CN201418085Y - 一种用于ds-cdma系统各类干扰信号检测的变换识别装置 - Google Patents

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Abstract

为了解决现存无线DS－CDMA通信设备中各类干扰信号类型检测不完全的问题，本实用新型提供一种变换识别检测装置，可以对脉冲干扰、线性调频干扰和窄带干扰进行检测，且当检测结果为窄带干扰时，进一步检测窄带干扰类型为音频干扰、数字窄带干扰或自回归随机过程。本实用新型的装置包括接收无线通信信号并将其下变频到中频信号。数字化中频信号，解调数字信号，并通过切普匹配滤波提取采样信号。检测方案首先在时域、分数阶傅立叶变换域和傅立叶变换域计算采样信号的压缩特征值，进行最大值判决。当最大值分别为时域、分数阶傅立叶变换域或傅立叶变换域特征值时，可检测干扰信号分别为脉冲干扰、线性调频干扰或窄带干扰。如果检测干扰信号为窄带干扰，继而利用音频干扰、数字窄带干扰和自回归随机过程的不同谱均值－方差特征对各类窄带干扰进行检测。

Description

一种用于DS-CDMA系统各类干扰信号检测的变换识别装置
技术领域
本实用新型设计一种在直扩-码分多址(DS-CDMA)无线通信设备中检测各类干扰信号的装置。本装置特别涉及到在DS-CDMA无线通信设备中检测脉冲干扰、检测线性调频干扰、检测窄带干扰，以及检测窄带干扰类型，包括对音频干扰、数字窄带干扰、自回归随机过程的检测。
背景技术
无线直扩-码分多址(DS-CDMA)系统由于具有优良的共道性能被广泛应用于移动通信及个人通信业务中，不但如此，DS-CDMA系统也引起了军用及民用测控领域的广泛重视。由于各类无线DS-CDMA系统所处的信道环境差异很大，导致了它们所面临的干扰也各有异同。从干扰类型的角度进行划分，无线信道面临最常见的干扰包括脉冲干扰、线性调频干扰及各类窄带干扰(音频干扰、数字窄带干扰、自回归随机过程)。虽然DS-CDMA系统自身具备一定的干扰抑制能力，但是有效的干扰抑制技术可以大大提升系统性能。随着无线通信技术的迅猛发展，对以上各类干扰的抑制技术发展较为完善，但都建立在对于扰类型已知的基础上。
现有技术多用于检测特定干扰是否存在。例如公开号CN 1447541，公开日是2003年10月08日，名称为“数字信号传输中的脉冲干扰检测方法”中采用对接收信号幅度进行检测的脉冲干扰检测方法。Torres在“Radar chirp detectionthrough wavelet transform，World Automation Congress，2002，Proceedings of the5th Biannual”一文采取了基于小波变换的线性调频干扰检测方法。授权公开号CN 100397800C，授权公开日是2008年6月25日，名称为“用于在DSSS系统中使用相变技术检测干扰信号的方法与设备”中授权了采用相变技术检测窄带干扰的方法。现有技术对多干扰进行检测的方法则比较匮乏，Pouttu在“Method Selection Diversity Approuach to Interference Suppression，IEEE 7th Int.Symp.on Spread Spectrum Tech.&Appl.，Prague，Czech Republic，Sept.2-5，2002”一文中虽然采取了基于输出信干噪比估计的滤波器组方案，滤波器组分别采取匹配滤波算法、连续均值消除算法、递归最小二乘算法和极点算法，通过选取最大输出信干噪比的支路完成干扰抑制而舍去了干扰类型的检测环节，对脉冲干扰、音频干扰进行抑制，但这一方案的缺点是只能通过确定滤波器组选取相对最优干扰抑制技术，无法针对干扰类型选取最优干扰抑制技术，同时系统的计算复杂度非常高，再者没有对其余干扰类型进行分析。因此，这种方案也无法替代对多干扰类型进行检测的技术。
相应的，克服现存无线DS-CDMA通信设备中各类干扰信号类型检测不完全问题的装置显著需要。
实用新型内容
本实用新型装置解决的问题是：提供一种可以检测DS-CDMA通信设备中各类干扰信号类型的变换识别检测装置，包括对脉冲干扰、线性调频干扰和窄带干扰进行检测，且当检测结果为窄带干扰时，进一步检测窄带干扰类型为音频干扰、数字窄带干扰或自回归随机过程，克服了现存装置对DS-CDMA通信设备中各类干扰信号类型检测不完全的问题。
