一种复杂电磁环境下的通信测试方法技术

本发明专利技术公开了一种复杂电磁环境下的通信测试方法，所述方法包括以下步骤：第一步，将待分析的调制信号等间隔地分为M段，对每段信号的采样点进行小波变换，取其包络并再次进行小波变，将第二次小波变换函数进行傅立叶变换；第二步，计算相邻尖峰之间的距离，M段信号能够得到一个关于该距离的数组，再计算该距离的方差，将此方差值与门限值进行比较，大于门限的判断为模拟调制信号，否则为数字调制信号；本发明专利技术的复杂电磁环境下的通信测试方法，不需要精确地估计符号率，只需判断信号是否存在符号率即可区分模拟调制信号和数字调制信号。

A communication test method in complex electromagnetic environment

【技术实现步骤摘要】
一种复杂电磁环境下的通信测试方法
本专利技术涉及一种复杂电磁环境下的通信测试方法，属于军用设备

技术介绍
对到达接收天线的信号进行预处理后，能够得到针对某部电台所截获的暂态信号和通信信号；对一般通信信号，首先需要识别其调制模式。信号调制模式自动识别在侦测、监听、电子对抗等军事通信领域有着重要的意义，在无线频谱管理、干扰辨识等民用领域也被广泛应用；作为信号检测和解调的中间环节，调制模式识别在软件无线电和其他可重构通信系统研究中是一项关键技术。调制模式识别算法通常分为两类；最大似然法和模式识别法；最大似然法采用概率论和假设检验理论，分析信号的统计特性并推导出检验统计量，由判决准则实现调制模式的自动识别；该方法又称为判决理论法，其判决规则简单，但统计检验量计算比较复杂且需要某些先验信息；模式识别法包含两个处理步骤：特征值提取和模式匹配；特征提取用于从调制信号中提取包含调制模式信息的参数，模式匹配则将所提取的参数与已知的调制模式参数进行比较和判断；模式匹配又分为基于判决门限的匹配和基于人工神经网络的匹配两种；模式识别法判决规则较复杂，但特征提取过程简单且易于计算；信号的过零点采样能提供灵敏的相位变化信息，以过零点信号相能变化和过零点间隔作为检测信息，采用模式匹配技术可实现恒模数字调制信号(CW/MPSK/MFSK)的调制模式识别。在复杂的战场电磁环境中，信号调制模式识别误差较大，要得到预期的效果就必须增加观测时间。数字调制信号具有一定的符号率特征，并且该参数可以估计得到，但模拟调制信号则没有符号率的概念，估计模拟信号的符号率，其结果呈现无规律性。因此，只要能判断信号是否存在符号率，就能够有效地区分数字信号和模拟信号。数字调制信号的符号率估计算法有多种：利用信号幅度的变化可以估计ASK信号的符号率，利用过零点检测或快速傅立叶变换可以估计FSK信号的符号率，利用高阶累积量方法可以估计PSK信号的符号率；0和1之间的码元变换使得数字信号中包含幅度、频率或相位的瞬变，小波变换能精确提取瞬变点信息，并利用该信息估计信号的符号率，但这种算法要求较宽的带宽利较高的采样率。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种复杂电磁环境下的通信测试方法，不需要精确地估计符号率，只需判断信号是否存在符号率即可区分模拟调制信号和数字调制信号。本专利技术的复杂电磁环境下的通信测试方法，所述方法包括以下步骤：第一步，将待分析的调制信号等间隔地分为M段，对每段信号的采样点进行小波变换，取其包络并再次进行小波变，将第二次小波变换函数进行傅立叶变换；第二步，数字信号经过上述处理后产生在频域等间隔分布的尖峰，相邻尖峰之间的距离与符号率成正比；模拟信号在经过上述处理后并不能得到均匀分布的峰值；在此不需要精确地估计符号率，只需判断信号是否存在符号率即可，第三步，计算相邻尖峰之间的距离，M段信号能够得到一个关于该距离的数组，再计算该距离的方差，将此方差值与门限值进行比较，大于门限的判断为模拟调制信号，否则为数字调制信号。进一步地，所述模拟调制信号其识别方法具体步骤如下，接收信号被判定为模拟信号，则对每段信号提取如下六个参数：(1)零中心归一化瞬时幅度的谱密度最大值：γmax＝max|FFT[acn(i)2]|，(1)式中，acn(i)为零中心归一化瞬时幅度；acn(i)＝an(i)-1＝a(i)/ma-1，式中，为瞬时幅度a(i)的平均值；该参数表征瞬时幅度所携带的信息，用于将幅度调制模式与非幅度调制模式分开；零中心归一化的目的是消除信遒增益的影响，取谱密度的最大值是为了提高门限检测的止确率，更精确地检测幅度变化的信息；(2)包络平方均值与两倍包络均值平方之差：K＝E(A4(t))-2(E(A2(t)))2，(2)