CN115460048B - 一种基于码元速率的msk调制识别方法、介质及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于码元速率的MSK调制识别方法、介质及装置，所述方法包括：接收信号，采用快速傅里叶变换与二次曲线拟合相结合的方式估计接收信号的频率，再将接收信号下变频成基带正交波形；计算基带正交波形的瞬时相位，使用均值滤波对基带正交波形的相位时间图做平滑处理；根据极值的特点确定相位时间图中的波峰波谷位置；上下翻折每个波峰波谷的波形，将相位时间图由折线转化为直线；拟合直线斜率，估计相位差，计算码元速率与置信度；比对码元速率与先验信息来识别接收信号是否为目标侦察的MSK调制信号，并用置信度识别结果可信度。本发明可判断接收信号是否为特定码元速率的MSK调制信号，并且计算简单，实时性较好。

Description

一种基于码元速率的MSK调制识别方法、介质及装置

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体而言，涉及一种基于码元速率的MSK调制识别方法、介质及装置。

背景技术

最小频移键控(MSK)调制是频移键控(FSK)的改进，具有包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的特点，被广泛应用于现代无线通信领域，在军事领域常用来作为重要信号的调制方式。由于MSK调制跳频通信技术在军事通信领域所占的地位较为突出，在现代电子信息战中，对MSK调制信号的截获识别技术的研究也显得十分关键。

调制识别算法主要分为判决理论识别方法和统计模式识别两种方法。其中统计模式识别方法通过提取信号特征以此来进行分类的方法，提取不同的特征和使用不同的分类器对应着不同的识别方法，包括信号的谱特征、高阶统计量、星座图样式差异等，还有神经网络分类、分形理论、提取混沌特征等方法。这类方法需要的先验信息较少，抗干扰能力强，但是计算量非常大，同时还限制了功能的实时性，难以工程实现。判决理论识别方法通过估计信号的时域或频域参数，基于设定的门限和判决准则，完成特定识别方式的识别，该类识别方法需要一些特定的先验信息，如载波相位、符号速率等，计算量不大，实时性高。现有的MSK调制识别方法基本上采用第一类的识别方法，不使用信号的先验信息，但是在实际侦察环境中，往往是对特定信号的侦察监测，一些特定的码速率等信息是已知且不会发生变化的。第一类识别方法也存在计算量庞大、实时性也受限的问题，不利于工程实现。

发明内容

本发明旨在提供一种基于码元速率的MSK调制识别方法、介质及装置，以解决现有的MSK调制识别方法采用判决理论识别方法实现时存在计算量庞大、实时性也受限的问题。

本发明提供的一种基于码元速率的MSK调制识别方法，包括如下步骤：

S1，接收信号，采用快速傅里叶变换与二次曲线拟合相结合的方式估计接收信号的频率，再将接收信号下变频成基带正交波形；

S2，计算基带正交波形的瞬时相位，然后使用均值滤波对基带正交波形的相位时间图做平滑处理；

S3，对于均值滤波后的相位时间图，根据极值的特点确定相位时间图中的波峰波谷位置；

S4，上下翻折每个波峰波谷的波形，将相位时间图由折线转化为直线；

S5，拟合直线斜率，估计相位差，计算码元速率与置信度；

S6，若码元速率与先验信息的误差在一定范围内，则接收信号为目标侦察的MSK调制信号，并且置信度越高，该结论的可信度越高；反之则不是目标侦察的MSK调制信号。

进一步地，步骤S1中采用快速傅里叶变换与二次曲线拟合相结合的方式估计接收信号的频率的方法为：

对接收信号x(n)，通过16数据快速傅里叶变换后得到频域信号X(k)：

其中，N＝16，k＝0,1,2,3,…,N-1；

使用16数据快速傅里叶变换后，将最大幅值A(w)与其左右相邻的幅度A(w-Δw)、A(w+Δw)，采用二次曲线拟合的方式得到拟合峰值对应的频率f，计算公式如下：

其中，Δw为16数据快速傅里叶变换的频域精度。

进一步地，步骤S2包括：

对基带正交波形B_i(n)+j*B_j(n)，其中，B_i(n)表示基带正交波形的同相位分量，B_j(n)表示基带正交波形的正交分量；计算瞬时相位

使用均值滤波器L＝(m₂/m₁)*[1,1,....1]对基带正交波形的相位时间图做平滑处理；其中，m₁为原处理速度，m₂为降速后的处理速度。

进一步地，步骤S3中根据极值的特点确定相位时间图中的波峰波谷位置的方法为：

极值的特点即是比前后一段范围内的各数据小或者大，根据这个极值的特点，遍历相位时间图，确定相位时间图中的极值，包括极大值和极小值；其中，极大值即为波峰，极小值即为波谷。