本实用新型设备解决的方案包括：
(1)天线接收模块。接收无线通信信号包括有用信号DS-CDMA信号和干扰信号。有用信号可以是天基测控DS-CDMA信号或地基DS-CDMA信号或其它DS-CDMA信号；干扰信号为脉冲干扰、线性调频干扰、音频干扰、数字窄带干扰或自回归随机过程中的一类。
(2)下变频模块，包括中频变换模块和基带变换模块。
中频变换模块。将所述无线通信信号下变频到中频信号。首先通过带通滤波器处理无线通信信号，该滤波器优化地选择想要的频率；将带通滤波器耦合到放大器，放大器放大来自带通滤波器的信号；混合器将放大器的输出信号与来自本地振荡器的振荡信号混合，输出中频信号；再通过模数A/D转换器将所述中频信号转换到数字信号。
基带变换模块。将所述中频数字QPSK信号用两路相交的相干载波解调，其中一路信号进入混合器与来自数控振荡器的信号混合，另一路信号进入混合器并与来自数控振荡器经π/2移相器移相后的信号混合；将两路混合器的输出信号分别连接低通滤波器和抽样判决器；并将两路抽样判决器的输出信号经并/串器变换后，输出基带串行信号。以上模块基于DSP或FPGA器件实现。
(3)变换识别检测模块，包括检测脉冲干扰、线性调频干扰、窄带干扰的变换模块和检测音频干扰、数字窄带干扰、自回归随机过程的识别模块。
变换模块。将所述基带串行信号通过切普滤波采样和加窗存储，以提取切普加窗采样信号。将所述基带信号连接切普匹配滤波采样器，输出切普速率信息流；再将切普速率信息流连接加窗存储器，输出切普加窗采样信号。
切普滤波采样公式表示为
r ( m ) = 1 T c ∫ mT c ( m + 1 ) T c r ( t ) dt
其中r(t)为基带信号包络模型，Tc为直接序列扩频切普速率，得到的r(m)为切普滤波离散信号。
此处加窗存储公式为在处理时间[nTb，(n+1)Tb]内存储N个切普滤波离散信号r(m)，得到切普加窗采样信号。其中n为发送信号信息标号，Tb为发送信号周期，N＝Tb/Tc为扩频增益。这里设定对每个发送信号信息进行1个整周期的直接序列扩频。
将所述采样信号分别在时域、分数阶傅立叶变换域和傅立叶变换域计算相应的压缩特征值。
压缩特征值表示信号能量的集中程度，压缩特征值越集中于较小的采样点数，压缩特征值越大，定义为其中r(k)表示所述采样信号在时域、分数阶傅立叶变换域或傅立叶变换域的变换信号，K表示所述采样信号数目。
离散傅立叶变换公式表示为
R ( k ) = Σ n = 0 N - 1 r ( n ) e - j ( 2 π / N ) kn
分数阶傅立叶变换公式表示为
R a ( k ) = Σ n = 0 N - 1 θ a ( k , n ) r ( n )
其中θa(k，n)为离散傅立叶变换核函数，θa(k，n)采取特征分解型、离散采样型或核线性组合型。参数0＜|a|＜2，且a＝1时退化为经典的傅立叶变换。因此，本实用新型中的分数阶傅立叶变换最佳参数选取0＜a＜2且a≠1。
变换模块中，时域支路，将切普加窗采样信号直接送入压缩特征值计算器1，输出特征值1；分数阶傅立叶变换支路，将切普加窗采样信号送入分数阶傅立叶变换器，得到分数阶傅立叶变换信号，再将分数阶傅立叶变换器的输出信号送入压缩特征值计算器2，输出特征值2；傅立叶变换支路，将切普加窗采样信号送入傅立叶变换器，得到傅立叶变换信号，再将傅立叶变换器的输出信号送入压缩特征值计算器3，输出特征值3。最后将输出特征值1、输出特征值2、输出特征值3送入最大值判决器，当最大值判决器判决最大值为输出特征值1时，判定干扰为脉冲干扰；当最大值判决器判决最大值为输出特征值2时，判定干扰为线性调频干扰；当最大值判决器判决最大值为输出特征值3时，判定干扰为窄带干扰。
识别模块。当变换模块的检测结果为窄带干扰时，启动开关。首先将基带串行信号连接切普匹配滤波采样器，输出切普速率信息流；再将切普速率信息流连接加窗存储器，输出切普加窗采样信号。其次，将切普加窗采样信号送入傅立叶变换器，得到傅立叶变换信号，再将傅立叶变换器的输出傅立叶变换幅度谱信号送入谱均值-方差计算器，得到谱均值-方差特征。
