对短波信号调制方式识别方法的研究

对短波信号调制方式识别 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 的研究 对短波信号 调制方式识别方法的研究 ?国家无线电监测中心于淦 AM,CW, FSK, PS eK, ,? N‡oi? ?s 1 概述 –?‘??? ? Ì?? 无线电监测技术日新月异，无线电信号不仅更加 趋于数字化，而且传统信号的“剩余容量”也被用来 传送附加信息。因此，信号 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 作为一种监测手段， FSK, PSK, eN, oi ?‡s??CW,A M 显得越来越重要。信号分析可以在不同层上进行，如 检测、频谱分析、调制识别、模拟和数字解调、编码 AM CW Ps k, no ei ,s ?‡? ? FSK识别和信道译码等等。 短波信号调制方式分类或识别是通信侦察和无线电 频谱管理的一项关键技术。短波信号不仅调制方式复杂 Noi es 4FS K 2FS K 8FS K MFSK PSK 多样，而且还具备实时性、频率使用的随机性(无规律 性)、同频干扰和信道拥挤性、信号场强变化的动态起 ?‡?? Noi es 伏性等特性。如果能对短波信号的调制方式进行有效的 BPS K4PS K 8PS K分析和识别，将提高短波监测的效率。 图2 短波信号调制方式分类 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 本文主要研究短波信号(2F S K，4F S K，8F S K， B P S K、Q P S K、8P S K、A M、C W等)的特征提取和调制 方式的分类识别。 2.1 信号预处理 在短波通信中，由于信号分布相对密集，为了减 少信号间的相互干扰，首先应对输入的待识别信号进 行滤波处理(带通滤波或低通滤波)以滤掉带外干扰 信号，然后进行信号预处理。信号预处理功能主要是 图1 短波信号总体流程 完成去直流，幅度均方值归一化处理以及对信号中心 频率和带宽的预估计。 2 短波信号调制方式分类识别算法原理 2.2 AM和CW信号的分类 调制识别算法所使用的信号特征是从信号的复包我们通常利用信号的频谱特性分离出A M信号和 C W信号。A M信号和C W信号和其他信号相比，都不 络、瞬时幅度、基带差分相位、瞬时频率和信号幅度 是抑制载波调制方式，它们在频谱上都属于窄单谱信 谱估计得到的。针对待识别的信号采用某些特征进行 号，并且AM信号是关于载波对称的频谱。 类别分离，在每一子类中再根据该类的信号特征采用 A M信号和C W信号的分类采用了过零检测法和瞬 不同的分类法进行分类。分类流程如图2所示。 监测检测 Monitoring & Detection 时幅度检测法。单位时间内信号经过零点的次数可以 tan-1{y(t)/x(t)} 若x(t)>0, y(t)>0 用来衡量频率的高低，即将待识别信号分段进行过零 л-tan-1{y(t)/x(t)} 若x(t)<0, y(t)>0 统计，A M信号的过零统计数波动很小，而C W信号的 φ1(t)=л/2 若x(t)=0, y(t)>0 无信号段(噪声段)和有信号段的过零统计数相对波 л+tan-1{y(t)/x(t)} 若x(t)>0, y(t)>0 (8) 动范围大，两个统计数差异明显。噪声段的过零点数 3л/2 若x(t)=0, y(t)<0 远远大于信号段的过零统计数目，从而可用来区分A M 2л-tan-1{y(t)/x(t)} 若x(t)>0, y(t)<0。 信号和CW信号。 φ1(t)是反映调制信息的非线性相位分量。由于 在信号经过带通处理的情况下采用瞬时幅度检测 载频误码差以用实际相位计算是以模2л来计算的，所 以必须首先恢复出无折叠相位。为此首先要计算修正γ 法。利用特征参数 ，即: max 2 相位序列C(i):γ = max DFT (a(i)) / N (4)。 max cn c(t-1)-2л φ1(t-1)-φ1(t)> лN a ( i ) 式中 为采样总数， 为在采样时刻归一化 cn c(t)=c(t-1)+2л φ1(t-1)-φ1(t)<-л (9)。