CN115051728B - 一种高速跳频通信信号截获与分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速跳频通信信号截获与分析方法，属于通信及通信干扰技术领域。本发明对外部电磁信号进行监测接收；对采集的背景频谱信号进行保存，并与接收的实时频谱信号进行实时比对，结合信道判断策略判定跳频信号的信道位置，完成对跳频信号的提取；利用自适应窗时长和时频分析完成对跳频信号的参数估计，获取跳频信号的图案集和跳频速率值；利用获得的跳频信号的信道位置，触发信道基带数据获取；对多次跳频信道的基带数据进行信号识别，获取概率最大通信信号样式，完成跳频通信信号的样式识别。本发明拟提供了一种高速跳频通信信号截获与分析方法，有效提高了高速跳频信号的截获能力和高速跳频信号的截获准确度。
Description
技术领域
本发明属于通信及通信干扰技术领域，更具体地说，涉及一种高速跳频通信信号截获与分析方法。
背景技术
随着军队信息化建设的推进和数字化部队的完善，越来越多的数字化通信系统、电子信息系统和各类用户终端装备部队，为作战指挥提供几乎所有所需信息。战术电台作为信息交流的基石，已经向着宽带、数字调制、混合扩频、软件化的方向发展，为达到多军种间互通互联提供技术支持和设备保障。其中数字化扩跳频电台的列装极大地提高了军队的保密通信能力，为军队信息化部队建设奠定了坚实的基础。为了更好的检验数字化扩跳频电台的抗干扰能力，需要在日常的通信干扰与抗干扰训练中对数字化跳频信号进行侦察和干扰。
现有的通抗训练设备对跳频信号的侦察虽然可以做到能够估算跳频图案和跳频速率，但是仅通过谱图保持的方式进行估算，该种估算方式在应对高速跳频信号时几乎难以准确获得正确的结果，更无法对跳频信号的调制样式进行识别和对跳频信号的干扰做到跟踪。目前通抗训练设备对应宽带跳扩频信号的干扰样式大多是宽带阻塞，不仅对目标跳频信号的干扰效果非常有限而且还影响到宽带内其它网系通信设备的通信质量。从上述背景技术可以看出，现有通抗训练设备很难从真正意义上做到跳频通信信号的截获与分析。
发明内容
1、发明要解决的技术问题
为克服现有技术中不能从真正意义上做到跳频信号的截获的问题，本发明拟提供了一种高速跳频通信信号截获与分析方法，有效提高了高速跳频信号的截获能力和高速跳频信号的截获准确度。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
本发明的一种高速跳频通信信号截获与分析方法，包括以下步骤：
步骤一：在实时带宽内对外部电磁信号进行监测接收；
步骤二：对采集的背景频谱信号进行保存，并与接收的实时频谱信号进行实时比对，结合信道判断策略判定跳频信号的信道位置，完成对跳频信号的提取；
步骤三：基于提取的跳频信号，利用自适应窗时长和时频分析完成对跳频信号的参数估计，获取跳频信号的图案集和跳频速率值；
步骤四：利用获得的跳频信号的信道位置，触发信道基带数据获取；
步骤五：对多次跳频信道的基带数据进行信号识别，获取概率最大通信信号样式，完成跳频通信信号的样式识别。
作为本发明更进一步的改进，步骤一中对电磁信号的监测接收的处理过程包括采用监测接收机对实时带宽内的中频信号进行高速采集，再对高速采集的中频信号进行固定数字下变频处理或可变数字下变频处理，其中固定数字下变频处理为频谱数据处理通道对高速采集的中频信号进行频谱搬移，将中频载波信号搬移至零频，可变数字下变频处理为基带数据处理通道对高速采集的中频信号进行频谱搬移，将中频载波信号搬移至零频。
作为本发明更进一步的改进，对搬移至零频的频谱数据处理通道和基带数据处理通道内的下变频数据进行降速率和滤波处理后。
作为本发明更进一步的改进，步骤二中信道判断策略包括在自适应窗时长度范围内，对实时频谱分析中跳频信道出现的概率进行统计分析，判定是否为跳频信号，如果是，则给出跳频信号的信道位置。
作为本发明更进一步的改进，步骤二中包括对频谱数据处理通道内的频谱数据进行处理，在进行跳频信号截获和分析之前，保存电磁环境下的当前背景信号作为后续判断跳频信号的参考背景依据，实时比较当前接收带宽内的电磁信号，结合信道判断策略判定跳频信号的信道位置，完成对跳频信号进行提取。
作为本发明更进一步的改进，步骤五种包括对基带数据处理通道内的基带数据进行处理，利用频谱数据处理通道给出的跳频信号的信道位置触发基带数据处理通道内的信道基带数据保存，保存多次信道基带数据后，提取信道基带数据的特征参数，提取信道基带数据的特征参数，并对这些特征参数进行学习训练，并获取通信信号样式。
作为本发明更进一步的改进，利用高性能数字处理器提取上述多次信道基带数据的信号瞬时信息、高阶累积量、小波变换以及频域信息的特征参数，然后将这些特征参数输入至支持向量机神经网络中进行学习训练，实现调制方式的识别。