谱均值-方差特征以傅立叶变换域幅度谱为特征空间，计算数据量为100个发送信号信息经扩频后的采样数据量，即在处理时间[nTb，(n+100)Tb]内存储100N个切普滤波采样信号r(m)，并计算其傅立叶变换域幅度谱。选取一定长度的滑动窗口对傅立叶变换幅度谱进行加窗处理，这里取滑动窗口数据量为10，加窗后计算每一个窗口的均值和方差，至此，得到谱均值-方差特征。
最后，将谱均值-方差特征送入判决器进行判决。当谱均值-方差特征存在少量几个谱均值、方差均远大于其它数据的数据点时，则检测干扰为音频干扰；当谱均值-方差特征存在一族渐进的谱均值、方差远大于其它数据的数据点时，则检测干扰为数字窄带干扰；当谱均值-方差特征存在随机数量的，仅谱均值远大于其它数据的数据点、仅方差远大于其它数据的数据点或者谱均值和方差均远大于其它数据的数据点时，则判定干扰类型为自回归随机过程。
此变换识别模块基于DSP或FPGA器件实现。
本实用新型与现有装置相比的有益效果是：
(1)本实用新型实现了对DS-CDMA通信设备中各类干扰信号类型的检测，克服了现存装置对各类干扰信号类型检测不完全的问题
(2)本实用新型所提出的变换识别设备在检测脉冲干扰、线性调频干扰和窄带干扰环节的计算复杂度为O(K log2K)，检测音频干扰、数字窄带干扰、自回归随机过程的计算复杂度为O(K+K log2K)，本实用新型的低运算复杂度易于工程实现。
附图说明
图1描绘无线通信系统的系统级图表，其中图1a描绘接收多星信息的地基系统的系统级图表，图1b描绘受多基站控制的天基系统的系统级图表；
图2描绘变换识别检测设备的无线通信系统接收框图；
图3描绘接收各类干扰信号的系统能量最集中的谱图，其中图3a-1描绘接收脉冲干扰的系统时域谱示意图，图3a-2描绘接收脉冲干扰的系统时域谱仿真图，图3b-1描绘接收线性调频干扰的系统分数阶傅立叶变换域谱示意图，图3b-2描绘接收线性调频干扰的系统分数阶傅立叶变换域谱仿真图，图3c-1描绘接收窄带干扰的系统傅立叶变换域谱示意图，图3c-2-1描绘接收音频干扰的系统傅立叶变换域谱仿真图，图3c-2-2描绘接收数字窄带干扰的系统傅立叶变换域谱仿真图，图3c-2-3描绘接收自回归随机过程的系统傅立叶变换域谱仿真图；
图4描绘接收各类窄带干扰的系统谱均值-方差特性图，其中图4a描绘接收音频干扰的系统谱均值-方差图，图4b描绘接收数字窄带干扰的系统谱均值-方差图，图4c描绘接收自回归随机过程的系统谱均值-方差图；
图5描绘本实用新型的实施流程图。
具体实施方式
在下面对本实用新型的详细描述中，参照了所附绘图，这些附图阐释特定的示例性实施例，本实用新型可实施于这些示例性实施例中。这些实施例以充分的细节描述，以允许本领域技术人员实施本实用新型，但可以利用其它实施例，并且可作出逻辑的、机械的、电器的与其它改变，而不偏离本实用新型的规范。因此，下面的详细描述不应被视作限制性的，且本实用新型的范围仅受所附权利要求书限制。
变换识别检测设备的具体实施方式包括：
(1)天线接收模块。接收无线通信信号包括有用信号DS-CDMA信号和干扰信号。有用信号可以是天基测控DS-CDMA信号、地基DS-CDMA信号或其它DS-CDMA信号；干扰信号为脉冲干扰、线性调频干扰、音频干扰、数字窄带干扰或自回归随机过程中的一类。
(2)下变频模块，包括中频变换模块和基带变换模块。
中频变换模块。将所述无线通信信号下变频到中频信号。首先通过带通滤波器处理无线通信信号，该滤波器优化地选择想要的频率；将带通滤波器耦合到放大器，放大器放大来自带通滤波器的信号；混合器将放大器的输出信号与来自本地振荡器的振荡信号混合，输出中频信号；再通过模数A/D转换器将所述中频信号转换到数字信号。
基带变换模块。将所述中频数字QPSK信号用两路相交的相干载波解调，其中一路信号进入混合器与来自数控振荡器的信号混合，另一路信号进入混合器并与来自数控振荡器经π/2移相器移相后的信号混合；将两路混合器的输出信号分别连接低通滤波器和抽样判决器；并将两路抽样判决器的输出信号经并/串器变换后，输出基带串行信号。以上模块基于DSP或FPGA器件实现。
(3)变换识别检测模块，包括检测脉冲干扰、线性调频干扰、窄带干扰的变换模块和检测音频干扰、数字窄带干扰、自回归随机过程的识别模块。
