一種基于循環(huán)譜相關(guān)的常用數(shù)字調(diào)制信號識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信信號調(diào)制識別領(lǐng)域，具體涉及一種基于循環(huán)譜相關(guān)的常用數(shù)字調(diào) 制f目號識別方法。 技術(shù)背景
[0002] 通信信號的調(diào)制方式識別是介于信號獲取和解調(diào)之間的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，無論是在 軍用還是民用通信領(lǐng)域中都扮演著重要角色，尤其是在動態(tài)無線電頻譜的管理和不明干擾 的鑒別工作中。另外，通信信號的調(diào)制方式識別也是構(gòu)建軟件無線電或認(rèn)知無線電應(yīng)用的 基礎(chǔ)，也為多體制通信互聯(lián)應(yīng)用提供技術(shù)支持。
[0003] 基于傅里葉變換的信號功率譜分析是一種常用的較為經(jīng)典的針對平穩(wěn)信號的分 析方法。通過信號的功率譜分析，可以較好地獲取所分析信號的基本特征，包括載波頻率、 頻帶寬度等信號參數(shù)。但在通信過程中，很大一部分信號由于人工干預(yù)(如調(diào)制、編碼、掃描 等)而轉(zhuǎn)換為非平穩(wěn)信號，功率譜分析已不能較為全面地揭示信號的調(diào)制特征，因此基于功 率譜分析的調(diào)制識別方法通常要借助較多時(shí)域統(tǒng)計(jì)特征，局限性較大。Gardner提出的循環(huán) 譜相關(guān)理論是近年來人們研究非平穩(wěn)信號的一個(gè)重要工具，該理論充分考慮了信號經(jīng)過周 期性人工干預(yù)后所具有的重要性質(zhì)一一循環(huán)平穩(wěn)性，可以較為全面地揭示通信信號的調(diào)制 特征，這是經(jīng)典功率譜分析無法比擬的。
[0004] 雖然循環(huán)譜相關(guān)理論在各領(lǐng)域的非平穩(wěn)信號分析中得到較為廣泛的應(yīng)用，但目前 在通信信號調(diào)制識別領(lǐng)域并未普及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于循環(huán)譜相關(guān)的 常用數(shù)字調(diào)制信號識別方法，利用信號循環(huán)譜所具有的抗噪特性來提高信號分析的可靠 性;并在信號譜相關(guān)函數(shù)的計(jì)算過程中引入a截面小波去噪和疊加求取平均的環(huán)節(jié)，有效地 減弱了原譜相關(guān)估計(jì)算法結(jié)果中由采樣點(diǎn)數(shù)受限和外界干擾引起的隨機(jī)波動，利于調(diào)制特 征的識別和提?。煌瑫r(shí)，利用信號譜相關(guān)計(jì)算所獲取譜相關(guān)圖的a截面和f截面，選取合適的 特征和參數(shù)(如譜相關(guān)函數(shù)a截面和f截面最大絕對值比、a截面強(qiáng)譜線數(shù)目、a截面波動系 數(shù)、f截面歸一化面積、a截面譜線的顯著度比等)構(gòu)建分類方法對通信信號的調(diào)制方式進(jìn)行 識別。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種基于循環(huán)譜相關(guān)的常用數(shù)字調(diào) 制信號識別方法，包括以下幾個(gè)步驟：
[0007] (1)將截獲的信噪比調(diào)制信號經(jīng)采樣后分為n等份，作為進(jìn)行譜相關(guān)運(yùn)算的輸入信 號；
[0008] (2)選取合適的傅立葉變換點(diǎn)數(shù)和平滑窗寬度，用基于頻域平滑的譜相關(guān)估計(jì)算 法分別對這n份信號作譜相關(guān)運(yùn)算；
[0009] 所述基于頻域平滑的譜相關(guān)估計(jì)算法如下：
