一種基于頻譜態(tài)勢的通信信號整編方法

張 俊，莊震華，陳 新

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第三十六研究所，浙江 嘉興 314033； 2.中國人民解放軍91715部隊，廣東 廣州 514000)

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，電磁環(huán)境對作戰(zhàn)產(chǎn)生著全過程和全方位的影響，其在戰(zhàn)場環(huán)境中的重要性絲毫不亞于地理環(huán)境和氣象環(huán)境。電磁態(tài)勢則是通過對電磁環(huán)境要素的感知、理解、預(yù)測，形成的一種易于指揮員理解并能輔助其決策的電磁環(huán)境的表達(dá)方式。為了直觀地掌握電磁態(tài)勢，往往采用可視化的方法來展示電磁態(tài)勢。通信信號作為電磁環(huán)境的一個重要組成部分，在電磁態(tài)勢中占據(jù)了重要的地位。

傳統(tǒng)的電磁態(tài)勢可視化系統(tǒng)對于通信信號往往采用地圖位置標(biāo)繪和信號參數(shù)列表的展示方式。這種方法雖然可以簡單明了地描繪通信信號出現(xiàn)地點與參數(shù)信息，但在復(fù)雜電磁環(huán)境下，由于信號出現(xiàn)區(qū)域較為集中，且信號出現(xiàn)頻度較快，因此很難進(jìn)行有效的區(qū)分。為解決上述問題，本文提出了一種基于頻譜態(tài)勢的通信信號整編方法，作為傳統(tǒng)方法的一種有益補(bǔ)充。

本文首先介紹了傳統(tǒng)的通信信號整編方法，然后給出了基于頻譜態(tài)勢的通信信號整編方法，最后展示了該方法的部分應(yīng)用場景。

1 傳統(tǒng)的通信信號整編方法

傳統(tǒng)的通信信號整編方法往往采用地圖位置標(biāo)繪和信號參數(shù)列表的展示方式。在電子地圖背景上實時顯示態(tài)勢，包括目標(biāo)的位置、航跡、目標(biāo)識別結(jié)果、目標(biāo)告警提示等信息。態(tài)勢分析提供地圖操作、態(tài)勢圖標(biāo)繪、態(tài)勢回放等功能，幫助情報分析人員進(jìn)行電磁態(tài)勢分析。信號參數(shù)列表實時顯示信號的出現(xiàn)消失情況，信號頻域、調(diào)制域等參數(shù)。傳統(tǒng)的通信信號整編方法展示方式如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)的通信信號整編方法展示方式

傳統(tǒng)通信信號整編方法在電磁環(huán)境簡單的情況下，可以簡單明了地描繪通信信號出現(xiàn)地點與參數(shù)信息，便于操作人員直觀地了解通信信號態(tài)勢分布情況。但在復(fù)雜電磁環(huán)境下，由于信號出現(xiàn)區(qū)域較為集中，因此很難在地圖態(tài)勢上區(qū)分來自不同區(qū)域的信號，也很難根據(jù)信號區(qū)域?qū)π盘栠M(jìn)行過濾。此外由于信號出現(xiàn)頻度較快，信號參數(shù)列表刷新速度很快，如果僅顯示當(dāng)前信號，則歷史信號很快就被清除掉；如果顯示歷史信號，則信號數(shù)量迅速增長，很難定位到當(dāng)前出現(xiàn)信號上。因此，在進(jìn)行通信信號整編時，急需一種既能快速發(fā)現(xiàn)新出現(xiàn)信號，又能對歷史信號進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析的方法。

2 基于頻譜態(tài)勢的通信信號整編方法

為解決傳統(tǒng)的通信信號整編方法在復(fù)雜電磁環(huán)境下遇到的問題，本文提出了一種基于頻譜態(tài)勢的通信信號整編方法，作為傳統(tǒng)方法的一種有益補(bǔ)充?；陬l譜態(tài)勢的通信信號整編方法處理流程如下：