变换模块。将所述基带串行信号通过切普滤波采样和加窗存储，以提取切普加窗采样信号。将所述基带信号连接切普匹配滤波采样器，输出切普速率信息流；再将切普速率信息流连接加窗存储器，输出切普加窗采样信号。
切普滤波采样公式表示为
r ( m ) = 1 T c ∫ mT c ( m + 1 ) T c r ( t ) dt
其中r(t)为基带信号包络模型，Tc为直接序列扩频切普速率，得到的r(m)为切普滤波离散信号。
此处加窗存储公式为在处理时间[nTb，(n+1)Tb]内存储N个切普滤波离散信号r(m)，得到切普加窗采样信号。其中n为发送信号信息标号，Tb为发送信号周期，N＝Tb/Tc为扩频增益。这里设定对每个发送信号信息进行1个整周期的直接序列扩频。
将所述采样信号分别在时域、分数阶傅立叶变换域和傅立叶变换域计算相应的压缩特征值。
压缩特征值表示信号能量的集中程度，压缩特征值越集中于较小的采样点数，压缩特征值越大，定义为
Figure G2009201522963D00072
其中r(k)表示所述采样信号在时域、分数阶傅立叶变换域或傅立叶变换域的变换信号，K表示所述采样信号数目。
离散傅立叶变换公式表示为
R ( k ) = Σ n = 0 N - 1 r ( n ) e - j ( 2 π / N ) kn
分数阶傅立叶变换公式表示为
R a ( k ) = Σ n = 0 N - 1 θ a ( k , n ) r ( n )
其中θa(k，n)为离散傅立叶变换核函数，θa(k，n)采取特征分解型、离散采样型或核线性组合型。参数0＜|a|＜2，且a＝1时退化为经典的傅立叶变换。因此，本实用新型中的分数阶傅立叶变换最佳参数选取0＜a＜2且a≠1。
变换模块中，时域支路，将切普加窗采样信号直接送入压缩特征值计算器1，输出特征值1；分数阶傅立叶变换支路，将切普加窗采样信号送入分数阶傅立叶变换器，得到分数阶傅立叶变换信号，再将分数阶傅立叶变换器的输出信号送入压缩特征值计算器2，输出特征值2；傅立叶变换支路，将切普加窗采样信号送入傅立叶变换器，得到傅立叶变换信号，再将傅立叶变换器的输出信号送入压缩特征值计算器3，输出特征值3。最后将输出特征值1、输出特征值2、输出特征值3送入最大值判决器，当最大值判决器判决最大值为输出特征值1时，判定干扰为脉冲干扰；当最大值判决器判决最大值为输出特征值2时，判定干扰为线性调频干扰；当最大值判决器判决最大值为输出特征值3时，判定干扰为窄带干扰。
识别模块。当变换模块的检测结果为窄带干扰时，启动开关。首先将基带串行信号连接切普匹配滤波采样器，输出切普速率信息流；再将切普速率信息流连接加窗存储器，输出切普加窗采样信号。其次，将切普加窗采样信号送入傅立叶变换器，得到傅立叶变换信号，再将傅立叶变换器的输出傅立叶变换幅度谱信号送入谱均值-方差计算器，得到谱均值-方差特征。
谱均值-方差特征以傅立叶变换域幅度谱为特征空间，计算数据量为100个发送信号信息经扩频后的采样数据量，即在处理时间[nTb，(n+100)Tb]内存储100N个切普滤波采样信号r(m)，并计算其傅立叶变换域幅度谱。选取一定长度的滑动窗口对傅立叶变换幅度谱进行加窗处理，这里取滑动窗口数据量为10，加窗后计算每一个窗口的均值和方差，至此，得到谱均值-方差特征。
最后，将谱均值-方差特征送入判决器进行判决。当谱均值-方差特征存在少量几个谱均值、方差均远大于其它数据的数据点时，则检测干扰为音频干扰；当谱均值-方差特征存在一族渐进的谱均值、方差远大于其它数据的数据点时，则检测干扰为数字窄带干扰；当谱均值-方差特征存在随机数量的，仅谱均值远大于其它数据的数据点、仅方差远大于其它数据的数据点或者谱均值和方差均远大于其它数据的数据点时，则判定干扰类型为自回归随机过程。
此变换模块和识别模块均基于DSP或FPGA器件实现。
图1描绘无线通信系统的系统级图表。其中图1a描绘接收多星信息的地基系统的系统级图表，地面站(101)接收多个卫星(111，112...11L)信息的同时，不可避免的接收到了干扰机102发送的能量较有用信号高得多的干扰信号。此外，图1b描绘受多基站控制的天基系统的系统级图表，卫星(103)接收多个地面站(121，122...12L)控制信息的同时，不可避免的接收到了干扰机(104)发送的能量较有用信号高得多的干扰信号。特别的，卫星(111，112...11L)和地面站(121，122...12L)仅可利用DS-CDMA信号，干扰机(102，104)可利用脉冲干扰，线性调频干扰，或包括音频干扰、数字窄带干扰和自回归随机过程的窄带干扰。
