一种基于约束最小二乘算法的Mode5前导脉冲抖动值计算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于约束最小二乘算法的Mode5前导脉冲抖动值计算方法及系统。具体为，先对IFF信号进行实时采样，得到原始采样数据并同步滑动延时。将原始采样数据进行频域信号检测和时域参数测量得到脉冲串信息，再使用树状结构判决信号是否为Mode5信号。若判决成功，对原始采样数据进行精确延时，将同步滑动延时与精确延时后的数据分别做FFT，得到复数结果；将复数结果共轭相乘得到互相关谱，最后利用CORDIC算法计算其反正切，并在系统探测范围内对反正切结果进行相位解模糊处理，处理结果经RLS算法的线性拟合，得到Mode5信号的前导脉冲抖动值。本发明专利技术计算出的前导脉冲抖动值精度高、稳健性好，可以支撑信号个体识别技术，满足现阶段敌我识别设备的侦察需求。现阶段敌我识别设备的侦察需求。现阶段敌我识别设备的侦察需求。

A method and system for calculating jitter value of mode 5 preamble based on constrained least square algorithm

【技术实现步骤摘要】
一种基于约束最小二乘算法的Mode5前导脉冲抖动值计算方法及系统


[0001]本专利技术涉及电子对抗中的情报侦察领域，具体涉及一种基于约束最小二乘 算法的Mode5前导脉冲抖动值计算方法及系统。

技术介绍

[0002]Mark XIIA敌我识别系统是Mark XII的升级版本，在原有基础上增加了 Mode5。Mode5系统采用安全信息格式和数据传输技术，提高了系统的安全性、 抗干扰性和战场态势感知能力，可用作空对地、地对空、空对空、海对海等战 斗识别。当前，美军和北约盟军的军用监视平台，如E
‑
3B AWACS、E
‑
2C预警机、 宙斯盾作战系统均已装备Mode5系统，其他空中、地面及水面作战平台的IFF 系统正逐步升级到Mode5系统。
[0003]Mode5系统典型的特征是具有带有密码信息和抖动向量特征的前导脉冲，对 其抖动值的高精度计算，对于敌我识别装备的精细特征分析来说，至关重要。 该指标直接可以考核辐射源发射机基带调理电路的时钟稳定性、电路无意调制 特性等，作为目标精细分析，乃至指纹分析，都具有重要意义。
[0004]目前不同的敌我识别设备个体，虽然在一定时段内由加密机下发的抖动值 参数是稳定的，但是如果能够对其进行高精度测量，就会发现其对应的抖动值 是有所差别的。该差异主要由发射机内的基带调理电路决定，包括基带数据产 生单元、基带时钟控制单元、上变频射频单元等，这些信号产生过程中产生的 有意无意调制，造就了该设备很多唯一的特征向量，就如同人的指纹一样，前 导脉冲抖动值就是其中之一。
[0005]对前导脉冲抖动值的测量，常规方法在带内信噪比10dB以下时，使用单脉 冲到达时间(ToA)再差分计算，得到抖动值的均方根误差较大，无法满足现阶 段敌我识别设备个体识别领域的需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于约束最小二乘算法的Mode5 前导脉冲抖动值计算方法及系统，通过该算法的线性拟合，精确计算各脉 冲信号之间的时差，并进一步精确解算当前Mode5信号的前导脉冲抖动值。
[0007]一种基于约束最小二乘算法的Mode5前导脉冲抖动值计算方法，包括以下 步骤：
[0008]1)采集AD对IFF信号进行实时采样，得到原始采样数据，原始采样 数据在FPGA中实时做同步滑动延时；
[0009]2)原始采样数据经过FFT运算变换到频域，再经过CFAR、环境噪底 检测和通信信号自适应抑制，得到粗测的时频域引导信息；粗测的时频域 引导信息经过下变频后，在时域中进行精确的参数测量，得到脉冲串信息；
[0010]3)脉冲串信息通过树状结构，在有效的时间窗内综合判决当前信号是 否为Mode5信号；若为Mode5信号，对原始采样数据进行精确延时，将同 步滑动延时与精确延时后的原
始采样数据分别做同步流水FFT，得到复数 结果；将复数结果逐点共轭相乘，得到互相关谱，并对互相关谱进行检测； 若为非Mode5信号，则丢弃缓存数据，不再运算；
[0011]4)利用CORDIC算法，实时计算互相关谱的反正切结果，然后根据 基线位置预置滑窗、检测时间窗以及反正切计算角度的最大和最小范围， 在系统探测范围内对反正切结果进行相位解模糊处理，得到相位解模糊处 理结果；
[0012]5)相位解模糊处理结果经过约束最小二乘算法的线性拟合，得到时差 估计方差的一次项系数；
[0013]6)根据时差估计方差的一次项系数，实时计算Mode5信号的时差值， 所述时差值为当前Mode5信号的前导脉冲抖动值。
[0014]进一步的，所述步骤1)中采集AD为200MspsAD对@140MHz中频 的IFF信号进行实时采样。
[0015]进一步的，所述步骤2)中脉冲串信息包括脉冲串首脉冲到达时间ToA、 脉冲频率Freq、脉冲幅度Amp、各个脉冲宽度PW、实时初始相位Phase 和脉冲调制类型MoP。