首先接收上報的通信信號偵察結(jié)果數(shù)據(jù)，根據(jù)信號類型進(jìn)行分類存儲(包括：定頻信號、XX信號、XX信號、XXX信號等)，然后將全部信號按照信號類型、瀑布圖、方位圖組合的方式進(jìn)行可視化展示，便于用戶從信號類型、頻率范圍、時間范圍、信號方位等多個維度進(jìn)行查詢檢索，最后對查詢檢索到的重點信號進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，并將處理結(jié)果分發(fā)給各個用戶?；陬l譜態(tài)勢的通信信號整編方法結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 基于頻譜態(tài)勢的通信信號整編方法結(jié)構(gòu)圖

2.1 通信信號分類整理

通信信號分類整理主要是根據(jù)接收數(shù)據(jù)的信號類型進(jìn)行分類存儲，信號類型主要包括：定頻信號、XX信號、XX信號、XXX信號等。接收數(shù)據(jù)的來源主要有三種，第一種是前端傳感器上報的實時偵察結(jié)果數(shù)據(jù)，第二種是從數(shù)據(jù)庫提取的歷史偵察結(jié)果數(shù)據(jù)，第三種是大容量存儲器保存的偵察過程數(shù)據(jù)。

對于第一種前端傳感器上報的實時偵察結(jié)果數(shù)據(jù)，處理流程如圖3所示。

圖3 通信信號分類整理流程圖

對于第二種從數(shù)據(jù)庫提取的歷史偵察結(jié)果數(shù)據(jù)，處理流程與圖3基本相同，區(qū)別在于前者數(shù)據(jù)來自于前端傳感器主動上報，后者數(shù)據(jù)需要根據(jù)數(shù)據(jù)刷新的節(jié)拍定時從數(shù)據(jù)庫中提取。

對于第三種大容量存儲器保存的偵察過程數(shù)據(jù)，處理流程與圖3基本相同，區(qū)別在于前者數(shù)據(jù)來自于前端傳感器主動上報，后者數(shù)據(jù)需要根據(jù)數(shù)據(jù)刷新的節(jié)拍定時從大容量存儲器中提取并進(jìn)行相關(guān)解析。

2.2 數(shù)據(jù)可視化展示

數(shù)據(jù)可視化展示主要是將全部信號按照頻譜態(tài)勢的方式進(jìn)行可視化展示，頻譜態(tài)勢的方式包括信號分類圖、瀑布圖和方位圖等，便于用戶從信號類型、頻率范圍、時間范圍、信號方位等多個維度進(jìn)行查詢檢索。數(shù)據(jù)可視化展示界面如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)可視化展示界面

數(shù)據(jù)可視化展示界面主要由3個部分組成，第一部分位于界面上部，主要是根據(jù)信號類型對信號出現(xiàn)情況進(jìn)行分類顯示，包括定頻信號、XX信號、XX信號、XXX信號等。它反映的是信號的實時信息。

第二部分位于界面中部，主要是以瀑布圖的形式顯示信號出現(xiàn)的時域、頻域、類型分布情況，其中橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示時間，線形和顏色表示信號類型。它反映的是信號的歷史信息。

第三部分位于界面下部，主要是以統(tǒng)計圖的形式顯示信號出現(xiàn)的方位分布情況，其中橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示方位，顏色深淺表示信號出現(xiàn)次數(shù)。它反映的是信號的方位信息。

通過數(shù)據(jù)可視化展示界面，用戶可以方便快速地了解當(dāng)前電磁環(huán)境下通信信號的時域、頻域、空域及類型分布情況。同時該界面還提供了一定的人機(jī)交互功能，用戶可以在界面中進(jìn)行頻域、時域縮放平移，信號類型過濾等操作，便于用戶在復(fù)雜電磁環(huán)境下快速發(fā)現(xiàn)新出現(xiàn)信號。

