CN115694714A - 一种多模式信号检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多模式信号检测方法，涉及信号检测技术领域。该方法包括接收待检测的多模式信号；根据多模式信号的时频特性，估计多目标信号频率；基于多目标信号频率获取基带信号，并根据基带信号的相位特征识别信号调制方式；针对不同的信号调制方式和对应的信号序列的相位特征进行解调，得到多模式信号的检测结果。本发明能够实现未知信号的检测识别，无需各目标信号独立侦察，减少了硬件资源需要；并且能够有效识别2fsk/2psk/msk调制信号并且完成解码，计算简单方便，利于工程实现。
Description
技术领域
本发明涉及信号检测技术领域，具体涉及一种多模式信号检测方法。
背景技术
电子侦察是利用侦察设备，通过截获敌方辐射信号，并对其进行测量、分析、识别和定位等处理，从而获取敌方信号的技术参数，及辐射源位置、型号等情报，是对敌进行电子攻击和电子防御的必要基础条件。在现代战场的复杂电磁环境中，各侦收对象的信号频率、调制方式都不同，针对复杂环境下多模式信号的接收问题，目前解决方法是对不同侦察信号提供独立的侦察资源，即独立侦察特定频率和特定调制方式的信号。该方法对特定目标的侦察效果好，但是当需要侦察信号较多时，对侦察设备的资源要求过大，对设备的功耗、散热等性能要求较高，不利于多功能综合化小型化。
发明内容
针对现有技术无法在复杂电磁信号环境下侦察检测识别不同频率、调制方式信号的问题，本发明提供了一种多模式信号检测方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种多模式信号检测方法，包括以下步骤：
接收待检测的多模式信号；
根据多模式信号的时频特性，估计多目标信号频率；
基于多目标信号频率获取基带信号，并根据基带信号的相位特征识别信号调制方式；
针对不同的信号调制方式和对应的信号序列的相位特征进行解调，得到多模式信号的检测结果。
可选地，所述根据多模式信号的时频特性，估计多目标信号频率，具体包括：
采用功率谱估计方法对多模式信号进行处理，得到多模式信号的时频图；
采用时域滤波方法对多模式信号的时频图进行处理，得到滤波处理后的时频图；
采用非极大值抑制方法对滤波处理后的时频图进行处理，得到非极大值处理后的时频图；
基于非极大值处理后的时频图，估计多目标信号的频率。
可选地，所述采用功率谱估计方法对多模式信号进行处理，得到多模式信号的时频图，具体包括：
基于多模式信号的码片宽度设定预设宽度，获取预设宽度的窗口内的信号序列，以预设滑动步进值滑动窗口，采用周期图法根据每滑动一次窗口内的信号序列计算对应的功率谱，直至窗口滑动至接收信号结束位置，得到该信号的时频图。
可选地，所述采用周期图法根据每滑动一次窗口内的信号序列计算对应的功率谱的计算方式为：
其中，
为时刻t的频域中频点w的值，N为预设宽度，n={0,1,2,3,…N-1}，
为时刻t的信号序列的第n个信号的值，j为复数单位。
可选地，所述采用时域滤波方法对多模式信号的时频图进行处理，得到滤波处理后的时频图，具体包括：
将多模式信号的时频图在各频点上，在时域维度做均值滤波，计算方式为：
其中，
为滤波处理后的时刻t 0的频域中频点w的值，L为匹配滤波器长度，
为时刻t i 的频域中频点w的值，i={0,1,2,3,…L-1}，F为匹配滤波器系数。
可选地，所述采用非极大值抑制方法对滤波处理后的时频图进行处理，得到非极大值处理后的时频图，具体包括：
基于滤波处理后的时频图，比较时刻t i 的频域中频点w j 的值
与相邻频点w j+1、w j-1的值
、
的大小关系；
若
且
，则保留频点w j 的值
；
否则抑制频点w j 的值
，将其置0。
可选地，所述基于非极大值处理后的时频图，估计多目标信号的频率，具体包括：
基于非极大值处理后的时频图，统计各个频点在所有时刻上非零值的个数，选取非零个数的局部最大值为多目标信号的频率。
可选地，所述基于多目标信号频率获取基带信号，并根据基带信号的相位特征识别信号调制方式，具体包括：
对多目标信号的频点分别进行下变频操作，得到基带信号；
根据基带信号的能量大小，确定信号脉冲位置；
采用均值滤波对信号脉冲进行平滑，得到平滑后的基带脉冲序列；
