CN116346197B - Uhf频段特定卫星信号分析设备和分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的UHF频段特定卫星信号分析设备和分析方法，其中，分析设备包括：第一接收模块、第二接收模块；处理器，用于执行存储在存储器中的程序模块。本发明的UHF频段特定卫星信号分析方法包括：接收UFO信号；去除非特定频率的信号，对整个数据进行特定信号特征识别，并根据所述特征进行数据比对，判断是否为特定信号。本发明的UHF频段特定卫星信号分析设备和分析方法，解决了硬件完成信号处理对新信号的能力弱，迭代能力差，前期投入成本高等问题。为UHF频段特定卫星信号分析监测等创造了条件。
Description
技术领域
本发明涉及卫星信号的接收与分析，特别是涉及一种UHF频段特定卫星信号分析设备和分析方法。
背景技术
按照频谱划分,特高频(UHF)的频率范围为300MHz到3000MHz。在UHF卫星通信中,通常使用UHF中较低的频段,偶尔还会用到频率范围为30～300MHz的VHF频段。美海军、海军陆战队、空军和陆军中的全球通信，大都依赖UHF卫星通信频段。
特高频后续(UHF Follow-on,UFO)卫星系统是当前美军在UHF频段上使用的窄带军事卫星通信系统。UFO卫星系统主要为美军部队提供2.4kbit/s全双工或4.8kbit/s半双工的语音及低速数据服务。过去二十多年里,美国参与的每一场大型战争都处于UFO卫星的覆盖范围内。UFO系统在这些战争中表现出色,为各作战单元提供了良好的服务。因此，对于该频段战术信号的自动监测及解调、译码极为重要。
卫星信号分析处理平台常用技术路线有如下两种：一是使用硬件完成信号预处理、A/D采集、DDC及相关数字信号处理，使用PC软件完成流程调度及界面显示。这种技术路线的优势是信号处理实时性好、设备稳定，但是应对新信号的能力弱，迭代能力差，前期投入成本高；二是使用PC软件完成信号处理。随着计算器总线速度的提升及GPU计算能力的提高，很多自动侦察设备采用信号采集板加GPU服务器加软件处理的模式。这种技术路线的优势是应对新信号能力强，迭代快，缺点是设备体积大，便携性不足，同时功耗较高，处理突发信号的能力相对较弱。
发明内容
本发明的目的是提供一种UHF频段特定卫星信号分析设备和分析方法。
本发明的UHF频段特定卫星信号分析设备，包括：
第一接收模块，用于接收UFO上行信号；
第二接收模块，用于接收UFO下行信号；
北斗授时模块，用于接收GPS/北斗卫星信号，同步产生授时信号；
处理器，用于执行存储在存储器中的以下程序模块：
数字下变频模块，用于接收第一接收模块、第二接收模块输出的信号，输出IQ数据和实数据；
FFT模块，用于接收数字下变频模块输出的采样率为51.2MHz、带宽为40MHz的IQ数据，得到42个子带IQ数据，然后进行采集、加窗、FFT运算、倒谱、求幅度、对数运算，并校准数字增益后输出频谱数据；
打包上传模块，用于接收FFT模块的频谱数据、授时信号以及数字下变频模块的宽带IQ数据、宽带实数据并向外输出；
参数解析模块，用于接收打包上传模块输出的数据，去除非特定频率的信号，进行信号试解调，对整个数据进行特定信号特征识别，并根据所述特征进行数据比对，判断是否为特定信号。
本发明的UHF频段特定卫星信号分析设备，其中，参数解析模块包括载波检测模块、参数测量模块、调制分析模块、信号解调模块、编码识别模块、算法模块。
本发明的UHF频段特定卫星信号分析设备，其中，储存器还用于储存频率信息。
本发明的UHF频段特定卫星信号分析方法，使用UHF频段特定卫星信号分析设备，包括：
接收并处理UFO上行信号，接收UFO下行信号，输出IQ数据和实数据；