作为本发明更进一步的改进，频谱数据处理通道和基带数据处理通道的后端存储管理中的时频分析周期均小于单帧数据的存储周期。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种高速跳频通信信号截获与分析方法，利用侦测接收机内部的高速数据采集模数转换器和高性能现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)，实现了宽带瞬时带宽信号的实时频谱处理，频谱数据处理基于背景频谱数据、实时频谱数据和信道筛选策略判定跳频信号的信道位置，并结合自适应窗时长获取跳频图案集和跳频速率。进一步提高了高速跳频信号的截获能力和高速跳频信号的截获准确度。
(2)本发明的一种高速跳频通信信号截获与分析方法，实现了跳频信号信道位置的准确判断，并获取跳频信号的信道基带数据，通过多次跳频信号的信道基带数据的特征参数和神经网络学习实现了调制方式的识别，进一步提高了高速跳频信号的分析能力以及具备高速跳频跟踪干扰的能力。
(3)本发明的一种高速跳频通信信号截获与分析方法，基带数据处理通道内的信道时域数据的存储管理，是利用准确的跳频信号的信道位置触发基带数据处理通道内的数据保存，该数据的存储为了后续的跳频调制信号识别分析使用。
(4)本发明的一种高速跳频通信信号截获与分析方法，为了能够做到瞬时带宽内时域数据的实时频谱处理，本实施例中频谱数据处理通道和基带数据处理通道的后端存储管理中的时频分析周期均小于单帧数据的存储周期，通过数据存储状态机保证每帧数据的连续性，从而有效保证了数据存储的连续性。
附图说明
图1为本发明的一种高速跳频通信信号截获与分析方法的流程示意图。。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例提供一种高速跳频通信信号截获与分析方法，利用侦测接收机内部的高速数据采集模数转换器和高性能现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)，在实时带宽内对外部电磁信号进行侦测接收处理，实现了宽带瞬时带宽信号的实时频谱处理。侦测接收后的分为频谱数据处理通道和基带数据处理通道，频谱数据处理通道基于背景频谱数据、实时频谱数据和信道筛选策略判定跳频信号的信道位置，并结合自适应窗时长获取跳频图案集和跳频速率，进一步提高了高速跳频信号的截获能力和高速跳频信号的截获准确度。基带数据处理通道基于频谱数据处理通道对跳频信号的信道位置的准确判断，获取信道的基带数据，通过多次跳频信号的信道基带数据的特征参数和神经网络学习实现了调制方式的识别，进一步提高了高速跳频信号的分析能力以及具备高速跳频跟踪干扰的能力。具体地，本实施例中包括以下步骤：
步骤一：在实时带宽内对外部电磁信号进行监测接收，本实施例中对电磁信号的监测接收的处理过程包括采用监测接收机利用高速模数转换器芯片对实时带宽内的中频信号进行高速采集，再对高速采集的中频信号进行固定数字下变频处理或可变数字下变频处理，其中固定数字下变频处理为频谱数据处理通道对高速采集的中频信号进行频谱搬移，将中频载波信号搬移至零频，可变数字下变频处理为基带数据处理通道对高速采集的中频信号进行频谱搬移，将中频载波信号搬移至零频。对搬移至零频的频谱数据处理通道和基带数据处理通道内的下变频数据进行降速率和滤波处理后。
步骤二：对采集的背景频谱信号进行保存，并与接收的实时频谱信号进行实时比对，结合信道判断策略判定跳频信号的信道位置，完成对跳频信号的提取。
具体地，本实施例中包括对频谱数据处理通道内的频谱数据进行处理，在进行跳频信号截获和分析之前，保存电磁环境下的当前背景信号作为后续判断跳频信号的参考背景依据，实时比较当前接收带宽内的电磁信号，结合信道判断策略判定跳频信号的信道位置，完成对跳频信号进行提取。其中信道判断策略包括在自适应窗时长度范围内，对实时频谱分析中跳频信道出现的概率进行统计分析，判定是否为跳频信号，如果是，则给出跳频信号的信道位置。
步骤三：基于提取的跳频信号，利用自适应窗时长和时频分析完成对跳频信号的参数估计，获取跳频信号的图案集和跳频速率值，具体地，本实施例中基于提取后的跳频信号在自适应时长的窗口内根据时频分析策略完成跳频信号的基本参数估计，时频分析策略即为跳频信号在自适应窗时长内占有时间的长短，从而获取跳频信号的图案集和跳频速率值大小。
步骤四：利用获得的跳频信号的信道位置，触发信道基带数据获取，其中基带数据处理通道内的信道时域数据的存储管理，是利用准确的跳频信号的信道位置触发基带数据处理通道内的数据保存，该数据的存储为了后续的跳频调制信号识别分析使用。
步骤五：对多次跳频信道的基带数据进行信号识别，获取概率最大通信信号样式，完成跳频通信信号的样式识别。本实施例中包括对基带数据处理通道内的基带数据进行处理，利用频谱数据处理通道给出的跳频信号的信道位置触发基带数据处理通道内的信道基带数据保存，保存多次信道基带数据后，提取信道基带数据的特征参数，并对这些特征参数进行学习训练，并获取概率最大通信信号样式。