基于平滑后的基带脉冲序列，在时域维度逐个时刻计算信号相位，并进行相位修正；
根据相邻三个相位确定相位图中拐点位置；
根据拐点的相位判定信号调制方式。
可选地，所述根据相邻三个相位确定相位图中拐点位置，具体包括：
以相位轴为纵轴，时间轴为横轴，基于相邻三个相位点计算以中间相位点为角所构成的角度，根据三个相位点所构成的角度确定拐点位置。
可选地，所述针对不同的信号调制方式和对应的信号序列的相位特征进行解调，得到多模式信号的检测结果，具体包括：
以拐点时间间隔的最小值为一个码片的宽度，初始值为0，每经过一个拐点将拐点值进行一次翻转，得到多模式信号的解码结果。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明能够实现未知信号的检测识别，无需各目标信号独立侦察，减少了硬件资源需要。
（2）本发明采用滤波、非极大值抑制等方法分析时频图，很好地实现了多目标不同频率信号的检测和频率估计。
（3）本发明有效识别2fsk/2psk/msk调制信号并且完成解码，计算简单方便，利于工程实现。
附图说明
图1为本发明实施例中一种多模式信号检测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中得到的信号的时频图示意图；
图3为本发明实施例中Msk调制的相位图示意图；
图4为本发明实施例中2Psk调制的相位图示意图；
图5为本发明实施例中2Fsk调制的相位图示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
本发明的基本思想是将多模式信号检测问题转化为多目标信号频率估计问题、多调制识别、适用不同调制方式的解调算法设计问题，根据接收信号时频特性，估计多目标信号频率，基于每个信号频率分别处理，获得基带信号，再根据基带信号的相位特征识别msk/2psk/2fsk的调制方式，最后进行解码操作。
如图1所示，本发明实施例提供了一种多模式信号检测方法，包括以下步骤S1至S4：
S1、接收待检测的多模式信号；
S2、根据多模式信号的时频特性，估计多目标信号频率；
在本发明的一个可选实施例中，本发明根据多模式信号的时频特性，估计多目标信号频率，具体包括以下分步骤S21至S24：
S21、采用功率谱估计方法对多模式信号进行处理，得到多模式信号的时频图；
S22、采用时域滤波方法对多模式信号的时频图进行处理，得到滤波处理后的时频图；
S23、采用非极大值抑制方法对滤波处理后的时频图进行处理，得到非极大值处理后的时频图；
S24、基于非极大值处理后的时频图，估计多目标信号的频率。
在本发明的一个可选实施例中，本发明采用功率谱估计方法对多模式信号进行处理，得到多模式信号的时频图，具体包括：
基于多模式信号的码片宽度设定预设宽度，获取预设宽度的窗口内的信号序列，以预设滑动步进值滑动窗口，采用周期图法根据每滑动一次窗口内的信号序列计算对应的功率谱，直至窗口滑动至接收信号结束位置，得到该信号的时频图。
具体而言，本发明基于获取的多个信号的码片宽度，取最小码片宽度作为预设宽度，并以1个采样间隔作为滑动步进，每滑动一次得到一组功率谱，即设t时刻预设宽度的窗口内的信号序列为
，其中N为预设宽度，
的长度为M，通过在
后补M-N个0实现，即M≥N，M的大小决定功率谱的频率精度，若接收信号为实信号，采样率为fs，则功率谱的频率精度为fs/(2M)；若接收信号为复信号，采样率为fs，则功率谱的频率精度为fs/M。采用周期图法根据每滑动一次窗口内的信号序列计算对应的功率谱的计算方式为：
其中，
为时刻t的频域中频点w的值，N为预设宽度，n={0,1,2,3,…N-1}，
为时刻t的信号序列的第n个信号的值，j为复数单位，j 2=-1。得到信号的时频图，如图2所示。
在本发明的一个可选实施例中，本发明采用时域滤波方法对多模式信号的时频图进行处理，得到滤波处理后的时频图，具体包括：
将多模式信号的时频图在各频点上，在时域维度做均值滤波，计算方式为：
其中，
为滤波处理后的时刻t 0的频域中频点w的值，L为匹配滤波器长度，
为时刻t i 的频域中频点w的值，i={0,1,2,3,…L-1}，F为匹配滤波器系数，
，长度L一般为预设宽度N的整数倍，倍数越高平滑效果越好，越是容易估计到准确的频率，但是当N*L大于接收信号的脉冲宽度，即N大于信号的码片个数时，会影响估计频率的准确性。