图2描绘变换识别检测设备的无线通信系统接收框图。如图所示，天线(201)接收的无线通信信号(206)包括有用信号DS-CDMA信号和干扰信号，干扰信号为脉冲干扰、线性调频干扰、音频干扰、数字窄带干扰或自回归随机过程中的一类。将天线(201)耦合到中频变换模块(202)。在中频变换模块(202)中，首先通过带通滤波器(207)处理无线通信信号(206)，该滤波器优化地选择想要的频率，例如与DS-CDMA信号相关联的频率。带通滤波器(207)耦合到放大器(208)，该放大器放大来自带通滤波器(207)的信号。混合器(209)将放大器(208)的输出与来自本地振荡器(210)的振荡器信号混合。这样，混合器(209)下变频放大器(208)的输出信号，以提供中频信号(211)。在初始的下变频后，通过模数A/D转换器(212)将中频信号(211)转换到数字信号(213)。
由于QPSK信号可以看作是两个正交2PSK信号的叠加，所以用两路相交的相干载波去解调。其中一路信号进入混合器(216)并与来自数控振荡器(214)的信号混合，另一路信号进入混合器(217)并与来自数控振荡器(214)经π/2移相器(215)移相后的信号混合。将混合器(216)和混合器(217)输出的信号分别连接低通滤波器(218)和低通滤波器(219)。其后，将低通滤波器(218)的输出信号和低通滤波器(219)的输出信号分别连接抽样判决器(220)和抽样判决器(221)，并将抽样判决器(220)和抽样判决器(221)的输出信号经并/串器(222)变换后，成为基带串行数据(223)输出。此模块基于DSP或FPGA器件实现。
这样，带通滤波器(207)、放大器(208)、混合器(209)、本地振荡器(210)和模数A/D转换器(212)完成了中频变换模块(202)；数控振荡器(214)、π/2移相器(215)、混合器(216，217)、低通滤波器(218，219)、抽样判决器(220、221)和并/串器(222)完成了基带变换模块(203)。以上中频变换模块(202)和基带变换模块(203)共同完成了下变频模块。
在本实用新型中，干扰检测首先完成对脉冲干扰、线性调频干扰和窄带干扰的多类型干扰变换模块(204)。首先将基带串行数据(223)连接切普匹配滤波采样器(224)，输出切普速率信息流(225)。再将切普速率信息流(225)连接加窗存储器(226)，输出切普加窗采样信号(227)。特别的，切普加窗采样信号(227)的数据量为1个发送信号信息经扩频后的采样数据量。其次，将切普加窗采样信号(227)分别在时域、分数阶傅立叶变换域和傅立叶变换域计算相应的压缩特征值。其中，时域支路，将切普加窗采样信号(227)直接送入压缩特征值计算器1(228)，输出特征值1(229)；分数阶傅立叶变换支路，将切普加窗采样信号(227)送入分数阶傅立叶变换器(230)得到分数阶傅立叶变换信号，再将分数阶傅立叶变换器(230)的输出信号送入压缩特征值计算器2(231)，输出特征值2(232)；傅立叶变换支路，将切普加窗采样信号(227)送入傅立叶变换器(233)得到傅立叶变换信号，再将傅立叶变换器(233)的输出信号送入压缩特征值计算器3(234)，输出特征值3(235)。最后将输出特征值1(229)、输出特征值2(232)、输出特征值3(235)送入最大值判决器(236)。当最大值判决器(236)判决最大值为输出特征值1(229)时，判定干扰为脉冲干扰(237)；当最大值判决器(236)判决最大值为输出特征值2(232)时，判定干扰为线性调频干扰(238)；当最大值判决器(236)判决最大值为输出特征值3(235)时，判定干扰为窄带干扰(239)。