a ( i ) = a ( i ) ? 1 的中心瞬时幅度的值，定义为 ，其中 cn n c(t-1) 其他 a( i ) = a ( )i / mm度的平均值，，而 为在一个信号段内计算的瞬时幅 n a a 即: 求得无卷叠相位:φ(t)= φ1(t)+c(t)。 N 1 m= a ( i) a ? 瞬时频率可由瞬时相位的导数计算求得:(5)。 N i =1 f(t)=(dφ(t)/d(t))*(1/2л) (10)。γ 特征参数 描述了信号包络起伏的特性，由于 max A M调制信息到载波包络，而C W信号没有，从而实现 了AM和CW信号的分离。 2.4 PSK调制和多路、噪声调制的分类 理论上，PSK的频谱形状类似于带状，多路信号的 频谱形状为梳状，噪声频谱形状无规则。实际上，由 2.3 FSK调制和 于短波通信中有较严重的多径衰落现象，PSK调制和多 PSK、多路、噪声调制的分类 由于F S K信号和P S K、多路、噪声信号的频谱存在 路、噪声调制的频谱上的差别已不明显，单从这个特 一定差异，即P S K、多路信号的频谱为梳状谱，而F S K 征上已很难把它们分离开来。我们因此采用了速率检 信号存在分离的谱峰，这对信号分离有一定作用。但在 测和功率谱检测相结合的识别方法，检测频谱上的局 信号噪声较大或FSK信号频率分离相隔较小时，只利用 部峰值，然后按频率大小排序，计算峰值间的频率差 频谱很难分离信号。此外可利用希尔伯特变换提取信号 来统计频率差的离散度。PSK的频谱的离散度相对大， 瞬时频率，FSK信号的瞬时频率呈现明显的台阶状，而 而多路信号的离散度相对较小。另外，可从信号的瞬 PSK、多路、噪声信号的瞬时频率无等间隔台阶。 时频率上统计信号的跳变点来大致测信号的速率。多 信号瞬时幅度、瞬时频率参数的提取是将输入的 路和噪声的瞬时频率的跳变点频繁且无规律性，而PSK 实 信号x(t)进行希尔伯特变换，求得解析信号z(t)。 信号的跳变相对有规律性，从而区分多路、噪声信号 z(t)是一个函数，其实部为实信号x(t)，其虚部是x(t) 和PSK信号。 的希尔伯特变换y(t)，即 z(t)= x(t)+ jy(t)。 解析信号的构成公式为: 2.5 多路信号和噪声的分离+? x (t ) 1 利用多次相关函数分离Noise和多路信号。设输入ˆz( t ) = x (t ) + j du = x( t ) + jx t( ) (6)。 ??? π t ? ux (t ) 信号为 ，则相关函数的计算式为: N ?k瞬时幅度(信号包络)为: 1 (12)。X( k ) = x (i ) x (i + k) ? N ? k 2 2 i =1 a (t ) =| z(t ) |= x(t ) + y(t ) (7)。 N 为样本总数。式中 瞬时相位φ(t)可由解析表示式计算如下: 中国无线电 2008年第7期48 监测检测 Monitoring & Detection 熟悉MORSE电码的操作人员可从其音响辨别其调制 方式，直接抄出呼号及报文。不熟悉MORSE电码的操作 人员，可通过信号分析软件显示的点划比例进行辨别其 调制方式，对照莫尔斯电码表也可抄出呼号及报文。 图5 2FSK时频分析图 图6 2FSK包络图 图3 MORSE的点划比例 根据图3分析软件显示的点划比例，对照莫尔斯电从中频频谱图上(见图4)可看出此信号存在分离的 谱峰，两个频率交替发报。从时频分析图上(见图5)可 码表我们可抄出“W CI4W V JAH”。 看出，信号的载波频率随着调制信号1或0变化:在时 域，2F S K的包络是恒定的，而在频域，在两个载波频 3.2 FSK信号的识别率处分别有一个极大值，这是2F S K信号区分于其他数 频移键控信号是用不同频率的载波来传递数字消字调制信号的重要特征(见图6)。因此可识别出此信号 息的,简称FSK。常见的FSK有:2FSK、3FSK、4FSK、 是2FSK信号。 6FSK、8FSK、MFSK、34FSK、3路FSK、7路FSK和10路 (2)7路FSK信号调制方式的识别 FSK等等 。 