在本发明的一个可选实施例中，本发明采用非极大值抑制方法对滤波处理后的时频图进行处理，得到非极大值处理后的时频图，具体包括：
基于滤波处理后的时频图，比较时刻t i 的频域中频点w j 的值
与相邻频点w j+1、w j-1的值
、
的大小关系；
若
且
，则保留频点w j 的值
；
否则抑制频点w j 的值
，将其置0。
在本发明的一个可选实施例中，本发明基于非极大值处理后的时频图，估计多目标信号的频率，具体包括：
基于非极大值处理后的时频图
，统计各个频点在所有时刻上非零值的个数，选取非零个数的局部最大值为多目标信号的频率。
其中具体的选取原则为：
（1）局部范围为左右相邻的6个频率点，范围选择越大则被估计信号的频率分辨率越小；
（2）最大值需要大于某固定门限，这个固定门限根据统计非零值个数的时间采样总数确定，可以是时间采样总数的0.2倍，也可根据具体情况进行调整。
S3、基于多目标信号频率获取基带信号，并根据基带信号的相位特征识别信号调制方式；
在本发明的一个可选实施例中，本发明基于多目标信号频率获取基带信号，并根据基带信号的相位特征识别信号调制方式，具体包括以下分步骤S31至S36：
S31、对多目标信号的频点分别进行下变频操作，得到基带信号；
S32、根据基带信号的能量大小，确定信号脉冲位置；
S33、采用均值滤波对信号脉冲进行平滑，得到平滑后的基带脉冲序列；
S34、基于平滑后的基带脉冲序列，在时域维度逐个时刻计算信号相位，并进行相位修正；
S35、根据相邻三个相位确定相位图中拐点位置；
S36、根据拐点的相位判定信号调制方式。
在本发明的一个可选实施例中，本发明采用均值滤波对信号脉冲进行平滑，得到平滑后的基带脉冲序列u(t)=I(t)+Q(t)*1j，其中I、Q表示基带信号的同相分量以及正交分量，j为复数的虚部单位。
在本发明的一个可选实施例中，本发明基于平滑后的基带脉冲序列，在时域维度逐个时刻计算信号相位，计算方式为
其中，
为信号相位；
为得到平滑相位对
进行修正，修正原则为：
（1）若
，则
；
（2）若
，则
。
按照修正原则对所有的相位做平滑操作。
在本发明的一个可选实施例中，对于不同调制脉冲信号，得到平滑后的相位图是不同的，如图3、图4和图5所示。本发明根据相邻三个相位确定相位图中拐点位置，具体包括：
以相位轴为纵轴，时间轴为横轴，基于相邻三个相位点
，
以及
计算以中间相位点
为角所构成的角度，计算过程中设相邻时间单位为0.1。角度计算方法如下：
相邻相位点
，
组成的平面向量：
相邻相位点
，
组成的平面向量：
三个点以
为角所构成的角度：
其中，
为复数的虚部，
为复数的实部，
为
的共轭复数。由图3、图4和图5可知，在非拐点处夹角接近±π，因此确定拐点位置的原则为：
（1）所构成角度的绝对值小于固定阈值0.5π；
（2）所构成角度的绝对值是左右相邻点所构成角度中绝对值最小的。
基于以上方式即可确定相位图中拐点位置，如图3中圆圈所示。
在本发明的一个可选实施例中，根据拐点的相位取值即可判定调制方式是msk/2psk/2fsk中的哪一种，具体判定原则如下：
（1）若拐点相位差都处于π的整数倍上，则该调制方式为2psk；
（2）若相邻拐点相位两两基本一致，则该调制方式为2fsk；
（3）若拐点相位没有满足以上情况，且相邻相位满足增减交替，则该调制方式为msk。如表1~表3所示。
表1 msk调制下的解码过程
表2 2psk调制下的解码过程
表3 2fsk调制下的解码过程
S4、针对不同的信号调制方式和对应的信号序列的相位特征进行解调，得到多模式信号的检测结果。
在本发明的一个可选实施例中，本发明针对不同的信号调制方式和对应的信号序列的相位特征进行解调，得到多模式信号的检测结果，具体包括：
以拐点时间间隔的最小值为一个码片的宽度，初始值为0，每经过一个拐点将拐点值进行一次翻转，得到多模式信号的解码结果。
具体而言，信号序列的相位特征指的即是拐点对应的相位以及时间信息。以拐点时间间隔的最小值为一个码片的宽度，初始值为0，遇到一个拐点发生一次翻转，如表1~表3所示。
对于2fsk调制，与前一时刻的相位差接近时，对应的调制频率为下变频频率，否则，对应调制频率与下变频的频率之间有个固定差值，该差值
可根据信号采样频率
以及该相位段的斜率
计算而得：