进一步地，步骤S4中将相位时间图由折线转化为直线的方法为：

在每个波峰波谷位置后，改变折线斜率；对于均值滤波后的相位θ(n)，计算翻折后的相位α(n)：

α(n)＝α(n-1)+(θ(n)-θ(n-1))*(-1)^q

其中，q表示从时刻1到时刻n的波峰波谷个数。

进一步地，步骤S5包括：

基于翻折后的相位α(n)，拟合直线的斜率Δα为：

其中，N为翻折后的相位α(n)的长度，a_n＝{2{0,1,2，…,N-1}-(N-1)}， 表示相位α(n)的平均值；

斜率Δα即为相位差，根据处理速度m₂，计算码元速率c：

计算拟合直线的截距α₀为：

基于截距α₀得到拟合直线为：

基于拟合直线得到误差指数e为：

基于误差指数e计算得到置信度P：

其中th_down、th_up分别表示误差指数的上下阈值。

本发明还提供一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，所述计算机终端可执行指令用于执行上述的基于码元速率的MSK调制识别方法。

本发明还提供一种计算装置，包括：

至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的基于码元速率的MSK调制识别方法。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明提出的基于码元速率的MSK调制识别方法，可用于判断接收信号是否为特定码元速率的MSK调制信号。该功能的实现基于频率估计与相位拟合，计算简单，实时性较好，能用于各种码元速率的MSK调制信号的侦察识别，具有很强的实用价值。如图8所示，在信号基带信噪比≥6dB时，正确识别概率不小于95％。

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为本发明实施例中基于码元速率的MSK调制识别方法的流程图。

图2为本发明实施例中的二次曲线拟合示意图。

图3为本发明实施例中的基带信号示意图。

图4为本发明实施例中的瞬时相位示意图。

图5为本发明实施例中的平滑处理后相位示意图。

图6为本发明实施例中的确定波峰波谷示意图。

图7为本发明实施例中的上下翻折后的效果图。

图8为本发明实施例中的直线拟合的效果图。

图9为本发明实施例中的识别概率与基带信噪比的关系示意图。

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。

实施例

如图1所示，本实施例提出一种基于码元速率的MSK调制识别方法，包括如下步骤：

S1，接收信号，采用快速傅里叶变换与二次曲线拟合相结合的方式估计接收信号的频率，再将接收信号下变频成基带正交波形；具体地：对接收信号x(n)，通过16数据快速傅里叶变换后得到频域信号X(k)：

其中，N＝16，k＝0,1,2,3,…,N-1；

考虑到频域精度与傅里叶变换的数量相关，较高的精度需求需要较多的傅里叶变换计算量，为了解决精度与计算量之间的矛盾，使用16数据快速傅里叶变换(FFT)后，将最大幅值A(w)与其左右相邻的幅度A(w-Δw)、A(w+Δw)，采用二次曲线拟合的方式得到拟合峰值对应的频率f，如图2所示，计算公式如下：

其中，Δw为16数据快速傅里叶变换的频域精度。

S2，计算基带正交波形的瞬时相位，然后使用均值滤波对基带正交波形的相位时间图做平滑处理；具体地：

对基带正交波形B_i(n)+j*B_j(n)，其中，B_i(n)表示基带正交波形的同相位分量，B_j(n)表示基带正交波形的正交分量；计算瞬时相位

使用均值滤波器L＝(m₂/m₁)*[1,1,....1]对基带正交波形的相位时间图做平滑处理；均值滤波器长度与降低的处理速度有关，若原处理速度为m₁(每秒)，降速后的处理速度为m₂(每秒)，则均值滤波器长度为m₁/m₂。步骤S2的处理效果如图3、图4、图5所示。

S3，对于均值滤波后的相位时间图，根据极值的特点确定相位时间图中的波峰波谷位置；具体地：

极值的特点即是比前后一段范围内的各数据小或者大，根据这个极值的特点，遍历相位时间图，确定相位时间图中的极值，包括极大值和极小值；其中，极大值即为波峰，极小值即为波谷。步骤S3的处理效果如图6所示。

S4，上下翻折每个波峰波谷的波形，将相位时间图由折线转化为直线；具体地：

在每个波峰波谷位置后，改变折线斜率；对于均值滤波后的相位θ(n)，计算翻折后的相位α(n)：

α(n)＝α(n-1)+(θ(n)-θ(n-1))*(-1)^q

其中，q表示从时刻1到时刻n的波峰波谷个数。步骤S4的处理效果如图7所示。

S5，拟合直线斜率，估计相位差，计算码元速率与置信度；具体地：

基于翻折后的相位α(n)，拟合直线的斜率Δα为：

其中，N为翻折后的相位α(n)的长度，a_n＝{2{0,1,2，…,N-1}-(N-1)}， 表示相位α(n)的平均值，处理效果如图8所示；

斜率Δα即为相位差，根据处理速度m₂，计算码元速率c：

计算拟合直线的截距α₀为：

基于截距α₀得到拟合直线为：

基于拟合直线得到误差指数e为：

基于误差指数e计算得到置信度P：

其中th_down、th_up分别表示误差指数的上下阈值，上下阈值可以由大量试验统计得到。

S6，若码元速率与先验信息的误差在一定范围内，则接收信号为目标侦察的MSK调制信号，并且置信度越高，该结论的可信度越高；反之则不是目标侦察的MSK调制信号。

由上可知，本发明提出的基于码元速率的MSK调制识别方法，可用于判断接收信号是否为特定码元速率的MSK调制信号。该功能的实现基于频率估计与相位拟合，计算简单，实时性较好，能用于各种码元速率的MSK调制信号的侦察识别，具有很强的实用价值。如图9所示，在信号基带信噪比≥6dB时，正确识别概率不小于95％。

