專利名稱：基于一階帶通采樣的跳頻信號(hào)測向與偵收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信偵察領(lǐng)域中的一種跳頻信號(hào)的測向與偵收方法，特別適用于將基于陣列測向方法的測向系統(tǒng)擴(kuò)展為跳頻信號(hào)測向與偵收一體化的系統(tǒng)。
目前跳頻通信是一種較為成熟的擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)，由于具有較強(qiáng)的抗截獲和抗干擾性能而在多種領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在軍事通信領(lǐng)域，跳頻信號(hào)一般是利用偽隨機(jī)碼改變信號(hào)的載頻頻率，使之在固有的頻率點(diǎn)之間間隔為標(biāo)準(zhǔn)信道間隔整數(shù)倍的頻率集上跳變，在接收端為了能夠接收到跳頻信號(hào)，需要與發(fā)射端同步，這就需要知道跳頻圖案的密鑰。跳頻信號(hào)的截獲偵察主要包括①頻率集及跳頻圖案的偵察，②跳頻信號(hào)的測向，③跳頻信號(hào)的偵收。
由于用于改變載頻的偽隨機(jī)碼的周期較長，盡管能用快速設(shè)備獲取其頻率集，但通過偵察跳頻圖案得到其密鑰非常困難，這樣常規(guī)的跳頻信號(hào)偵收只能利用①引導(dǎo)跟蹤方法，即利用其它設(shè)備偵察出跳頻信號(hào)的載頻，再引導(dǎo)偵收設(shè)備進(jìn)行偵收，②使用硬件極為復(fù)雜的信道化技術(shù)。
而對(duì)跳頻信號(hào)的測向并不要求像偵收一樣需要抓住所有的信號(hào)，因此有較多的選擇，常規(guī)的跳頻信號(hào)測向方法主要有以下三種(1)在有快速頻率搜索設(shè)備引導(dǎo)時(shí)的跟蹤式測向；(2)已知頻率集時(shí)的等待式測向；(3)無頻率集先驗(yàn)信息時(shí)的搜索碰撞式測向。
當(dāng)跳頻信號(hào)的跳頻速率較高時(shí)，由于測向系統(tǒng)的換頻時(shí)間、信道建立時(shí)間等指標(biāo)的限制，以上測向方法均難以滿足較高要求，而引導(dǎo)式偵收問題則更加難以解決。
本發(fā)明的目的在于避免上述背景技術(shù)中的不足之處而提供一種將跳頻信號(hào)在不同時(shí)刻、不同載頻上出現(xiàn)的頻譜搬移到同一個(gè)低頻上進(jìn)行處理，使跳頻信號(hào)的全部信息保留下來的基于一階帶通采樣的跳頻信號(hào)測向與偵收方法。并本發(fā)明還具有與信道化相當(dāng)?shù)膫墒招Ч?，依?jù)該方法實(shí)現(xiàn)的跳頻信號(hào)測向與偵收一體化系統(tǒng)具有設(shè)備簡單，性能好，使用方便，成本低廉等特點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明的方法包括以下技術(shù)措施(1)利用陣列測向方法對(duì)同頻多信號(hào)進(jìn)行測向處理；(2)利用數(shù)字波束形成方法抑制同頻干擾信號(hào)，提高有用信號(hào)的信噪(干)比；(3)利用一階帶通采樣時(shí)，若頻譜反向放置，則信號(hào)相位與頻譜正向放置時(shí)相反，測向結(jié)果相差180°；本發(fā)明的方法還包括技術(shù)措施步驟(1)使用寬帶低中頻濾波器以覆蓋跳頻信號(hào)的頻率跳變范圍；(2)按一階帶通采樣的最佳采樣頻率選取公式ω0=4ωC4n+1]]>和信號(hào)帶寬及信道間隔來確定各信號(hào)的低中頻頻率及采樣頻率，以使在不同頻率上出現(xiàn)的信號(hào)經(jīng)一階帶通采樣均搬移到同一低頻；(3)利用高速低通采樣(高于低中頻濾波器帶寬的二倍)在測向的同時(shí)得到跳頻信號(hào)的跳頻圖案。
