[发明专利]一种二进制连续相位频率键控调制信号的参数识别方法

说明书

技术领域

本发明属于通信信号处理技术领域，更具体地，涉及一种基于二进制连续相位频率键控调制信号的参数识别方法。

背景技术

通信信号的调制参数识别在截获信号处理领域是一个非常重要的课题，只有确定了调制信号的调制参数，才能够对截获的调制信号进行解调，以及后续的发射机识别。二进制连续相位移频键控调制(CPFSK，Continuous-Phase Frequency Shift Keying)是一类恒包络连续相位调制技术，具有相对较窄的频谱宽度，在移动通信、卫星通信以及航天器的测量、遥测等系统中应用广泛。因此，对于二进制CPFSK信号的调制参数识别，尤其是对于其载波频率、码元周期和调制指数的识别，具有非常重要的意义。

在调制理论研究领域，对于二进制CPFSK的研究主要集中在信号的调制和解调领域，对于信号载频的估计虽然也有文献进行研究，但是其主要目的在于相干解调时进行载波同步，而对于码元周期和调制指数的估计研究尚未见到。截获信号处理领域，大量研究集中在对于信号的调制制式识别方法，而对于调制制式识别完成后，如何进一步识别调制参数的研究也相对较少。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于相位展开的二进制CPFSK信号的调制参数识别方法，主要用于识别该信号的载波频率、码元周期和调制指数，在识别了这三个参数之后，就可以进一步对截获信号进行解调，从而获取更多信息。本方法只需要确定接收信号为二进制CPFSK信号，无需了解其他信息即可工作，简便易行，计算量低，可以进行实时计算，能够满足实际工作环境中快速信号捕获、跟踪和解析的需求。

本发明提供了一种能够有效的用于二进制CPFSK调制信号的参数进行识别的方法，主要包括如下6个步骤：

(1)对接收的二进制连续相位频率键控调制信号进行希尔伯特变换，并求取其信号相位；

(2)对信号相位进行展开，将相位的范围从[-п,п]扩展到整个实数范围；

(3)对相位求微分得到频率信号；

(4)从频率信号的直流分量中提取载波频率；

(5)对频率信号再进行微分运算，并利用傅立叶变换计算码元周期。

(6)从频率信号的交流分量中提取调制指数；

下面分别对这6个步骤进行介绍。

(1)信号相位的计算。设接收的数字调制信号表示为s(t)，其希尔伯特变换可表示为

其中，*表示卷积运算。于是，可得解析信号

那么可以计算得到调制信号的相位为

其中，Arg[]是计算一个复数的幅角主值的函数。

(2)相位展开。由于相位的幅角主值只限定在[-п,п]的范围内，而实际信号的相位是可以取到整个实数域的，因此需要对相位进行展开。展开后的相位为

其中，M[]是模2п的运算，其定义为

于是，θ(t)就是真实的信号相位。

(3)相位微分。对相位信号进行微分，从而得到频率信号，即

根据CPFSK信号的定义，频率可表示为

其中，f_c是载波频率，h是调制指数，T是码元周期，N为观察码元个数，a_k＝±1为传输的二进制码元，频率脉冲g(t)为

下面由实际信号中根据公式(6)求得的f(t)，结合理论公式(7)分别计算f_c，h和T这三个参数。

(4)计算载波频率。由公式(7)可知，载波频率为

其中，L＝NT为信号的观察时间。

(5)计算码元周期。再次对频率信号进行微分并取绝对值，可得

其中，求和项的索引k′表示满足第k′个码元与第k′-1个码元之间存在极性翻转。然后，对h(t)进行傅立叶变换，可得

搜索频谱|H(ω)|的最大值，找到最大值对应的频率点ω_T，即可计算码元周期为

(6)计算调制指数。对公式(7)取绝对值，可得

这里利用了二进制调制的性质，即a_k＝±1，即|a_k|＝1。于是，调制指数为

这样就完成了载波频率、码元周期和调制指数的识别流程。