从而完成2psk/2fsk/msk解码，如表1~表3所示，其中输入脉冲的实际编码皆为“00100000001000100000011100100110”。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种多模式信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
接收待检测的多模式信号；
根据多模式信号的时频特性，估计多目标信号频率；
基于多目标信号频率获取基带信号，并根据基带信号的相位特征识别信号调制方式；
针对不同的信号调制方式和对应的信号序列的相位特征进行解调，得到多模式信号的检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种多模式信号检测方法，其特征在于，所述根据多模式信号的时频特性，估计多目标信号频率，具体包括：
采用功率谱估计方法对多模式信号进行处理，得到多模式信号的时频图；
采用时域滤波方法对多模式信号的时频图进行处理，得到滤波处理后的时频图；
采用非极大值抑制方法对滤波处理后的时频图进行处理，得到非极大值处理后的时频图；
基于非极大值处理后的时频图，估计多目标信号的频率。
3.根据权利要求2所述的一种多模式信号检测方法，其特征在于，所述采用功率谱估计方法对多模式信号进行处理，得到多模式信号的时频图，具体包括：
基于多模式信号的码片宽度设定预设宽度，获取预设宽度的窗口内的信号序列，以预设滑动步进值滑动窗口，采用周期图法根据每滑动一次窗口内的信号序列计算对应的功率谱，直至窗口滑动至接收信号结束位置，得到该信号的时频图。
4.根据权利要求3所述的一种多模式信号检测方法，其特征在于，所述采用周期图法根据每滑动一次窗口内的信号序列计算对应的功率谱的计算方式为：
其中，
为时刻t的频域中频点w的值，N为预设宽度，n={0,1,2,3,…N-1}，
为时刻t的信号序列的第n个信号的值，j为复数单位。
5.根据权利要求2所述的一种多模式信号检测方法，其特征在于，所述采用时域滤波方法对多模式信号的时频图进行处理，得到滤波处理后的时频图，具体包括：
将多模式信号的时频图在各频点上，在时域维度做均值滤波，计算方式为：
其中，
为滤波处理后的时刻t 0的频域中频点w的值，L为匹配滤波器长度，
为时刻t i 的频域中频点w的值，i={0,1,2,3,…L-1}，F为匹配滤波器系数。
6.根据权利要求2所述的一种多模式信号检测方法，其特征在于，所述采用非极大值抑制方法对滤波处理后的时频图进行处理，得到非极大值处理后的时频图，具体包括：
基于滤波处理后的时频图，比较时刻t i 的频域中频点w j 的值
与相邻频点w j+1、w j-1的值
、
的大小关系；
若
且
，则保留频点w j 的值
；
否则抑制频点w j 的值
，将其置0。
7.根据权利要求2所述的一种多模式信号检测方法，其特征在于，所述基于非极大值处理后的时频图，估计多目标信号的频率，具体包括：
基于非极大值处理后的时频图，统计各个频点在所有时刻上非零值的个数，选取非零个数的局部最大值为多目标信号的频率。
8.根据权利要求1所述的一种多模式信号检测方法，其特征在于，所述基于多目标信号频率获取基带信号，并根据基带信号的相位特征识别信号调制方式，具体包括：
对多目标信号的频点分别进行下变频操作，得到基带信号；
根据基带信号的能量大小，确定信号脉冲位置；
采用均值滤波对信号脉冲进行平滑，得到平滑后的基带脉冲序列；
基于平滑后的基带脉冲序列，在时域维度逐个时刻计算信号相位，并进行相位修正；
根据相邻三个相位确定相位图中拐点位置；
根据拐点的相位判定信号调制方式。
9.根据权利要求8所述的一种多模式信号检测方法，其特征在于，所述根据相邻三个相位确定相位图中拐点位置，具体包括：
以相位轴为纵轴，时间轴为横轴，基于相邻三个相位点计算以中间相位点为角所构成的角度，根据三个相位点所构成的角度确定拐点位置。
10.根据权利要求1所述的一种多模式信号检测方法，其特征在于，所述针对不同的信号调制方式和对应的信号序列的相位特征进行解调，得到多模式信号的检测结果，具体包括：
以拐点时间间隔的最小值为一个码片的宽度，初始值为0，每经过一个拐点将拐点值进行一次翻转，得到多模式信号的解码结果。
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