本發(fā)明的目的還可以通過以下技術(shù)措施達(dá)到(1)利用寬帶低中頻濾波器以覆蓋跳頻信號(hào)的頻率跳變范圍的技術(shù)措施步驟寬帶低中頻濾波器分成一組較窄(比單個(gè)信道寬得多)的低中頻濾波器，每個(gè)濾波器均配接相應(yīng)的帶通采樣與分頻段處理單元，構(gòu)成寬帶信道化系統(tǒng)。
(2)利用高速低通采樣(高于低中頻濾波器帶寬的二倍)在測向的同時(shí)得到跳頻信號(hào)的跳頻圖案偵察的技術(shù)措施步驟測向處理部分是以二倍以上于寬帶信道化濾波器帶寬的高速低通采樣頻率采樣，利用FFT得到信號(hào)的跳頻圖案，并在頻域得到測向處理所需要的協(xié)方差矩陣，另外對(duì)高速采樣所得的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行二次采樣得到同一頻率的低頻信號(hào)并進(jìn)行偵收處理。
本發(fā)明相比背景技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明僅在常規(guī)的陣列測向設(shè)備中增加相應(yīng)的寬帶低中頻濾波器和數(shù)字濾束形成算法即可實(shí)現(xiàn)跳頻信號(hào)的一體化測向與偵收，因此以本發(fā)明方法制作的設(shè)備簡單，成本低廉。
(2)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)跳頻信號(hào)的全信號(hào)能量截獲，其測向與偵收效果與極為復(fù)雜的信道化設(shè)備相當(dāng)，因此性能好。
3.本發(fā)明方法及其用該方法制造的設(shè)備均使用方便，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施例電原理方框圖。
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的實(shí)施例由天線陣列及天線開關(guān)陣1、校零信號(hào)源2、多信道接收機(jī)3、寬帶信道化濾波器4、頻率綜合器5、帶通采樣與分頻段處理器6、采樣時(shí)鐘產(chǎn)生器7、綜合處理與監(jiān)控器8組成。其中實(shí)施例多信道接收機(jī)3由8個(gè)并接的多信道接收機(jī)3-1至3-8構(gòu)成，每個(gè)多信道接收機(jī)3-1至3-8串接2個(gè)帶寬均為10MHz的寬帶信道化濾波器4-1-1、4-1-2至4-8-1、4-8-2，每個(gè)寬帶信道化濾波器4-1-1至4-8-1連接帶通采樣與分頻段處理器6-1，而每個(gè)寬帶信道化濾波器4-1-2至4-8-2連接帶通采樣與分頻段處理器6-2。
實(shí)施本發(fā)明方法的原理如下根據(jù)跳頻信號(hào)頻率點(diǎn)出現(xiàn)的特性及最佳一階帶通采樣頻率選取公式來確定中頻頻率及采樣頻率使得在不同頻率上出現(xiàn)的信號(hào)經(jīng)一階帶通采樣均搬移到同一低頻。假設(shè)帶通信號(hào)的中心頻率為ωC，帶寬為2ωB，由一階帶通采樣定理可知，在
內(nèi)最多可放置m個(gè)信號(hào)正頻譜，m=ωC-ωB4ωB---(1)]]>其中[X]表示不超過X的最大整數(shù)，當(dāng)選取采樣頻移系數(shù)n滿足0≤n≤m時(shí)，可得最佳采樣頻率ω0為ω0=4ωC4n+1.---(2)]]>設(shè)計(jì)時(shí)考慮一階帶通采樣的反問題，即如何確定各信號(hào)的中心頻率，才能由一個(gè)相同的采樣頻率把所有頻率點(diǎn)上的信號(hào)均搬移到同一低頻。由式(2)可知，只要選擇ωC=(n+14)ω0---(3)]]>即可。這樣首先根據(jù)跳頻信號(hào)帶寬及信道間隔確定采樣頻率ω0，然后由式(3)確定各個(gè)低中頻信號(hào)的中心頻率點(diǎn)，實(shí)施例中確定好中心頻率點(diǎn)后，要設(shè)計(jì)相應(yīng)的多信道接收機(jī)3的本振頻率。此時(shí)，采樣后跳頻信號(hào)的中心頻率均被搬移到ω0/4的低頻上。
