算向量y；
S53、由向量y进行线性拟合得到目标时隙信号的空间方位。
2.根据权利要求1所述的一种跳频宽带多网信号侦收方法，其特征在于，目标时隙信号获取方法包括：
T41、从
Figure FDA0003558337700000022
中选择出满足(cnj-A)≤a≤(cnj+A)的点构成向量
Figure FDA0003558337700000023
其中A为设置的检测窗宽度，a为采样时间；
T42、将
Figure FDA0003558337700000024
的最大值记为：
Figure FDA0003558337700000025
若pn(cnj)满足式
Figure FDA0003558337700000026
则标记pn(cnj)为目标时隙信号，其中Λ1为旁瓣门限因子，Th为估计的噪声均值电平，Λ2为噪声门限因子。
3.根据权利要求2所述的一种跳频宽带多网信号侦收方法，其特征在于，步骤S52中：基于Γ＝dHd根据式
Figure FDA0003558337700000031
k＝1,…,(M-1)
计算向量y，其中angle(·)表示求相位运算，单位为rad。
4.根据权利要求3所述的一种跳频宽带多网信号侦收方法，其特征在于，步骤S53包括以下子步骤：
T1、对向量y进行一次直线拟合，拟合后的斜率记为α；
T2、根据式θ＝arcsin(α/π)计算目标时隙信号的空间方位θ。
5.一种跳频宽带多网信号侦收系统，其特征在于，应用于权利要求1-4所述的任意一种跳频宽带多网信号侦收方法，包括：采样处理模块，多信道化处理模块，能量累积模块，检测模块和空间方位获取模块；
采样处理模块将各通道接收信号下变频到基频带或中频带，再对各基频带或中频带信号进行AD采样得到采样信号；
多信道化处理模块对各通道的采样信号进行多信道化处理得到多个窄带信道；
能量累积模块获取各窄带信道的信号元素并进行信号能量累积；
检测模块对信号能量累积后的信号进行时间维度上凝聚得到窄带信道的凝聚点，并对窄带信道的凝聚点进行联合处理检测出目标时隙信号；
空间方位获取模块基于测出的目标时隙信号进行空间频率估计得到对应的空间方位。
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