7路FSK信号属于多路的一种，每一路即是一个FSK (1)2FSK信号调制方式的识别 信号。其音响似风声，与PSK调制方式的信号相像，比 在二进制频移键控信号中，载波的频率受调制 较易混。但使用信号分析软件，可识别其调制方式。 信号的控制。二进制数字信号的“1”对应载波频率 从时频分析图上，我们可以数出有7路的F S K信 ω1，“0”则对应载波频率ω2，2F S K是用2个频率的 号，且每一路F S K信号的载波频率随着调制信号1或0 载波来传递数字消息。 而变，但每两路之间的频率太近，数起来易出错。包 音响特点:两个频率交替发报的声音，连续的或 络图上显示频率的最低端是此信号的载频，共有7个包 断续的“嘟”声。速率较慢时，可直接从其音响辨别 络，每个包络中是一路FSK，可明显识别出此信号是一 其调制方式;速率快时，要通过分析软件来辨别。 个7路FSK信号。 3.3 PSK信号的识别 相移键控信号是利用载波的相位变化传递信息， 简称:PSK信号。常见的PSK有:BPSK、QPSK、8PSK、 2路Q P S K、8路Q P S K、12路Q P S K、16路Q P S K、19路 图4 2FSK瞬时中频频谱图 QPSK、20路QPSK、39路QPSK等等。 中国无线电 2008年第7期50 征参数与样本进行比较，如果匹配得足够好就可确定 (1)QPSK信号的识别 四相相移键控Q P S K信号，是用载波的4种不同 该分类信号与样本具有相同的调制方式;决策理论法 相位来表征数字信息的，4种不同相位可代表4种 就是通过选择某信号的特征与某已知信号的特征具有 不同的数字信息。我们将输入的二进制数字序列 最大似然比，从而确定信号的调制方式。由此看出， αn?{0,1}n,1,2,„,n，进行分组，可以有四种组合 不管是哪种分类方法，首先要找出分类信号的特征参 (00,10,01,11)，然后用载波的四种相位来分别表示 数，只有找出特征参数，才能利用上面方法进行分类 识别。 操作人员在对信号分类识别前，要掌握各种它们。由于每一种载波相位代表两个比特信息，所以 调制 每个四进制码元又被称为双比特码元。表1是双比特码 信号特征，这些特征可以是听到的音响，也可以是看 元与载波相位的对应关系。 到的各种图形和参数。这些图形和参数是通过对信号 表1 双比特码元与载波相位的对应关系 进行处理(如CoolEdit2000处理软件)得到的时域、频 双比特码元?/2相移系统?/4相移系统域、能量域等的图形和参数，如信号的波形、频谱、 000-3?/4信号变化特征等。掌握了这些特征后，就可以对信号 10?/2-?/4的调制方式进行分类识别。 11??/4 01-?/23?/4对信号的分类识别在信号侦察方面非常重要，在 军事领域也有重要的价值。随着技术的进步，信号调 Q P S K信号从理论上讲，频谱形状类似于带状， 制方式的分类识别已经成为国内外通信侦察的重点， 而实际上由于短波通信中有较严重的多径衰落现象， 但对信号的个体识别很困难，对信号分类识别的方法 Q P S K调制和多路、噪声调制的频谱上的差别已不明 显，从其音响、中频频谱图和时频分析图中很难辨别 也是值得人们去研究。本文根据实际工作经验，按一 其调制方式，若将信号调至最佳频率，利用分析软件 定的算法原理，提取特征参数，进行分类识别，并在 的星座图，很容易观察到此信号载波的4个不同相位， 实际工作中得到了一定的应用。 从而识别其调制方式。 (2)12路QPSK信号的识别 12路Q F S K信号属于多路的一种，是12路信号并 发，每一路即是一个Q P S K信号。其音响为连续的“嗡 嗡”声，不易从其声音辨别调制方式，可利用信号分 析软件进行识别。 在时频分析图上，此信号瞬时频率的跳变点频繁 且无规律性，可判断为多路信号。在包络图上，频率 的最低端是载频，再依次数出有12个包络，每个包络 中是一路QPSK，可明显识别出此信号是一个12路QPSK 信号。 4 结束语 短波信号调制方式的分类识别一般可采用决策 理论和统计模式进行分类，难点在于对信号特征参数 的提取。上面讨论了短波常见信号调制方式的分类识 别常用方法的原理和实际工作中的应用。统计模式分 类法流程首先对信号进行特征提取，然后将提取的特