由于ω0的選取要保證信號(hào)無混迭，因此可能大于信道間隔，這時(shí)為使得一部分ωC與ω0滿足式(3)，應(yīng)取ω0為二倍的信道間隔，此時(shí)另一部分ωC滿足ωC=(n+34)ω0,---(4)]]>這正是信號(hào)頻譜反向放置的情況。頻譜反向放置對(duì)測向并無影響(只是由于相位均相反，而使得測向結(jié)果正好差180°)，僅對(duì)某些特殊調(diào)制類型信號(hào)的解調(diào)有影響。
由于寬帶信道化濾波器帶寬內(nèi)的信號(hào)經(jīng)帶通采樣與分頻段處理器6采樣后都搬移到中心頻率為ω0/4的低頻上，因此在處理帶寬內(nèi)不可避免地會(huì)出現(xiàn)多個(gè)信號(hào)，這時(shí)在帶通采樣與分頻段處理器6中利用通常的測向處理方法將無法處理，而需要利用有多信號(hào)處理能力的陣列處理方法對(duì)采樣后的多信號(hào)進(jìn)行測向計(jì)算，實(shí)施例中陣列測向處理采用多信號(hào)分類法(MUSIC)和加權(quán)子空間擬合法(WSF)進(jìn)行測向處理，它們具有對(duì)未知射頻頻率足夠的穩(wěn)健性。
實(shí)施例中采樣后的處理帶寬內(nèi)可能有多個(gè)信號(hào)，這樣對(duì)跳頻信號(hào)的偵收就構(gòu)成了干擾，而對(duì)跳頻信號(hào)偵收需要有一定的信噪(干)比，這時(shí)要利用數(shù)字波束形成抑制掉干擾信號(hào)，對(duì)有用的跳頻信號(hào)進(jìn)行信干比增強(qiáng)。由于相同的采樣時(shí)延對(duì)不同載頻的信號(hào)產(chǎn)生的相移不同，而跳頻信號(hào)載頻無法預(yù)測，因而此時(shí)的波束形成不能采用本發(fā)明人在中國專利專利號(hào)為97118773.8中提出的基于一階帶通采樣時(shí)延的方法，實(shí)施例在帶通采樣與分頻段處理器6中采用實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的常規(guī)數(shù)字波形成法形成波束方向性圖，以得到具有較高信干比的信號(hào)，用于解調(diào)。
當(dāng)利用一個(gè)寬帶低中頻濾波器4覆蓋整個(gè)跳頻帶寬時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)問題，一是實(shí)際使用環(huán)境中，電磁頻譜密度較高，在整個(gè)跳頻帶寬內(nèi)的干擾信號(hào)數(shù)目有可能超過波束形成對(duì)干擾抑制數(shù)目的極限，而無法有效偵收，二是跳頻信號(hào)解調(diào)時(shí)需要比測向處理更高的信噪比，由于采樣時(shí)的噪聲疊加效應(yīng)，當(dāng)信號(hào)較弱時(shí)，信噪比可能太低，以至無法解調(diào)。為解決以上問題，需要利用寬帶信道化技術(shù)，將整個(gè)跳頻帶寬分為P個(gè)子頻帶，每個(gè)子頻帶由一個(gè)與之相應(yīng)的低中頻濾波器覆蓋，對(duì)應(yīng)的一組(覆蓋相同頻段)濾波器的輸出接到同一個(gè)帶通采樣與分頻段處理器6，在每個(gè)帶通采樣與分頻段處理器6中做覆蓋帶寬內(nèi)的測向與偵收處理，然后在綜合處理與監(jiān)控器8中對(duì)各分頻段的處理結(jié)果進(jìn)行復(fù)合拼接，得到總的測向與偵收結(jié)果。實(shí)施例中P選為2，寬帶信道化濾波器分別為4-1-1、4-1-2至4-8-1、4-8-2。