在本实用新型中，当多类型干扰变换检测模块(204)的检测结果为窄带干扰(239)时，启动开关(240)，通过窄带干扰类型识别模块(205)完成音频干扰、数字窄带干扰、自回归随机过程的窄带干扰类型检测。首先将基带串行数据(223)连接切普匹配滤波采样器(241)，输出切普速率信息流(242)。再将切普速率信息流(242)连接加窗存储器(243)，输出切普加窗采样信号(244)。特别的，切普加窗采样信号(244)的数据量为100个发送信号信息经扩频后的采样数据量。其次，将切普加窗采样信号(244)送入傅立叶变换器(245)得到傅立叶变换信号，再将傅立叶变换器(245)的输出傅立叶变换幅度谱信号送入谱均值-方差计算器(246)，得到谱均值-方差特征(247)。特别的，所述谱均值-方差特征为对傅立叶变换幅度谱进行数据量为10的加窗处理所得。最后，将谱均值-方差特征(247)送入判决器(248)进行判决。当谱均值-方差特征存在少量几个谱均值、方差均远大于其它数据的数据点时，则检测干扰为音频干扰(249)；当谱均值-方差特征存在一族渐进的谱均值、方差远大于其它数据的数据点时，则检测干扰为数字窄带干扰(250)；当谱均值-方差特征存在随机数量的，仅谱均值远大于其它数据的数据点、仅方差远大于其它数据的数据点或者谱均值和方差均远大于其它数据的数据点时，则判定干扰类型为自回归随机过程(251)。
这样，切普匹配滤波采样器(224)、加窗存储器(226)、压缩特征值计算器1(228)、分数阶傅立叶变换器(230)、压缩特征值计算器2(231)、傅立叶变换器(233)、压缩特征值计算器3(234)和最大值判决器(236)就构成了对脉冲干扰、线性调频干扰和窄带干扰进行检测的多类型干扰变换模块(204)；切普匹配滤波采样器(241)、加窗存储器(243)、傅立叶变换器(245)、谱均值-方差计算器(246)、判决器(248)就构成了对音频干扰、数字窄带干扰和自回归随机过程进行检测的窄带干扰类型识别模块(205)。变换模块(204)和识别模块(205)共同完成了对各类型干扰进行检测的变换识别检测模块。此模块基于DSP或FPGA器件实现。
至此，天线接收模块(201)、下变频器模块(202，203)、多类型干扰变换识别检测模块(204，205)完成了对脉冲干扰、线性调频干扰、音频干扰、数字窄带干扰和自回归随机过程的变换识别检测装置。
图3描绘接收各类干扰信号的系统能量最集中的谱图。其中，图3a-1、图3b-2、图3c-1描绘系统的谱图示意图，由于干扰信号能量远高于有用信号能量，可将有用信号谱图忽略。图3a-1描绘接收脉冲干扰的系统时域谱示意图，脉冲干扰的脉冲谱线(311，312...31L)在时域信号能量最集中。图3b-1描绘接收线性调频干扰的系统分数阶傅立叶变换域谱示意图，分数阶傅立叶变换为二维变换，在取最佳参数a(301)时，线性调频干扰的分数阶傅立叶变换域谱线(321，322...32L)信号能量最集中。分数阶傅立叶变换参量a的取值范围为0＜a＜2，当a＝1时，分数阶傅立叶变换退化为普通傅立叶变换，因此，本实用新型的分数阶傅立叶变换参量a取0＜a＜2且a≠1。图3c-1描绘接收窄带干扰的系统傅立叶变换域谱示意图，窄带干扰的傅立叶变换谱线(331，332...33L)信号能量最集中。
图3a-2给出了脉冲干扰的系统时域谱仿真图。仿真条件为：DS-CDMA系统包括三个用户；不同用户信息为随机发送等概的1，-1序列；扩频码为N＝63的不同伪随机序列；信号发送频率fa＝1Hz；采样速率fc＝1/31Hz；系统信号和热噪声功率比SNR＝10dB；设定受干扰采样数量与整个采样数之比，即“干扰比率ratio＝2/63”，干扰位置随机；信号与干扰功率比SJR＝-20dB。从仿真图中可以进一步验证脉冲干扰在时域信号能量的集中特点，此仿真条件下，能量集中的脉冲谱线数为2。图3b-2给出了线性调频干扰的系统分数阶傅立叶变换谱仿真图。仿真条件为：设定线性调频干扰为3个线性调频干扰，干扰功率相等，下变频后的调频频率为fI0＝2Hz、fI1＝4Hz、fI2＝8Hz；调频指数为m0＝20、m1＝10、m2＝5；其余仿真条件同上。从仿真图可以进一步验证线性调频干扰在分数阶傅立叶变换域谱线信号能量的集中特点，此仿真条件下，能量集中的分数阶傅立叶变换域谱线数为3。图3c-2-1、图3c-2-2和图3c-2-3分别给出了窄带干扰中的音频干扰、数字窄带干扰和自回归随机过程的傅立叶变换域谱仿真图。仿真条件为设定音频干扰为3音干扰，功率相近，分别为干扰总功率的31％、33％、36％，下变频后的音频干扰频率为fI0＝2Hz；fI1＝8Hz；fI2＝16Hz；下变频后的数字窄带干扰频率为fI＝4fa，数字窄带干扰信息为随机等概的1，-1序列；自回归随机过程为2阶自回归信号，设定自回归系数φ1＝-1.98，φ2＝0.9801；其余仿真条件同上。从仿真图可以进一步验证各类窄带干扰在傅立叶变换域谱线信号能量的集中特点，此仿真条件下，对于音频干扰，能量集中的傅立叶变换域谱线数为3；对于数字窄带干扰，能量集中的傅立叶变换域谱线幅度呈递减趋势；对于自回归随机过程，能量集中的傅立叶变换域谱线集中，但幅度随机。
