一种复杂环境下多网台跳频信号分选方法技术

本发明专利技术提供了一种复杂环境下多网台跳频信号分选方法，包括：建立复杂环境下跳频通信系统中的多网台跳频信号的数学模型，将多网台混合跳频信号进行短时傅里叶变换获得时频能量矩阵；根据接收信号的时频矩阵对其进行基于能量分布直方图的自适应阈值去噪；进行形态学滤波去除扫频干扰和部分短突发干扰；标记连通域并统计各连通域持续时长，根据持续时长去除短突发干扰和定频干扰，得到只含跳频信号的纯净信号；提取纯净信号各段平均能量，根据各段平均能量进行MeanShift聚类对各跳频段进行分选。在低信噪比下，相比其他跳频网台分选算法，本发明专利技术算法具有更强的抗干扰能力，更高的分选率，也具有更广泛的适用性，具有较高的工程实践价值。践价值。践价值。

【技术实现步骤摘要】
一种复杂环境下多网台跳频信号分选方法


[0001]本专利技术涉及军事通信
，具体涉及一种复杂环境下多网台跳频信号分选方法。

技术介绍

[0002]通信技术的快速发展，使得无线电通信在军用和民用领域都得到了深入应用，与此同时，无线电通信网络也越来越复杂，在通信过程中也被引入了越来越多的干扰，包括非合作方的故意破环和干扰，导致无线通信环境日益复杂，通常的定频通信已经难以符合安全可靠的通信要求。战场环境下，需要发送的信号具有抗干扰，抗拦截，难破译的性质，以便在对抗中取得主动权。扩频通信应运而生，它具有优良的抗干扰，抗截获特性，在军事和民用领域发展迅猛。跳频通信是扩频通信的方式之一，由于其良好的保密性、抗干扰能力、抗截获能力和灵活组网的特点，在短波通信、超短波通信等非民用领域得到广泛应用。跳频通信从上世纪八十年代开始就被广泛用于军事通信中，美军的LINK16数据链技术，在近代各次战争中对掌握主动权起到了至关重要的作用。此外，跳频通信在蓝牙，GSM等民用领域也发挥着重大作用。
[0003]顾名思义，跳频通信是指发射信号的载波频率按照一定的规律随时间不断跳变的通信方式。这种通信方式的优点在于，对于非合作方在未能准确跟踪敌方跳频集的情况下想要对敌方跳频通信进行干扰，只能进行全频带或者绝大部分频带的阻塞式干扰，当敌方跳频带宽较大的情况下，非合作方的干扰机就必须要用很大的功率进行工作，不仅浪费能量，还可能会影响己方电台工作，甚至暴露自身信息。因此，想要对敌方电台进行高效率，高精度，高实时性的跟踪式干扰，开展跳频通信相关侦察技术的研究势在必行。
[0004]想要在电子战的时代潮流中取得先机，跳频通信侦察技术是不可或缺的部分。跳频信号存在性检测，跳频信号特征参数提取以及跳频信号的分选是其侦察过程中的三个重要环节。其中，跳频信号的分选是跳频信号侦察领域最具挑战性的部分。接收机接收到的混叠信号中可能包含着多个跳频网台组网产生的跳频信号。如何在没有先验知识的情况下，准确分选出各个网台的跳频信号从而针对性实施干扰，是一项具有重大研究价值和战略意义的研究。
[0005]现代战场通信环境日渐复杂，随着跳频通信在短波信道的应用，信道环境中除了背景噪声，还充斥着各种突发干扰、扫频干扰和定频干扰，对跳频组网网台的分选提出了挑战。因此，开展复杂环境下多跳频网台分选技术的研究，对于增强电子对抗技术的发展和促进信息化部队的建设具有重大战略意义和理论价值。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术考虑了针对多网台混合跳频信号从接收到分选的全过程，提供一种复杂环境下多网台跳频信号分选方法。利用从信号短时傅里叶变换中提取的跳频信号持续时长和平均能量，结合MeanShift聚类对多网台跳频信号进行分选，解决
战时通信对抗下跳频信号侦察接收的问题，并且达到提高信号分选精度的目的。
[0007]第一方面，本专利技术提供一种复杂环境下多网台跳频信号分选方法，所述方法包括：
[0008]S1：建立复杂环境下跳频通信系统中的多网台跳频信号的数学模型，将多网台混合跳频信号进行短时傅里叶变换获得时频能量矩阵；
[0009]S2：根据接收信号的时频矩阵对其进行基于能量分布直方图的自适应阈值去噪；
[0010]S3：进行形态学滤波去除扫频干扰和部分短突发干扰；
[0011]S4：标记连通域并统计各连通域持续时长，根据持续时长去除短突发干扰和定频干扰，得到只含跳频信号的纯净信号；
[0012]S5：提取纯净信号各段平均能量，根据各段平均能量进行MeanShift聚类对各跳频段进行分选。
[0013]优选地，所述步骤S1具体包括：