接收GPS/北斗卫星信号，同步产生授时信号；
处理采样率为51.2MHz、带宽为40MHz的IQ数据，得到42个子带IQ数据，然后进行采集、加窗、FFT运算、倒谱、求幅度、对数运算，并校准数字增益后输出频谱数据；
接收频谱数据、授时信号以及IQ数据、实数据，去除非特定频率的信号，进行信号试解调，对整个数据进行特定信号特征识别，并根据所述特征进行数据比对，判断是否为特定信号。
本发明的UHF频段特定卫星信号分析方法，其中，去除非特定频率的信号包括：
对指定频点的数据进行频率判断，与数据库频率进行比对，去除非特定频率的信号；
对指定频点数据进行采集，将采集后的数据进行突发检测、速率测量和调制方式识别，从而去除非特定信号。
本发明的技术方案提供了一种UHF频段特定卫星信号分析设备和分析方法，其中，UHF频段特定卫星信号分析设备基于软件无线电技术搭建，使用双通道高性能接收采集模块实现UHF频段特定卫星信号的接收采集，使用搭载GPU的高性能计算器实现宽带频谱、DDC、体制规格识别、调制识别、数字解调及解译，使用双通道来解决截获及处理矛盾问题，解决了硬件完成信号处理对新信号的能力弱，迭代能力差，前期投入成本高等问题。为UHF频段特定卫星信号分析监测等创造了条件。
附图说明
图1为本发明的UHF频段特定卫星信号分析设备的结构示意图；
图2为本发明的UHF频段特定卫星信号分析设备的功能示意图；
图3为计算器的判证流程示意图。
具体实施方式
本发明的UHF频段特定卫星信号分析设备，包括：
第一接收模块，用于接收UFO上行信号；
第二接收模块，用于接收UFO下行信号；
北斗授时模块，用于接收GPS/北斗卫星信号，同步产生授时信号；
处理器，用于执行存储在存储器中的以下程序模块：
数字下变频模块，用于接收第一接收模块、第二接收模块输出的信号，输出IQ数据和实数据；
FFT模块，用于接收数字下变频模块输出的采样率为51.2MHz、带宽为40MHz的IQ数据，得到42个子带IQ数据，然后进行采集、加窗、FFT运算、倒谱、求幅度、对数运算，并校准数字增益后输出频谱数据；
打包上传模块，用于接收FFT模块的频谱数据、授时信号以及数字下变频模块的宽带IQ数据、宽带实数据并向外输出；
参数解析模块，用于接收打包上传模块输出的数据，去除非特定频率的信号，进行信号试解调，对整个数据进行特定信号特征识别，并根据所述特征进行数据比对，判断是否为特定信号。
本发明的UHF频段特定卫星信号分析设备，其中，参数解析模块包括载波检测模块、参数测量模块、调制分析模块、信号解调模块、编码识别模块、算法模块。
本发明的UHF频段特定卫星信号分析设备，其中，储存器还用于储存频率信息。
本发明的UHF频段特定卫星信号分析方法，使用UHF频段特定卫星信号分析设备，包括：
接收并处理UFO上行信号，接收UFO下行信号，输出IQ数据和实数据；
接收GPS/北斗卫星信号，同步产生授时信号；
处理采样率为51.2MHz、带宽为40MHz的IQ数据，得到42个子带IQ数据，然后进行采集、加窗、FFT运算、倒谱、求幅度、对数运算，并校准数字增益后输出频谱数据；
接收频谱数据、授时信号以及IQ数据、实数据，去除非特定频率的信号，进行信号试解调，对整个数据进行特定信号特征识别，并根据所述特征进行数据比对，判断是否为特定信号。
本发明的UHF频段特定卫星信号分析方法，其中，去除非特定频率的信号包括：
对指定频点的数据进行频率判断，与数据库频率进行比对，去除非特定频率的信号；
对指定频点数据进行采集，将采集后的数据进行突发检测、速率测量和调制方式识别，从而去除非特定信号。
