一種跳頻寬帶多網(wǎng)信號(hào)偵收方法及系統(tǒng)

四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司 楊 亞 黎 亮 何 敏 汪小林

本文提供一種跳頻寬帶多網(wǎng)信號(hào)偵收方法，通過(guò)對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行多信道化處理，在時(shí)間和各個(gè)接收通道上進(jìn)行能量積累，找出能量符合要求的時(shí)間點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)。再將對(duì)應(yīng)頻率和時(shí)間點(diǎn)的各個(gè)通道數(shù)據(jù)進(jìn)行空間頻率估計(jì)，最終求解出對(duì)應(yīng)的方位。解決傳統(tǒng)跳頻信號(hào)偵收方法處理流程復(fù)雜、工程化實(shí)現(xiàn)困難和進(jìn)行多網(wǎng)信號(hào)偵收能力差的問(wèn)題。另外，對(duì)于單網(wǎng)和多網(wǎng)信號(hào)均有較好的目標(biāo)幀收能力。本文提出的方法已在工程中實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證。

跳頻通信具有抗干擾能力強(qiáng)、截獲概率低、抗衰落能力強(qiáng)和多址組網(wǎng)能力等優(yōu)勢(shì)，基于跳頻體制數(shù)據(jù)鏈在未來(lái)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中具有重要作用，作為非協(xié)作第三方，快速有效地從復(fù)雜電磁環(huán)境中檢測(cè)出跳頻信號(hào)，并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，是跳頻信號(hào)監(jiān)測(cè)的難點(diǎn)。開(kāi)展基于跳頻體制的數(shù)據(jù)偵收處理研究具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

現(xiàn)有的利用譜圖時(shí)頻分析估計(jì)Link6跳頻信號(hào)參數(shù)的方法，不能滿足實(shí)時(shí)性要求?；跇?gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的偵收方法處理流程復(fù)雜，工程化實(shí)現(xiàn)困難。

1 算法原理

本文提出的跳頻寬帶多網(wǎng)信號(hào)偵收方法，通過(guò)對(duì)各通道接收信號(hào)進(jìn)行多信道化處理，在時(shí)間和各個(gè)接收通道上進(jìn)行能量積累，找出能量符合要求的時(shí)間點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)，有效解決傳統(tǒng)跳頻信號(hào)偵收方法處理流程復(fù)雜、工程化實(shí)現(xiàn)困難和進(jìn)行多網(wǎng)信號(hào)偵收能力差的問(wèn)題。包括以下幾個(gè)處理步驟。

1.1 預(yù)處理

將信號(hào)進(jìn)行下變頻、濾波、插值抽取等處理，變換成合適采樣率的基帶或中頻帶信號(hào)。

1.2 信道化處理

對(duì)各通道的寬帶采樣信號(hào)進(jìn)行多信道化處理，得到多個(gè)窄帶信道的信號(hào)，便于后續(xù)處理在各個(gè)窄帶上進(jìn)行。針對(duì)第m個(gè)通道的采樣信號(hào)，采用多相濾波方式進(jìn)行多信道化處理后再進(jìn)行N點(diǎn)FFT，得到第m個(gè)通道的N個(gè)窄帶信號(hào)。

1.3 能量積累

將M個(gè)通道對(duì)應(yīng)的各個(gè)窄帶信道和時(shí)間的信號(hào)進(jìn)行積累。（1）獲取第m個(gè)通道N個(gè)窄帶信道的信號(hào)元素Sm，記為：

矩陣中每一行表示該窄帶信道各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)值，M表示通道號(hào)；

（2）對(duì)信號(hào)元素Sm進(jìn)行平方求和得到信號(hào)能量累積結(jié)果S；

1.4 檢測(cè)

針對(duì)每個(gè)窄帶信道，在時(shí)間維度上進(jìn)行積累，對(duì)能量集中的檢測(cè)點(diǎn)，找出凝聚點(diǎn)，對(duì)窄帶信道的凝聚點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)合處理并檢測(cè)出目標(biāo)時(shí)隙信號(hào)。