[0014]建立复杂环境下跳频通信系统中的多网台跳频信号的数学模型，接收侦察器接收到的混叠信号中除包含多个跳频网台信号，还应包含多个定频干扰信号，扫频干扰信号，突发干扰信号和背景噪声，利用时频分析技术，对接收的混叠信号进行短时傅里叶变换，并获得其时频能量矩阵。
[0015]优选地，所述步骤S2具体包括：
[0016]对时频矩阵中各时频点能量大小的对数结果进行统计，绘制出时频能量分布直方图，取两波峰之间波谷较为靠左的位置横坐标所对应时频能量大小为自适应去噪阈值，对时频矩阵中能量小于去噪阈值的时频点赋零，从而完成去噪，得到去噪后的时频矩阵。
[0017]优选地，所述步骤S3具体包括：
[0018]对去噪后的时频矩阵进行形态学闭运算以填补阈值去噪过程中可能会造成的跳频信号HOP中间的空隙，然后采用较短的结构元素对整个矩阵进行形态学腐蚀运算去除扫频干扰和部分短突发干扰。
[0019]优选地，所述步骤S4具体包括：
[0020]利用基于堆栈思想的连通域标记算法对时频矩阵进行连通域标记，确定各个时频信号段的持续时长，根据持续时长去除定频干扰和突发干扰，得到只含跳频信号的纯净信号。
[0021]优选地，所述步骤S5具体包括：
[0022]计算各个跳频信号段内各个时频点的能量均值，因为经过第三步的形态学处理，各个连通域的边缘点能量有畸变，故此时只取能量大小处于前80％的时频点的能量均值，并根据各段能量均值进行MeanShift聚类，依据聚类结果分选出各个跳频信号段所属跳频信号。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1是本专利技术提供的一种复杂环境下多网台跳频信号分选方法的流程示意图；
[0025]图2是在观测时间内采集的同步组网混叠信号灰度时频图；
[0026]图3是由混叠信号时频矩阵绘制出时频能量分布直方图；
[0027]图4是同步组网混叠信号经过基于能量分布直方图的自适应阈值去噪后的时频图；
[0028]图5为图4中同步组网信号进行步骤S4后得到的各跳频信号段标记结果；
[0029]图6为图5中同步组网信号进行MeanShift能量聚类后聚类结果图；
[0030]图7为分选出跳频信号1的时频图；
[0031]图8为分选出跳频信号2的时频图；
[0032]图9是在观测时间内采集的异步组网混叠信号灰度时频图；
[0033]图10为分选出跳频信号3的时频图；
[0034]图11为分选出跳频信号4的时频图；
[0035]图12是本专利技术对同步组网跳频信号实施分选的正确率随SNR变化图；
[0036]图13是本专利技术对异步组网跳频信号实施分选的正确率随SNR变化图。
具体实施方式
[0037]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂环境下多网台跳频信号分选方法，其特征在于，所述方法包括：S1：建立复杂环境下跳频通信系统中的多网台跳频信号的数学模型，将多网台混合跳频信号进行短时傅里叶变换获得时频能量矩阵；S2：根据接收信号的时频矩阵对其进行基于能量分布直方图的自适应阈值去噪；S3：进行形态学滤波去除扫频干扰和部分短突发干扰；S4：标记连通域并统计各连通域持续时长，根据持续时长去除短突发干扰和定频干扰，得到只含跳频信号的纯净信号；S5：提取纯净信号各段平均能量，根据各段平均能量进行MeanShift聚类对各跳频段进行分选。2.根据权利要求1所述的复杂环境下多网台跳频信号分选方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：建立复杂环境下跳频通信系统中的多网台跳频信号的数学模型，接收侦察器接收到的混叠信号中除包含多个跳频网台信号，还应包含多个定频干扰信号，扫频干扰信号，突发干扰信号和背景噪声，利用时频分析技术，对接收的混叠信号进行短时傅里叶变换，并获得其时频能量矩阵。3.根据权利要求1所述的复杂环境下多网台跳频信号分选方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：对时频矩阵中各时频点能量大小的对数结果进行统计，绘制出时频能量分布直方...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱政宇，王家政，赵航然，王梓晅，梁静，王法松，王忠勇，巩克现，吴迪，江桦，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：