本发明的技术方案提供了一种UHF频段特定卫星信号分析设备和分析方法，其中，UHF频段特定卫星信号分析设备基于软件无线电技术搭建，使用双通道高性能接收采集模块实现UHF频段特定卫星信号的接收采集，使用搭载GPU的高性能计算器实现宽带频谱、DDC、体制规格识别、调制识别、数字解调及解译，使用双通道来解决截获及处理矛盾问题，解决了硬件完成信号处理对新信号的能力弱，迭代能力差，前期投入成本高等问题。为UHF频段特定卫星信号分析监测等创造了条件。
本发明的UHF频段特定卫星信号分析设备基于软件无线电技术搭建，使用高性能接收采集模块实现UHF频段特定卫星信号的接收采集，使用搭载GPU的高性能计算器平台软件实现宽带频谱、DDC、体制规格识别、调制识别、数字解调及解译，使用双通道来解决截获及处理矛盾问题，克服了上述两类架构的明显不足。
本发明的UHF频段特定卫星信号分析设备包括两个独立的射频接收模块、高性能计算器、GPU处理卡、北斗授时模块及频谱监视与信号分析处理软件组成，系统平台组成图如图1所示。
UFO上行、下行信号分别接入到独立的两个接收模块，完成最大实时带宽40MHz的信号接收采集功能。
通过USB 3.0接口将接收模块采集的数据接入到计算器，经DDR4内存进行数据高速缓存处理，之后送到GPU卡进行数字信号处理，其主要工作如下：
1、根据任务要求的FFT分辨率，完成全景扫描，并输出频谱数据；
2、根据任务要求的DDC参数，实现两个接收通道多路DDC信号采集，并输出多路DDC时域IQ数据(或实数据)。
数字信号处理软件主要功能包括参数解析、DDC、FFT、打包上传等功能。回传的结果包含1路宽带IQ数据/宽带实数据、1路FFT频谱数据、多路窄带IQ数据/窄带实数据等，所有数据通过PCIE选择性传输到计算器进行后续分析识别工作。
数字信号处理软件功能划分如下图所示
(1)DDC降采样模块
宽带DDC模块输出包含IQ数据和实数据，实数据采样率为IQ数据采样率的2倍，中频为fs/4。宽带DDC的带宽为40MHz，宽带DDC数据除送至打包上传模块外，还会选择一路送至FFT模块获得频谱数据。
通过对DDC IQ数据进行插值滤波将采样率提高一倍，再通过上变频得到DDC实数据。
(2)FFT模块
FFT模块接收DDC输出的采样率为51.2MHz、带宽为40MHz的IQ数据，先通过多相滤波，实现全频段信道化(40MHz带宽)，得到42个子带IQ数据，子带IQ数据的采样率为1.6MHz、带宽为1.25MHz。然后进行采集、加窗、FFT运算、倒谱、求幅度、对数运算，并校准数字增益后打包上传子带频谱数据。子带频谱数据在上位机进行频谱拼接。
(3)打包上传模块
打包上传模块通过1路USB3接口向外输出FFT频谱数据、宽带IQ数据、宽带实数据等。
GPU卡与计算器采用PCIe接口进行通信。板卡PCIe采用x4模式、Lane速率5GT/s，有效数据带宽高达16Gb/s。
计算器集成了信号处理与数值计算多种算法库，封装了从载波检测、参数测量、调制分析、信号解调等各种算法。支持BPSK、SBPSK、QPSK、SOQPSK、DQPSK、8PSK、CPFSK、CPM、8QAM等多种调制方式识别与解调。
计算器的判证规则流程为：第一步对指定频点的数据进行频率判断，与数据库频率进行比对，去除非特定频率的信号；第二步对指定频点数据进行采集，将采集后的数据进行突发检测、速率测量和调制方式识别，从而去除非特定信号；第三步进行BPSK/QPSK/CPM等信号试解调，解调结果输出后，对整个数据进行特定信号特征识别，并根据前述特征进行数据比对，判断是否为特定信号。具体流程如图3：
本发明的UHF频段特定卫星信号分析设备采用双通道高性能接收采集模块实现UHF频段特定卫星信号的接收采集，使用搭载GPU的高性能计算器平台加软件实现特定信号自动监测及识别、解调、译码等分析功能。实现硬件资源标准化，软件算法模块化