當(dāng)所選用的處理器性能很高(運(yùn)算速度快)時(shí)，這時(shí)可以對(duì)寬帶信道化濾波器4的輸出進(jìn)行高速低通采樣，對(duì)采樣信號(hào)做快速付立葉變換(FFT)，可以得到跳頻信號(hào)的跳頻圖案，在頻域進(jìn)行加窗(主要去掉無用的干擾信號(hào)的頻譜)處理可以得到測向處理所需的信號(hào)的協(xié)方差矩陣。另外，對(duì)高速采樣信號(hào)進(jìn)行二次采樣，可以得到同一頻率的低頻信號(hào)，并進(jìn)行偵收處理。實(shí)施例中在帶通采樣與分頻段處理器6中使用25MHz的采樣頻率對(duì)寬帶信道化濾波器4的輸出進(jìn)行采樣，按頻段得到跳頻圖案后，再去綜合處理與監(jiān)控器8中對(duì)帶通采樣與分頻段處理器6-1和6-2的結(jié)果進(jìn)行復(fù)合拼接，得到總的跳頻圖案。用于偵收處理的二次采樣頻率為50kHz。
本發(fā)明實(shí)施例中天線陣列及天線開關(guān)陣1用8個(gè)位于空間不同位置天線陣元對(duì)空間傳播的跳頻等電磁輻射信號(hào)進(jìn)行接收，輸入至多信道接收機(jī)3，多信道接收機(jī)3經(jīng)變頻與放大后送至寬帶信道化濾波器4，經(jīng)分頻段濾波后輸入帶通采樣與分頻段處理器6，用一階帶通采樣搬移到同一低頻。本發(fā)明實(shí)施例工作于超短波頻段，主要對(duì)30至88MHz的跳頻信號(hào)測向與偵收，該頻段跳頻信號(hào)的帶寬一般為16kHz，跳頻信號(hào)信道間隔一般為25kHz，這種跳頻信號(hào)的頻率集中的各頻率點(diǎn)之間的間隔應(yīng)選為2倍的信道間隔，即50kHz，由式(3)知帶通采樣前各跳頻信號(hào)在低頻上應(yīng)出現(xiàn)在62.5kHz、112.5kHz、162.5kHz等頻率點(diǎn)上(或由式(4)知在頻譜反向放置時(shí)，各跳頻信號(hào)在低頻上出現(xiàn)在37.5kHz、87.5kHz、137.5kHz等頻率點(diǎn)上)，由一階帶通采樣將其中心頻率均搬移到12.5kHz。
校零信號(hào)源2其作用是產(chǎn)生所需測向頻率上的校準(zhǔn)信號(hào)，通過天線陣列及天線開關(guān)陣1選擇輸入到多信道接收機(jī)3的各個(gè)信道，以校準(zhǔn)信道的幅度和相位不一致性。頻率綜合器5用于提供多信道接收機(jī)3的本振源頻率信號(hào)，為了便于信道數(shù)目的擴(kuò)展，本振源信號(hào)采用分路串接的方式，即第N-1個(gè)信道的本振源信號(hào)是由第N個(gè)信道的本振信號(hào)提供，并使寬帶信道化濾波器4覆蓋相應(yīng)的跳頻帶寬。實(shí)施例中寬帶信道化濾波器4的作用是分頻段覆蓋整個(gè)跳頻帶寬，使得既能獲取全部的跳頻點(diǎn)，又能減低干擾和噪聲對(duì)測向與偵收的影響。
帶通采樣與分頻段處理器6的作用是對(duì)相應(yīng)的寬帶信道化濾波器4的輸出進(jìn)行帶通采樣(在需要偵察跳頻圖案時(shí)也可進(jìn)行高速低通采樣)，并對(duì)該頻段內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行同頻多信號(hào)的陣列測向處理并形成數(shù)字波束，對(duì)有用的跳頻信號(hào)進(jìn)行偵收處理(在高速低通采樣時(shí)也可得到跳頻圖案)。采樣時(shí)鐘產(chǎn)生器7作用是根據(jù)系統(tǒng)的需要，產(chǎn)生所需的采樣時(shí)鐘信號(hào)。經(jīng)帶通采樣與分頻段處理器6處理的結(jié)果輸入至綜合處理與監(jiān)控器8進(jìn)行復(fù)合與拼接處理，完成測向與偵收。綜合處理與監(jiān)控器8還用于整個(gè)設(shè)備的監(jiān)控。