其中A(t)为瞬时幅度，由于FM信号的瞬时幅度近似为恒定值，而CW信号的瞬时幅度非恒定，该参数区分FM调制与CW调制；(3)瞬时频率的方差：瞬时频率定义为AM-FM信号兼具频率调制和幅度调制的特性，其瞬时频率不断变化，而AM、DSB、USB、LSB信号则无频率的变化；利用瞬时频率的方差可以有效地将AM-FM信号与AM、DSB、USB、LSB信号分开；(4)零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量绝对值的标准方差：其中at是判断非弱信号段的幅度判决门限，c是非弱信号个数，φNL(i)是经零中心化处理后瞬时相位的非线性分量，在实现载波同步后有：式中，为瞬时相位；AM信号各段的σap近似为1，而对其他幅度调制信号(DSB，USB，LSB)而言，信号各分段的σap值相差较大；通过计算该参数的方差，可以将AM信号和DSB，USB，LSB信号区分开来；(5)包络方差与包络均值平方的比值：SSB信号的各段R值很接近，而DSB信号的及值相差较大，此参数用以区分DSB信号与SSB信号(USB和LSB信号)；(6)谱对称性度量P：P＝(PL-PU)/(PL+PU)，(7)其中，X[k]＝FFT[x(n)]；fc为载频，fs为采样频率，对LSB信号，PL＞PU,则P＞0成立；对USB信号，PL＜PU,则P＜0成立；该参数用于区分USB和LSB信号，在M段观测样本中分别计算每段的P参数，并统计其中的正数个数，设定门限为M/2，正数个数大于该门限的为LSB信号,否则为USB信号。再进一步地，所述幅度调制模式包括AM、USB、LSB、DSB或AM-FM；所述非幅度调制模式包括CW或FM。进一步地，所述模拟调制信号其参数门限选取方法如下：在一定的信噪比条件下(在此取0dB和20dB)，生成上述各种模拟调制信号，信号载频为25MHz,带宽25KHz；将每个信号分成8段，计算各段的γmax并取均值；如此进行10次蒙特卡罗运算，得到各类调制模式下的γmax值，根据这些值设定适当的门限，大于该门限的为幅度调制信号，否则为非幅度调制信号。进一步地，所述数字调制信号其识别方法具体步骤如下，接收信号被判定为数字信号，则对每段信号抽取如下五个参数：(1)零中心归一化瞬时幅度的谱密度最大值：γmax＝max|FFT[acn(i)]2|，(8)归—化瞬时幅度式中，为瞬时幅度a(i)的平均值；该参数用于提取瞬时幅度所携带的信息，ASK信号瞬时幅度的变化携带基带信息γmax最大；16QAM信号的γmax值次大；PSK信号和FSK信号是非幅度调制信号,相应地γmax最小；(2)零中心归一化瞬时幅度绝对值的标准偏差：其中Ns为采样点数，acn(i)的定义同上；因为2ASK信号的零中心归一化瞬时幅度在两个取值{±1}间变化，绝对值为常数1，则该绝对值的标准偏差σaa很小；对于4ASK信号而言，零中心归一化瞬时幅度在四个取值之间变化，绝对值的标准偏差显然较大；该参数用以区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复杂电磁环境下的通信测试方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：/n第一步，将待分析的调制信号等间隔地分为M段，对每段信号的采样点进行小波变换，取其包络并再次进行小波变，将第二次小波变换函数进行傅立叶变换；数字信号经过上述处理后产生在频域等间隔分布的尖峰，相邻尖峰之间的距离与符号率成正比；模拟信号在经过上述处理后并不能得到均匀分布的峰值；/n第二步，计算相邻尖峰之间的距离，M段信号能够得到一个关于该距离的数组，再计算该距离的方差，将此方差值与门限值进行比较，大于门限的判断为模拟调制信号，否则为数字调制信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种复杂电磁环境下的通信测试方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
第一步，将待分析的调制信号等间隔地分为M段，对每段信号的采样点进行小波变换，取其包络并再次进行小波变，将第二次小波变换函数进行傅立叶变换；数字信号经过上述处理后产生在频域等间隔分布的尖峰，相邻尖峰之间的距离与符号率成正比；模拟信号在经过上述处理后并不能得到均匀分布的峰值；
第二步，计算相邻尖峰之间的距离，M段信号能够得到一个关于该距离的数组，再计算该距离的方差，将此方差值与门限值进行比较，大于门限的判断为模拟调制信号，否则为数字调制信号。