图4描绘接收各类窄带干扰的系统谱均值-方差特性仿真图。由于窄带干扰能量远高于有用信号能量，存在大量的谱均值-方差值较小的有用信号特征点。现存的窄带干扰通常可以建模为音频干扰、数字窄带干扰和自回归随机过程。其中图4a描绘接收音频干扰的系统谱均值-方差特征仿真图，仿真条件同图3c-2-1。图中存在3个谱均值、方差均远大于其它数据的数据点(411，412，413)。图4b描绘接收数字窄带干扰的系统谱均值-方差特征仿真图，仿真条件同图3c-2-2。图中存在一族渐进的谱均值、方差远大于其它数据的数据点(421，422...42L)。图4c描绘接收自回归随机过程的系统谱均值-方差特征仿真图，仿真条件同图3c-2-3。图中存在随机数量的，仅谱均值远大于其它数据的数据点、仅方差远大于其它数据的数据点或者谱均值和方差均远大于其它数据的数据点(431，432...43L)。
图5是装置的流程图。在步骤(501)中，将无线通信信号(206)下变频到中频信号(211)，并使用模数A/D转换器(212)将中频信号(211)数字化为数字信号(213)。在步骤(502)中，进行QPSK解调输出基带串行信号(223)。在步骤(503)中，将基带串行数据(223)通过切普匹配滤波采样器(224)得到切普速率信息流(225)，再将切普速率信息流(225)通过加窗存储器(226)，输出切普加窗采样信号(227)。切普加窗采样信号数据量为1个发送信号信息经扩频后的采样数据量。步骤(504)分别在时域、分数阶傅立叶变换域和傅立叶变换域通过压缩特征值计算器1(228)、分数阶傅立叶变换器(230)和压缩特征值计算器2(231)、以及傅立叶变换器(233)和压缩特征值计算器3(234)输出特征值1(229)、特征值2(232)、特征值3(235)。其中，分数阶傅立叶变换最佳参数0＜a＜2且a≠1。
在步骤(505)中，确定是否特征值1(229)大于特征值2(232)且特征值1(229)大于特征值3(235)。如果是，在步骤(506)中，判定为脉冲干扰(237)，结束流程。如果不是，在步骤(507)中确定是否特征值2(232)大于特征值1(229)且特征值2(232)大于特征值3(235)。如果是，在步骤(508)中，判定为线性调频干扰(238)，结束流程。如果不是，在步骤(509)中确定是否特征值3(235)大于特征值1(229)且特征值3(235)大于特征值2(232)。如果是，判定为窄带干扰(239)，如果不是，如自(509)发出的返回箭头所指示的那样。
在步骤(510)判定为窄带干扰(239)以后，步骤(511)通过切普匹配滤波采样器(241)、加窗存储器(243)得到切普加窗采样信号(244)，切普加窗采样信号数据量为100个发送信号信息经扩频后的采样数据量。再通过傅立叶变换器(245)、谱均值-方差计算器(246)，输出谱均值-方差特征(247)。
在步骤(512)中，确定是否存在少量几个谱均值、方差均远大于其它数据的数据点。如果是，在步骤(513)中，判定为音频干扰(249)，结束流程。如果不是，在步骤(514)中确定是否存在一族渐进的谱均值、方差远大于其它数据的数据点。如果是，在步骤(515)中，判定为数字窄带干扰(250)，结束流程。如果不是，在步骤(516)中确定是否存在随机数量的，仅谱均值远大于其它数据的数据点、仅方差远大于其它数据的数据点或者谱均值和方差均远大于其它数据的数据点。如果是，在步骤(517)中，判定为自回归随机过程(251)，结束流程。如果不是，如自(516)发出的返回箭头所指示的那样。

Claims (6)

1、一种检测DS-CDMA系统中各类干扰信号的变换识别检测装置，可以对脉冲干扰、线性调频干扰和窄带干扰进行检测，且当检测结果为窄带干扰时，进一步检测窄带干扰类型为音频干扰、数字窄带干扰或自回归随机过程，其特征在于包括：