具体地，本实施例中利用高性能数字处理器提取上述多次信道基带数据的信号瞬时信息、高阶累积量、小波变换以及频域信息的特征参数，然后将这些特征参数输入至支持向量机神经网络中进行学习训练，实现调制方式的识别。
为了能够做到瞬时带宽内时域数据的实时频谱处理，本实施例中频谱数据处理通道和基带数据处理通道的后端存储管理中的时频分析周期均小于单帧数据的存储周期，通过数据存储状态机保证每帧数据的连续性，从而有效保证了数据存储的连续性。
值得说明的是，该方法在获取了跳频图案集、跳频速率以及调制方式的情况下，可以用于跳频通信接收机，完成跳频通信接收。另外，该方法在截获跳频信号并获取跳频信道参数的情况下，可以用于通信对抗过程中快速引导干扰机完成对跳频信号的跟踪式干扰。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高速跳频通信信号截获与分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：在实时带宽内对外部电磁信号进行监测接收；
步骤二：对采集的背景频谱信号进行保存，并与接收的实时频谱信号进行实时比对，结合信道判断策略判定跳频信号的信道位置，完成对跳频信号的提取；
步骤三：基于提取的跳频信号，利用自适应窗时长和时频分析完成对跳频信号的参数估计，获取跳频信号的图案集和跳频速率值；
步骤四：利用获得的跳频信号的信道位置，触发信道基带数据获取；
步骤五：对多次跳频信道的基带数据进行信号识别，获取概率最大通信信号样式，完成跳频通信信号的样式识别。
2.根据权利要求1所述的一种高速跳频通信信号截获与分析方法，其特征在于：步骤一中对电磁信号的监测接收的处理过程包括采用监测接收机对实时带宽内的中频信号进行高速采集，再对高速采集的中频信号进行固定数字下变频处理或可变数字下变频处理，其中固定数字下变频处理为频谱数据处理通道对高速采集的中频信号进行频谱搬移，将中频载波信号搬移至零频，可变数字下变频处理为基带数据处理通道对高速采集的中频信号进行频谱搬移，将中频载波信号搬移至零频。
3.根据权利要求2所述的一种高速跳频通信信号截获与分析方法，其特征在于：对搬移至零频的频谱数据处理通道和基带数据处理通道内的下变频数据进行降速率和滤波处理后。
4.根据权利要求3所述的一种高速跳频通信信号截获与分析方法，其特征在于：步骤二中信道判断策略包括在自适应窗时长度范围内，对实时频谱分析中跳频信道出现的概率进行统计分析，判定是否为跳频信号，如果是，则给出跳频信号的信道位置。
5.根据权利要求1-4任一一项所述的一种高速跳频通信信号截获与分析方法，其特征在于：步骤二中包括对频谱数据处理通道内的频谱数据进行处理，在进行跳频信号截获和分析之前，保存电磁环境下的当前背景信号作为后续判断跳频信号的参考背景依据，实时比较当前接收带宽内的电磁信号，结合信道判断策略判定跳频信号的信道位置，完成对跳频信号进行提取。
6.根据权利要求5所述的一种高速跳频通信信号截获与分析方法，其特征在于：步骤五种包括对基带数据处理通道内的基带数据进行处理，利用频谱数据处理通道给出的跳频信号的信道位置触发基带数据处理通道内的信道基带数据保存，保存多次信道基带数据后，提取信道基带数据的特征参数，并对这些特征参数进行学习训练，并获取通信信号样式。
7.根据权利要求6所述的一种高速跳频通信信号截获与分析方法，其特征在于：利用高性能数字处理器提取上述多次信道基带数据的信号瞬时信息、高阶累积量、小波变换以及频域信息的特征参数，然后将这些特征参数输入至支持向量机神经网络中进行学习训练，实现调制方式的识别。
8.根据权利要求7所述的一种高速跳频通信信号截获与分析方法，其特征在于：所述频谱数据处理通道和基带数据处理通道的后端存储管理中的时频分析周期均小于单帧数据的存储周期。
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Application publication date: 20220913 Assignee: NORTH AUTOMATIC CONTROL TECHNOLOGY INSTITUTE Assignor: ANHUI EGRETS ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Contract record no.: X2024980002884 Denomination of invention: A method for intercepting and analyzing high-speed frequency hopping communication signals Granted publication date: 20230905 License type: Common License Record date: 20240318 |