權(quán)利要求
1.一種基于一階帶通采樣的跳頻信號(hào)測向與偵收方法，包括以下技術(shù)措施(1)利用陣列測向方法對(duì)同頻多信號(hào)進(jìn)行測向處理；(2)利用數(shù)字波束形成方法抑制同頻干擾信號(hào)，提高有用信號(hào)的信噪(干)比；(3)利用一階帶通采樣時(shí)，若頻譜反向放置，則信號(hào)相位與頻譜正向放置時(shí)相反，測向結(jié)果相差180°；其特征在于還包括以下技術(shù)措施步驟(1)使用寬帶低中頻濾波器以覆蓋跳頻信號(hào)的頻率跳變范圍；(2)按一階帶通采樣的最佳采樣頻率選取公式ω0=4ωC4n+1]]>和信號(hào)帶寬及信道間隔來確定各信號(hào)的低中頻頻率及采樣頻率，以使在不同頻率上出現(xiàn)的信號(hào)經(jīng)一階帶通采樣均搬移到同一低頻；(3)利用高速低通采樣(高于低中頻濾波器帶寬的二倍)在測向的同時(shí)得到跳頻信號(hào)的跳頻圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于一階帶通采樣的跳頻信號(hào)測向與偵收方法，其特征在于利用寬帶低中頻濾波器以覆蓋跳頻信號(hào)的頻率跳變范圍的技術(shù)措施步驟寬帶低中頻濾波器分成一組較窄(比單個(gè)信道寬得多)的低中頻濾波器，每個(gè)濾波器均配接相應(yīng)的帶通采樣與分頻段處理單元，構(gòu)成寬帶信道化系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于一階帶通采樣的跳頻信號(hào)測向與偵收方法，其特征在于利用高速低通采樣(高于低中頻濾波器帶寬的二倍)在測向的同時(shí)得到跳頻信號(hào)的跳頻圖案偵察的技術(shù)措施步驟測向處理部分是以二倍以上于寬帶信道化濾波器帶寬的高速低通采樣頻率采樣，利用快速付立葉變換(FFT)得到信號(hào)的跳頻圖案，并在頻域得到測向處理所需要的協(xié)方差矩陣，另外對(duì)高速采樣所得的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行二次采樣得到同一頻率的低頻信號(hào)并進(jìn)行偵收處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于一階帶通采樣的跳頻信號(hào)測向與偵收方法,根據(jù)跳頻信號(hào)的頻率點(diǎn)之間的間隔是信道間隔的整倍數(shù)這一特點(diǎn),可將所有頻率點(diǎn)上的信號(hào)經(jīng)一階帶通采樣搬到同一低頻,然后利用陣列測向方法對(duì)多信號(hào)測向并利用數(shù)字波束形成進(jìn)行偵收。僅在常規(guī)陣列測向設(shè)備中增加寬帶低中頻濾波器和波束形成算法即可實(shí)現(xiàn)跳頻信號(hào)一體化測向與偵收系統(tǒng)。因此具有設(shè)備簡單,性能好,使用方便,成本低廉等特點(diǎn),具有推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)H04B1/69GK1194508SQ9810161
公開日1998年9月30日 申請(qǐng)日期1998年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月22日
發(fā)明者劉建華 申請(qǐng)人:電子工業(yè)部第五十四研究所