(1)天线接收模块：接收无线通信信号包括有用信号DS-CDMA信号和干扰信号，有用信号可以是天基测控DS-CDMA信号、地基DS-CDMA信号或其它DS-CDMA信号，干扰信号为脉冲干扰、线性调频干扰、音频干扰、数字窄带干扰或自回归随机过程中的一类；
(2)下变频模块：连接上述天线接收模块，包括中频变换模块和基带变换模块，其中，中频变换模块将所述无线通信信号下变频到中频信号，基带变换模块接收所述中频信号输出基带串行信号；
(3)变换识别检测模块：连接所述下变频模块，包括检测脉冲干扰、线性调频干扰、窄带干扰的变换模块和检测音频干扰、数字窄带干扰、自回归随机过程的识别模块。
2、根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述中频变换模块包括带通滤波器、放大器、混合器、模数A/D转换器，通过带通滤波器处理无线通信信号，该滤波器优化地选择想要的频率；将带通滤波器耦合到放大器，放大器放大来自带通滤波器的信号；混合器将放大器的输出信号与来自本地振荡器的振荡信号混合，输出中频信号；再通过模数A/D转换器将所述中频信号转换到数字信号。
3、根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述基带变换模块包括混合器、低通滤波器和抽样判决器，将所述中频数字QPSK信号用两路相交的相干载波解调，其中一路信号进入混合器与来自数控振荡器的信号混合，另一路信号进入混合器并与来自数控振荡器经π/2移相器移相后的信号混合；将两路混合器的输出信号分别连接低通滤波器和抽样判决器；并将两路抽样判决器的输出信号经并/串器变换后，输出基带串行信号。
4、根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述变换模块包括切普匹配滤波采样器、加窗存储器、压缩特征值计算器、分数阶傅立叶变换器，将所述基带串行信号通过切普滤波采样和加窗存储，以提取切普加窗采样信号。将所述基带信号连接切普匹配滤波采样器，输出切普速率信息流；再将切普速率信息流连接加窗存储器，输出切普加窗采样信号。将所述采样信号分别在时域、分数阶傅立叶变换域和傅立叶变换域计算相应的压缩特征值。其中，时域支路，将切普加窗采样信号直接送入压缩特征值计算器1，输出特征值1；分数阶傅立叶变换支路，将切普加窗采样信号送入分数阶傅立叶变换器，得到分数阶傅立叶变换信号，再将分数阶傅立叶变换器的输出信号送入压缩特征值计算器2，输出特征值2；傅立叶变换支路，将切普加窗采样信号送入傅立叶变换器，得到傅立叶变换信号，再将傅立叶变换器的输出信号送入压缩特征值计算器3，输出特征值3；最后将输出特征值1、输出特征值2、输出特征值3送入最大值判决器，当最大值判决器判决最大值为输出特征值1时，判定干扰为脉冲干扰；当最大值判决器判决最大值为输出特征值2时，判定干扰为线性调频干扰；当最大值判决器判决最大值为输出特征值3时，判定干扰为窄带干扰。
5、根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述识别模块包含切普匹配滤波采样器、加窗存储器、傅立叶变换器、谱均值-方差计算器、判决器，其中，当变换模块的检测结果为窄带干扰时，启动开关，首先将基带串行信号连接切普匹配滤波采样器，输出切普速率信息流；再将切普速率信息流连接加窗存储器，输出切普加窗采样信号，其次，将切普加窗采样信号送入傅立叶变换器，得到傅立叶变换信号，再将傅立叶变换器的输出傅立叶变换幅度谱信号送入谱均值-方差计算器，得到谱均值-方差特征。最后，将谱均值-方差特征送入判决器进行判决，当谱均值-方差特征存在少量几个谱均值、方差均远大于其它数据的数据点时，则检测干扰为音频干扰；当谱均值-方差特征存在一族渐进的谱均值、方差远大于其它数据的数据点时，则检测干扰为数字窄带干扰；当谱均值-方差特征存在随机数量的，仅谱均值远大于其它数据的数据点、仅方差远大于其它数据的数据点或者谱均值和方差均远大于其它数据的数据点时，则判定干扰类型为自回归随机过程。
6、根据权利要求1-5之一所述的装置，其特征在于：所述变换模块和识别模块均基于DSP或FPGA器件实现。
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