本发明的UHF频段特定卫星信号分析设备集成了信号处理与数值计算多种算法库，封装了从载波检测、参数测量、调制分析、信号解调、编码识别等各种算法。支持BPSK、SBPSK、SOQPSK、DQPSK、CPFSK、CPM多种调制方式识别与解调，可自动识别处理多种卫星UHF频段特定规格信号。算法模块采用面向对象的方法进行封装，用户可以根据业务需要在线实时配置。通过按业务需求配置算法模块，使系统在算法上更具针对性，可以有效提高信号检测、识别的速度和准确率。
本发明的技术方案提供了一种UHF频段特定卫星信号分析设备和分析方法，UHF频段特定卫星信号分析设备基于软件无线电技术搭建，使用双通道高性能接收采集模块实现UHF频段特定卫星信号的接收采集，使用搭载GPU的高性能计算器实现宽带频谱、DDC、体制规格识别、调制识别、数字解调及解译，使用双通道来解决截获及处理矛盾问题，解决了硬件完成信号处理对新信号的能力弱，迭代能力差，前期投入成本高等问题。为UHF频段特定卫星信号分析监测等创造了条件。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种UHF频段特定卫星信号分析设备，其特征在于，包括：
第一接收模块，用于接收UFO上行信号；
第二接收模块，用于接收UFO下行信号；
北斗授时模块，用于接收GPS/北斗卫星信号，同步产生授时信号；
处理器，用于执行存储在存储器中的以下程序模块：
数字下变频模块，用于接收第一接收模块、第二接收模块输出的信号，输出IQ数据和实数据；
FFT模块，用于接收数字下变频模块输出的采样率为51.2MHz、带宽为40MHz的IQ数据，得到42个子带IQ数据，然后进行采集、加窗、FFT运算、倒谱、求幅度、对数运算，并校准数字增益后输出频谱数据；
打包上传模块，用于接收FFT模块的频谱数据、授时信号以及数字下变频模块的宽带IQ数据、宽带实数据并向外输出；
参数解析模块，用于接收打包上传模块输出的数据，去除非特定频率的信号，进行信号试解调，对整个数据进行特定信号特征识别，并根据所述特征进行数据比对，判断是否为特定信号。
2.根据权利要求1所述的UHF频段特定卫星信号分析设备，其特征在于，参数解析模块包括载波检测模块、参数测量模块、调制分析模块、信号解调模块、编码识别模块、算法模块。
3.根据权利要求2所述的UHF频段特定卫星信号分析设备，其特征在于，储存器还用于储存频率信息。
4.一种UHF频段特定卫星信号分析方法，使用如权利要求1所述的UHF频段特定卫星信号分析设备，其特征在于，包括：
接收并处理UFO上行信号，接收UFO下行信号，输出IQ数据和实数据；
接收GPS/北斗卫星信号，同步产生授时信号；
处理采样率为51.2MHz、带宽为40MHz的IQ数据，得到42个子带IQ数据，然后进行采集、加窗、FFT运算、倒谱、求幅度、对数运算，并校准数字增益后输出频谱数据；
接收频谱数据、授时信号以及IQ数据、实数据，去除非特定频率的信号，进行信号试解调，对整个数据进行特定信号特征识别，并根据所述特征进行数据比对，判断是否为特定信号。
5.根据权利要求4所述的UHF频段特定卫星信号分析方法，其特征在于，去除非特定频率的信号包括：
对指定频点的数据进行频率判断，与数据库频率进行比对，去除非特定频率的信号；
对指定频点数据进行采集，将采集后的数据进行突发检测、速率测量和调制方式识别，从而去除非特定信号。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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