（1）對(duì)信號(hào)能量累積結(jié)果S的第n個(gè)窄帶信道sn(t)進(jìn)行濾波得到Pn(P), P=1, L, P，其中P為Pn(P)的長(zhǎng)度；

（2）初始化令I(lǐng)ist=1；

（3）對(duì)于Pn(P), P=2, L, P，判斷Pn(P)和Pn(P)對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔是否大于信號(hào)持續(xù)時(shí)間采樣數(shù)閾值，若是則令I(lǐng)ist=P，Iist=P，重復(fù)3；否則進(jìn)入4；

（4）若Pn(P) < Pn(Ilst)，則Pn(P) 記為無(wú)效點(diǎn)；

若Pn(P) ≥Pn(Ilst)，則最鄰近候選點(diǎn)Pn(Ilst)記為無(wú)效點(diǎn)，且Pn(P)記為候選點(diǎn)；

（5）去除所有無(wú)效點(diǎn)，保留所有候選點(diǎn)得到第n個(gè)窄帶信道的凝聚點(diǎn)：

1.5 方位求解

間方位，在顯示終端進(jìn)行結(jié)果顯示。

所述跳頻寬帶多網(wǎng)信號(hào)偵收系統(tǒng)包括：采樣處理模塊，多信道化處理模塊，能量累積模塊，檢測(cè)模塊和空間方位獲取模塊；

采樣處理模塊將各通道接收的790MHz的信號(hào)下變頻到基帶360MHz，再對(duì)各基帶信號(hào)進(jìn)行AD采樣得到采樣信號(hào)；

上述系統(tǒng)在不同的信噪

（2）計(jì)算向量d的自相關(guān)矩陣為?，并基于?計(jì)算向量y；

（3）由向量y進(jìn)行線性擬合得到目標(biāo)時(shí)隙信號(hào)的空間方位。

具體地，基于?根據(jù)式：

計(jì)算向量y，其中angle(●)表示求相位運(yùn)算，單位為rad。

對(duì)向量y進(jìn)行一次直線擬合，擬合后的斜率記為α；根據(jù)式：

計(jì)算目標(biāo)時(shí)隙信號(hào)的空間方位θ。

2 仿真分析和工程實(shí)現(xiàn)實(shí)例

如圖1所示，基于一種跳頻寬帶多網(wǎng)信號(hào)偵收方法，以JTIDS/Link16戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈信號(hào)為例，通過(guò)天線接收到Link16的信號(hào)，經(jīng)過(guò)跳頻寬帶多網(wǎng)信號(hào)偵收系統(tǒng)的處理得到目標(biāo)時(shí)隙信號(hào)及其對(duì)應(yīng)的空比（SNR）下進(jìn)行處理，對(duì)其檢測(cè)性能進(jìn)行分析，描述信噪比在-25dB到-21dB的情況下，隨信噪比（SNR）變大檢測(cè)概率和虛警概率的變化。結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖1 基于JTIDS/Link16戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈信號(hào)偵收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

圖2 檢測(cè)概率隨信噪比變化圖

圖3 虛警概率隨信噪比變化圖

由圖2可知，檢測(cè)概率隨SNR的增加而單調(diào)增加，當(dāng)SNR從-25dB增加到-21dB時(shí)，檢測(cè)概率從約0.86下降到約0.1。

由圖3可知，虛警概率隨SNR的增加而單調(diào)下降，當(dāng)SNR從-25dB增加到-21dB時(shí)，檢測(cè)概率從約0.22增加到約0.9。

結(jié)束語(yǔ)：本文提出一種跳頻寬帶多網(wǎng)信號(hào)的偵收方法和系統(tǒng)，利用時(shí)間維度、頻率維度和通道維度能量積累思想檢測(cè)目標(biāo)，提供可靠的目標(biāo)時(shí)隙、頻率和方位信息。該檢測(cè)方法利于工程化實(shí)現(xiàn)，提升檢測(cè)概率，能自動(dòng)適應(yīng)全空域、全方位各種目標(biāo)的處理需求，魯棒性好，對(duì)于復(fù)雜背景、噪聲干擾等復(fù)雜情況下的跳頻信號(hào)偵收效果好，適用于單網(wǎng)和多網(wǎng)寬帶信號(hào)偵收。