此外，在一些实施例中，提出一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，所述计算机终端可执行指令用于执行如前文实施例所述的基于码元速率的MSK调制识别方法。计算机存储介质的示例包括磁性存储介质(例如，软盘、硬盘等)、光学记录介质(例如，CD-ROM、DVD等)或存储器，如存储卡、ROM或RAM等。计算机存储介质也可以分布在网络连接的计算机系统上，例如是应用程序的商店。

此外，在一些实施例中，提出一种计算装置，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如前文实施例所述的基于码元速率的MSK调制识别方法。计算装置的示例包括PC机、平板电脑、智能手机或PDA等。

以上所述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 (8)

1.一种基于码元速率的MSK调制识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，接收信号，采用快速傅里叶变换与二次曲线拟合相结合的方式估计接收信号的频率，再将接收信号下变频成基带正交波形；

S2，计算基带正交波形的瞬时相位，然后使用均值滤波对基带正交波形的相位时间图做平滑处理；

S3，对于均值滤波后的相位时间图，根据极值的特点确定相位时间图中的波峰波谷位置；

S4，上下翻折每个波峰波谷的波形，将相位时间图由折线转化为直线；

S5，拟合直线斜率，估计相位差，计算码元速率与置信度；

S6，若码元速率与先验信息的误差在一定范围内，则接收信号为目标侦察的MSK调制信号，并且置信度越高，该结论的可信度越高；反之则不是目标侦察的MSK调制信号。

2.根据权利要求1所述的基于码元速率的MSK调制识别方法，其特征在于，步骤S1中采用快速傅里叶变换与二次曲线拟合相结合的方式估计接收信号的频率的方法为：

对接收信号x(n)，通过16数据快速傅里叶变换后得到频域信号X(k)：

其中，N＝16，k＝0,1,2,3,…,N-1；

使用16数据快速傅里叶变换后，将最大幅值A(w)与其左右相邻的幅度A(w-Δw)、A(w+Δw)，采用二次曲线拟合的方式得到拟合峰值对应的频率f，计算公式如下：

其中，Δw为16数据快速傅里叶变换的频域精度。

3.根据权利要求2所述的基于码元速率的MSK调制识别方法，其特征在于，步骤S2包括：

对基带正交波形B_i(n)+j*B_j(n)，其中，B_i(n)表示基带正交波形的同相位分量，B_j(n)表示基带正交波形的正交分量；计算瞬时相位

使用均值滤波器L＝(m₂/m₁)*[1,1,....1]对基带正交波形的相位时间图做平滑处理；其中，m₁为原处理速度，m₂为降速后的处理速度。

4.根据权利要求3所述的基于码元速率的MSK调制识别方法，其特征在于，步骤S3中根据极值的特点确定相位时间图中的波峰波谷位置的方法为：

极值的特点即是比前后一段范围内的各数据小或者大，根据这个极值的特点，遍历相位时间图，确定相位时间图中的极值，包括极大值和极小值；其中，极大值即为波峰，极小值即为波谷。

5.根据权利要求4所述的基于码元速率的MSK调制识别方法，其特征在于，步骤S4中将相位时间图由折线转化为直线的方法为：

在每个波峰波谷位置后，改变折线斜率；对于均值滤波后的相位θ(n)，计算翻折后的相位α(n)：

α(n)＝α(n-1)+(θ(n)-θ(n-1))*(-1)^q

其中，q表示从时刻1到时刻n的波峰波谷个数。

6.根据权利要求5所述的基于码元速率的MSK调制识别方法，其特征在于，步骤S5包括：

基于翻折后的相位α(n)，拟合直线的斜率Δα为：

其中，N为翻折后的相位α(n)的长度，a_n＝{2{0,1,2，…,N-1}-(N-1)}， 表示相位α(n)的平均值；

斜率Δα即为相位差，根据处理速度m₂，计算码元速率c：

计算拟合直线的截距α₀为：

基于截距α₀得到拟合直线为：

基于拟合直线得到误差指数e为：

基于误差指数e计算得到置信度P：

其中th_down、th_up分别表示误差指数的上下阈值。

7.一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，其特征在于，所述计算机终端可执行指令用于执行如权利要求1-6中任一权利要求所述的基于码元速率的MSK调制识别方法。

8.一种计算装置，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-6中任一权利要求所述的基于码元速率的MSK调制识别方法。