[发明专利]加入“判极”操作的非合作BPSK信号解码方法

说明书

技术领域

本发明属于电子情报侦察（ELectronic INTelligence，ELINT）系统中的信号处理领域，用于对非合作二相编码（Binary Phase Shift Keying，BPSK）信号的的解码，是对传统的“测频-检码-破译编码序列”解码技术的改进。

背景技术

ELINT系统对于非合作信号的处理包括调制方式的识别和调制参数的估计两个方面，它们都必须建立在前端的接收机对信号成功侦收的基础之上。信道化接收机通过多路不同本振频率的混频器将侦察带宽划分为若干个子频段，以实现全频段信号的侦收。每一路信道就相当于一个超外差接收机，通过模拟混频变换为中心频率合适的带通中频信号，中频放大器只对通频带窗口内的信号进行必要的放大，输出具有固定中频频率f_I的中频信号其中，a(t)为慢起伏的幅度调制函数（一般设为恒定，即a(t)＝1）；为慢变的相位调制函数，为随机的初始相位。

数字信道化接收机结合了信道化和数字化的优点。目前，使用最广泛的数字信道化接收机是数字中频信道化接收机，它对中频信号直接采样。设采样率为f_s，则离散序列为了得到零中频信号，与分别进行正交混频，经过各自的低通滤波器，被分为I/Q（同相/正交）两路信号和如图1所示。

调制方式的不同被体现在相位调制函数上。BPSK信号的相位调制函数由一个二元伪随机编码序列确定，只有0或π两种取值，分别对应于相位的保持和翻转。由于和以及和互为相反数，因此真正被零中频BPSK信号的I/Q路是正负交错的双极性方波串。

然而，由于ELINT系统通常并不具备先验知识，无法准确地预知信号载频，因此不可能设置出最合适的本振，将信号正好混频至中频f_I，然后正好降至零中频。设f₁(≠f_I)为射频信号经过混频后的实际载频，所谓的零中频信号中就定会残留载频f_re＝f_I-f₁(如果残留为正，说明本振过大；如果残留为负，说明本振过小)，如图2所示。I/Q两路的实际输出为和

所侦收到的雷达信号还受到噪声的影响。若信号的复解析形式z(n)＝s_I(n)+js_Q(n)，考虑到噪声的影响，则信号可以表示为x(n)＝z(n)+ω(n)。其中，ω(n)为均值为0，方差为σ²的复加性高斯白噪声序列，与z(n)独立，其实部与虚部也相互独立。

现有技术的技术方案——

目前，对于非合作BPSK信号的解码分为测频、检码和解码三个步骤。

步骤1：测频。通过快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT），或者是基于FFT的短时傅里叶变换（Short Time Fourier Transform，STFT）分析离散信号的频率信息。信噪比非常理想时，BPSK信号在STFT时频图上可以查找到相位突变点。随着噪声的加入，尤其是信噪比低于3dB后，BPSK信号在STFT时频图中已经变为一条直线，与单载频信号难以区分。

步骤2：检码。检码的实质就是查找相位突变点，这属于奇异点检测的范畴，为小波变换所擅长的。文献[i]等根据小波尺度越大，白噪声的模极大值显著减小，突变点的模极大值显著变大；小波尺度越小，模极大值点与突变点位置的对应关系越准确的特点，使用了大尺度，粗定位；小尺度上，精确定位的双尺度检码法；文献[ii]等对双尺度检测法进行了优化，先做载波尺度上的小波变换，再估算出相位尺度，做相位尺度上的小波变换，通过观察小波系数的变化，确定了突变点；文献[iii]等先对侦收信号进行了预处理，然后求取小波脊线，确定了突变点。在找到突变点之后，就可以定义最小的相位突变点时间间隔为码宽τ，它与码速R互为倒数。

步骤3：破译编码序列。必须要知道残留载频和码宽。通过数字追加下变频，将信号真正降至零中频。I/Q两路都是正负交错的双极性方波串，选取任意一路，在每一个码宽内，抽样（如中点）进行符号判别——大于0就判别此码为1，小于0就判别此码为-1，以实现解码。