[发明专利]非均匀跳频信号时域检测及拼接方法

说明书

本发明公开的一种非均匀跳频信号时域检测及拼接方法，可以有效地抑制定频干扰,提高跳频信号的检测概率。本发明通过下述技术方案实现：利用确定的载频对信号进行下变频，滤波和预处理，平滑预处理信号数据，利用预设的阈值检测跳频信号，根据检测出跳频信号的开始时间和结束时间计算前后相邻两个信号间的跳频间隙，自适应估计跳频间隙；统计跳频信号的所有跳频间隙；在估计跳频间隙中，取所统计的跳频间隙的中值，计算所有跳频间隙与中值差值的绝对值；根据精估计的跳频间隙对统计的跳频间隙进行筛选，依次检测跳频信号的连续性，利用非均匀跳频信号每个跳频间隙时间相对固定来对非均匀跳频信号进行拼接，采用跳频间隙连续性的策略进行拼接。

技术领域

本发明涉及跳频通信信号处理领域，具体涉及一种复杂电磁环境下跳频信号检测及拼接方法，尤其是非均匀跳频信号时域检测及拼接方法。

背景技术

随着通信领域技术的不断进步和发展,人们对现代通信的要求也越来越高。跳频技术因其低截获、高抗干扰能力成为通信抗干扰领域的领先技术,现已被应用于各行各业。跳频是无线通信中一种常用的扩频方式，如不采用跳频，移动台一直工作在固定的频点上，则整个通话过程的每一个突发脉冲可能都会受到固定不变的强干扰。也就是说采用跳频技术FHSS(Frequency-Hopping Spread Spectrum)把干扰分散到了携带突发脉冲的不同的载频上，这种效果被称为“均化干扰”或“干扰分集。跳频技术FHSS是指用伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱的一种方法。跳频是载波频率在一定范围内，按某种规律跳变，即用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变。是载波频率在一定范围内不断跳变意义上的扩频，而不是对被传送信息进行扩谱，不会跳频得到直序扩频的处理增益。跳频相当于瞬时的窄带通信系统，基本等同于常规通信系统，由于无抗多径能力，同时发射效率低，同样发射功率的跳频系统在有效传输距离内小于直扩系统。跳频的优点是抗干扰，定频干扰只会干扰部分频点。由于跳频信号抗干扰能力强、不易被截获，可以在无噪声信息的情况下有效区分时频矩阵中的噪声点与有效信号。跳频相当于瞬时的窄带通信系统，基本等同于常规通信系统，由于无抗多径能力，同时发射效率低，同样发射功率的跳频系统在有效传输距离内小于直扩系统。跳频技术是通过收发双方设备无线传输信号的载波频率按照预定算法或者规律进行离散变化的通信方式，也就是说，无线通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。从通信技术的实现方式来说，“跳频技术”是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式，也是一种码控载频跳变的通信系统。从时域上来看，跳频信号是一个多频率的频移键控信号；从频域上来看，跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的，频域上存在的大量定频干扰和其他一些噪声干扰。跳频信号进行时频分析存在交叉项干扰的问题。由于跳频信号的频率随时间不断变化，属于典型的非平稳信号，单纯的时域或频域分析方法很难对其精确分析。当前跳频通信系统的跳频带宽已经达到几十兆赫兹，全频带阻塞式干扰的干扰功率密度就显得相当分散，功率利用率太低，实际并不常用。信号频谱的离散性会造成较高的距离旁瓣。如何在复杂电磁环境下对多跳频信号进行分类识别一直是跳频信号中亟待解决的一个关键问题。跳频技术是指用伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱的一种方法。同时，为了避免跟踪式干扰等方法对均匀跳频信号的干扰，很多通信系统采用每跳信号持续时间不同的非均匀跳频信号。作为通信接收方，无法剔除干扰信号。在复杂电磁环境下,跳频信号中常见的背景信号有定频信号、突发信号和随机噪声信号等。定频信号主要指连续定频信号与断续定频信号；突发信号主要指偶尔出现的信号；随机噪声信号主要指信道中各种噪声及接收机噪声信号。因此,如何有效地检测出该波段的跳频信号问题,就转化为如何有效地剔除其他信号的问题。一个好的跳频序列很大程度上影响着跳频通信信号的性能。设计跳频序列的一般要求主要有以下几个方面：随机序列数目尽可能多；时隙里发射的两个载波的频率间隔大于某个规定的值；出现次数基本相同，即均匀性。跳频序列的伪随机特性直接影响跳频通信系统的性能，伪随机性能包括平衡特性、自相关与互相关特性、游程特性和复杂度等。目前跳频信号检测技术的主要分析方法有自相关检测法、信道化接收法和时频分析法等。其中,时频分析法用于分析跳频信号有很大优势。但是在复杂电磁环境下,定频干扰信号的存在严重影响了对跳频信号的检测性能。跳频信号分选之后需要完成拼接工作，对解跳拼接后输出信号存在频率差的问题。跳频信号自动拼接是对已知参数的跳频信号在指定中频上完成拼接处理。这是介于网台分选和跳频信号解调之间的过程,其关键技术为时域校时,需要准确计算出每一跳信号的起始时刻和终止时刻进行信号提取,但是在低信噪比和时域信号包络不唯一的条件下,往往会有较大的校时误差,为后续的解调处理带来困难。在复杂电磁环境下跳频信号中含有大量的定频干扰信号,并且定频信号可能存在于某一跳的频带内,这样就为跳频信号的时频检测带来困扰。非均匀跳频信号每跳持续时间不同而引起的信号拼接困难。此外,在频域上噪底呈现出不均匀分布,时域的周期性必然带来频域上的移位，使得频域产生混叠。混叠信号的幅度和真实信号的幅度相等，因此无法识别真实信号和混叠信号。由于每个采样频率对应的采样时间很短，使得混叠信号的频谱幅度较低。而混叠信号的幅度和信号本身有关。如果信号中存在不同的信号，大信号的混叠引起较大的频谱噪声，从而完全淹没小信号的频谱，导致无法检测出小信号。非均匀采样会引起频谱噪声，使得信号中的幅度小的频率成分不易检出。非均匀采样在整个频率段都会产生频谱噪声。如果实际信号是多个不同幅度信号的叠加，幅度大的信号频谱噪声可以淹没幅度小的信号频谱，使得检测幅度小的信号频谱较为困难。这样就使跳频信号的检测门限难以确定,为了达到较好的检测效果,必须对复杂的电磁信号环境进行处理,去除定频干扰和均匀化噪底。由于跳频速率的不同，对于跳频信号的分析在实际处理中会有所不同，在快速跳频下的一般SPWVD处理方法，在慢速跳频下采用多窗口SPWVD，但是一般来说，信号特性的分析并不随窗函数的不同而有显著变化。