2.根据权利要求1所述的复杂电磁环境下的通信测试方法，其特征在于：所述模拟调制信号其识别方法具体步骤如下，
接收信号被判定为模拟信号，则对每段信号提取如下六个参数：
(1)零中心归一化瞬时幅度的谱密度最大值：
γmax＝max|FFT[acn(i)2]|，(1)
式中，acn(i)为零中心归一化瞬时幅度；
acn(i)＝an(i)-1＝a(i)/ma-1，
式中，为瞬时幅度a(i)的平均值；
该参数表征瞬时幅度所携带的信息，用于将幅度调制模式与非幅度调制模式分开；
(2)包络平方均值与两倍包络均值平方之差：
K＝E(A4(t))-2(E(A2(t)))2，(2)
其中A(t)为瞬时幅度，由于FM信号的瞬时幅度近似为恒定值，而CW信号的瞬时幅度非恒定，该参数区分FM调制与CW调制；
(3)瞬时频率的方差：
瞬时频率定义为
AM-FM信号兼具频率调制和幅度调制的特性，其瞬时频率不断变化，而AM、DSB、USB、LSB信号则无频率的变化；
(4)零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量绝对值的标准方差：



其中at是判断非弱信号段的幅度判决门限，c是非弱信号个数，φNL(i)是经零中心化处理后瞬时相位的非线性分量，在实现载波同步后有：



式中，为瞬时相位；AM信号各段的σap近似为1，而对其他幅度调制信号(DSB，USB，LSB)而言，信号各分段的σap值相差较大；
(5)包络方差与包络均值平方的比值：



SSB信号的各段R值很接近，而DSB信号的及值相差较大，此参数用以区分DSB信号与SSB信号；
(6)谱对称性度量P：
P＝(PL-PU)/(PL+PU)，(7)
其中，X[k]＝FFT[x(n)]；
fc为载频，fs为采样频率，对LSB信号，PL＞PU,则P＞0成立；对USB信号，PL＜PU,则P＜0成立；该参数用于区分USB和LSB信号，在M段观测样本中分别计算每段的P参数，并统计其中的正数个数，设定门限为M/2，正数个数大于该门限的为LSB信号,否则为USB信号。


3.根据权利要求2所述的复杂电磁环境下的通信测试方法，其特征在于：所述幅度调制模式包括AM、USB、LSB、DSB或AM-FM；所述非幅度调制模式包括CW或FM。


4.根据权利要求1所述的复杂电磁环境下的通信测试方法，其特征在于：所述模拟调制信号其参数门限选取方法如...

【专利技术属性】
技术研发人员：马飒飒，刘海涛，谢大兵，牛刚，张勇，张东，韩宁，宋祥君，刘家儒，王亚彬，高润冬，孙晶，康科，
申请(专利权)人：中国人民解放军三二一八一部队，
类型：发明
国别省市：河北;13