[0016]进一步的，所述步骤3)中对同步滑动延时与精确延时后的原始采样数 据分别做同步流水FFT，FFT的点数为256点。
[0017]进一步的，所述步骤5)具体为：
[0018]A1.相位解模糊处理结果包括相位，对相位的离散数据进行求导计算， 相位离散形式为：
[0019]φ(ω
i
)＝
‑
ω
i
D+ε
i
,i＝0,1,
…
,M+1
[0020][0021]所述M为FFT点数，干扰项ε
i
为一个随机变量，φ(ω
i
)为相位，ω
i
为相 位的离散数据，D为时差；
[0022]A2.令约束最小二乘算法的代价函数为
[0023][0024]所述为加权函数为
[0025][0026]计算时差D的时差估计时差估计的计算公式为
[0027][0028]在理想无噪声的情况下，i＝0，φ(ω
i
)＝0，为无偏估计，即时差估计 的均值为
[0029]A3.计算时差估计的方差，得到一次项系数。
[0030]进一步的，所述步骤6)具体为：根据一次项系数，采用相位数据时 差估计法对Mode5信号进行逐脉冲时差计算，获得Mode5信号的时差值， 所述时差值即为Mode5信号的前导脉冲的抖动值。
[0031]进一步的，所述步骤3)中对互相关谱进行检测时，互相关谱检测的 初始门限预先设定或者根据当前信号环境实时下发。
[0032]一种基于约束最小二乘算法的Mode5前导脉冲抖动值计算系统，所述 系统为Mode5系统，所述Mode5系统通过约束最小二乘算法计算Mode5 信号的前导脉冲抖动值；
[0033]所述Mode5系统有4级工作模式，包括：Level1工作模式，Level2工 作模式、Level3工作模式和Level4工作模式；
[0034]所述Level1工作模式为改进的询问/应答识别模式；
[0035]所述Level2工作模式为带有GPS位置报告的态势感知识别模式；
[0036]所述Level3工作模式为友方目标选址询问模式；
[0037]所述Level4工作模式是数据传输方式。
[0038]进一步的，所述Mode5系统包含询问格式和应答格式；所述应答格式 包括Level1应答格式和Level2应答格式，所述应答格式接收应答信号，所 述询问格式接收询问信号；
[0039]所述询问格式接收的询问信号包括4个同步脉冲、2个旁瓣抑制脉冲 和11个数据脉冲，每个脉冲的有效脉宽为1μs；
[0040]所述Level1应答格式接收的应答信号包括2个同步脉冲和1个数据长 脉冲；
[0041]所述Level2应答格式接收的应答信号包括4个同步脉冲和1个数据长 脉冲。
[0042]本专利技术的有益效果是：本专利技术选用低成本高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于约束最小二乘算法的Mode5前导脉冲抖动值计算方法，其特征在于：包括以下步骤：1)采集AD对IFF信号进行实时采样，得到原始采样数据，原始采样数据在FPGA中实时做同步滑动延时；2)原始采样数据经过FFT运算变换到频域，再经过CFAR、环境噪底检测和通信信号自适应抑制，得到粗测的时频域引导信息；粗测的时频域引导信息经过下变频后，在时域中进行精确的参数测量，得到脉冲串信息；3)脉冲串信息通过树状结构，在有效的时间窗内综合判决当前信号是否为Mode5信号；若为Mode5信号，对原始采样数据进行精确延时，将同步滑动延时与精确延时后的原始采样数据分别做同步流水FFT，得到复数结果；将复数结果逐点共轭相乘，得到互相关谱，并对互相关谱进行检测；若为非Mode5信号，则丢弃缓存数据，不再运算；4)利用CORDIC算法，实时计算互相关谱的反正切结果，然后根据基线位置预置滑窗、检测时间窗以及反正切计算角度的最大和最小范围，在系统探测范围内对反正切结果进行相位解模糊处理，得到相位解模糊处理结果；5)相位解模糊处理结果经过约束最小二乘算法的线性拟合，得到时差估计方差的一次项系数；6)根据时差估计方差的一次项系数，实时计算Mode5信号的时差值，所述时差值为当前Mode5信号的前导脉冲抖动值。2.根据权利要求1所述的一种基于约束最小二乘算法的Mode5前导脉冲抖动值计算方法，其特征在于：所述步骤1)中采集AD为200MspsAD对@140MHz中频的IFF信号进行实时采样。3.根据权利要求1所述的一种基于约束最小二乘算法的Mode5前导脉冲抖动值计算方法，其特征在于：所述步骤2)中脉冲串信息包括脉冲串首脉冲到达时间ToA、脉冲频率Freq、脉冲幅度Amp、各个脉冲宽度PW、实时初始相位Phase和脉冲调制类型MoP。4.根据权利要求1所述的一种基于约束最小二乘算法的Mode5前导脉冲抖动值计算方法，其特征在于：所述步骤3)中对同步滑动延时与精确延时后的原始采样数据分别做同步流水FFT，FFT的点数为256点。5.根据权利要求1所述的一种基于约束最小二乘算法的Mode5前导脉冲抖动值计算方法，其特征在于：所述步骤5)具体为：A1.相位解模糊处理结果包括相位，对相位的离散数据进行求导计算，相位离散形式为：φ(ω
i
)＝
‑
ω
i<...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱波，赵昱杰，
申请(专利权)人：深圳华创电科技术有限公司，
类型：发明
国别省市：