此外，該界面還提供了一定的信號搜索功能，用戶可以根據(jù)信號的時間范圍、頻率范圍、信號樣式、信號方位、截獲次數(shù)等，對當(dāng)前電磁環(huán)境下的各類通信信號進(jìn)行快速的查詢、排序、分類顯示，便于用戶快速發(fā)現(xiàn)重點信號。信號搜索界面如圖5所示。

圖5 信號搜索界面

2.3 數(shù)據(jù)融合處理

數(shù)據(jù)融合處理主要是對頻譜態(tài)勢中發(fā)現(xiàn)的重點信號進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理。數(shù)據(jù)融合處理根據(jù)不同種類信號的不同特點，設(shè)計了不同的融合方法和處理界面。由于篇幅限制，本文僅對定頻信號融合處理進(jìn)行說明。

對于定頻信號，主要從信號頻率、信號帶寬、信號樣式、信號方位等方面進(jìn)行融合處理。在融合處理前，可引入人工參與，用戶可對融合前數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，根據(jù)需要剔除無效數(shù)據(jù)。融合處理完成后，用戶可得到該信號的主要調(diào)制方式和出現(xiàn)方位。定頻信號融合處理界面如圖6所示。

圖6 定頻信號融合處理界面

3 部分應(yīng)用場景

基于頻譜態(tài)勢的通信信號整編方法，不僅可用于通信信號實時整編，實現(xiàn)復(fù)雜電磁環(huán)境下，通信信號的快速發(fā)現(xiàn)、引導(dǎo)控守，而且可用于通信信號離線整編，通過對海量通信信號的可視化檢索，實現(xiàn)重點信號的搜索整理。

3.1 通信信號實時整編

通信信號實時整編主要用于對前端傳感器上報的偵察結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行實時整編。由于前端傳感器數(shù)量較大、頻段眾多、信號種類繁多、偵察結(jié)果類型各異，所以對其按照信號種類進(jìn)行分類整理，建立內(nèi)存緩沖區(qū)域，采用滑動窗口技術(shù)進(jìn)行處理，既保證了數(shù)據(jù)處理的實時性，又避免了數(shù)據(jù)量過大。此外，通過對信號的實時歸并，既避免了圖形的頻繁刷新，又提高了信息的準(zhǔn)確性。在復(fù)雜電磁環(huán)境下，通過通信信號實時整編，可以快速發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，及時引導(dǎo)控守。

3.2 通信信號離線整編

通信信號離線整編主要用于對數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)和大容量中的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行事后整編。由于離線整編對數(shù)據(jù)處理的實時性要求沒有實時整編那么高，所以離線整編可以處理的時間范圍、頻率范圍、信號種類可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實時整編。同時對于很多實時整編來不及處理的數(shù)據(jù)，均可以采用離線整編進(jìn)行處理。例如對于窄帶IQ數(shù)據(jù)，可以采用軟解調(diào)進(jìn)行分析、識別、解調(diào)；對于多通道話音數(shù)據(jù)，可以采用復(fù)聽軟件進(jìn)行回放記錄；對于多點測向數(shù)據(jù)，可以采用人工定位方法實現(xiàn)離線定位。通過多種手段的離線分析，綜合判證，可以實現(xiàn)重點信號的搜索整理。

4 結(jié)束語

近年來，隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，前端傳感器能力得到極大提高，提供了海量的數(shù)據(jù)。而如何有效存儲、檢索和分析海量數(shù)據(jù)，獲取其中的情報信息，成為了一個急需解決的重要課題。本文設(shè)計了一種基于頻譜態(tài)勢的通信信號整編方法，作為傳統(tǒng)方法的一種有益補(bǔ)充，嘗試從數(shù)據(jù)可視化檢索的角度解決海量通信信號的分類整理、快速檢索、融合處理等問題。目前該方法還處于試驗構(gòu)建階段，能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有限，下一步將逐步擴(kuò)大處理數(shù)據(jù)的規(guī)模，提高數(shù)據(jù)檢索的速度，提升數(shù)據(jù)融合的能力，為最終情報生成提供有力的支撐。