[0012] 其中，匕(r,/)A,為譜相關(guān)運(yùn)算后的結(jié)果;XM(t，f)為信號Xk⑴短時(shí)傅立葉變換的 結(jié)果;信號xk(t)為所截獲信號的n等份之一；A tSxk(t)持續(xù)時(shí)間;aAt是窗函數(shù)；Af為頻域 平滑間隔;Fs為頻域最小增量單位;Ts是時(shí)域采樣間隔;N是信號 Xk(t)樣本數(shù);M為平滑窗寬 度系數(shù);a為循環(huán)頻率;f為頻率;t為時(shí)間；
[0013] (3)步驟(2)中的運(yùn)算結(jié)果經(jīng)a截面小波去噪后相加取平均值，得到改進(jìn)的譜相關(guān) 估計(jì)算法的輸出結(jié)果；
[0014] 所述改進(jìn)的譜相關(guān)估計(jì)算法如下：
[0016] 其中，WDNa( ?)表示對m/)中的循環(huán)頻率a進(jìn)行小波去噪；
[0017] (4)依據(jù)步驟(3)所得譜相關(guān)函數(shù)的a截面和f?截面提取5種調(diào)制識別特征，并結(jié)合 一種基于時(shí)域統(tǒng)計(jì)的信號特征構(gòu)建分類方法對幾種數(shù)字調(diào)制信號進(jìn)行識別;所述5種調(diào)制 識別特征為:譜相關(guān)函數(shù)a截面和f截面最大絕對值比(記為R〇、a截面強(qiáng)譜線數(shù)目（記為R 2)、 a截面波動系數(shù)(記為R3)、f截面歸一化面積(記為R4)、a截面譜線的顯著度比（記為R 5);所述 一種基于信號時(shí)域的統(tǒng)計(jì)特征為：零中心歸一化瞬時(shí)幅度絕對值的標(biāo)準(zhǔn)偏差(記為R6);所 述幾種數(shù)字調(diào)制信號包括 2ASK、4ASK、BPSK、QPSK、8PSK、MSK、2FSK、4FSK、2FSK*、4FSK*，其中 FSK*表示碼元初始相位不相關(guān)的頻移鍵控；
[0018] 所述對幾種數(shù)字調(diào)制信號的識別過程為：
[0019] 若{~ > 皂> ，先< r21}，則判定該信號的調(diào)制方式為MSK;
[0020] 若{A > r12 , 4 > r21}或{皂< ri2，爲(wèi)< r3:J，則判定該信號的調(diào)制方為4FSK;
[0021 ]若{為> ，r21 >皂> r22}，則判定該信號的調(diào)制方式為2FSK;
[0022]若{總>，矣< r22，皂> rst}，則判定該信號的調(diào)制方式為BPSK;
[0023]若{為> /u，夂< r22，夂< ,% ,夂< "(ii}，則判定該信號的調(diào)制方式為2ASK;
[0024] 若{或> ru，之< r22，4 < /V;，夂> /:6丄，則判定該信號的調(diào)制方式為MSK;
[0025] 若{總 < 心，元> /:,:1，％ <欠< r41 }，則判定該信號的調(diào)制方式2FSK*;
[0026] 若風(fēng) < ~，之〉r;l，毛> 4 }，則判定該信號的調(diào)制方式為4FSK*;
[0027] 若風(fēng)< rr，之 > ~，屯< r4:，A% > /v_ }，則判定該信號的調(diào)制方式QPSK;
[0028] 若.丨夂< &，之 > ~，元 < ~則判定該信號的調(diào)制方式8PSK;
[0029] 其中我是特征Ri的估計(jì)值，rn和r12為對應(yīng)特征仏的閾值;其余類同。
[0030] 所述的步驟(1)中信號的采樣頻率滿足
[0031]所述的步驟(2)中每份信號的采樣點(diǎn)數(shù)取為N=1024,平滑窗寬度系數(shù)為M = 63。 [0032]所述的步驟(3)中小波去噪的原則是:使用sym8小波對含噪序列進(jìn)行分解，在所分 解的第五層上，使用軟sure域值選擇方法對序列進(jìn)行去噪，并且該域值隨第一層小波分解 的噪聲方差作調(diào)整。
[0033]所述的步驟(4)中的5種基于調(diào)制信號譜相關(guān)函數(shù)的調(diào)制識別特征的定義如下： [0034]①譜相關(guān)函數(shù)a截面和f截面最大絕對值比定義為：
[0036]其中巧(〇)和?/)分別為譜相關(guān)函數(shù)巧(/)的a截面和f截面函數(shù)；
[0037]②a截面強(qiáng)譜線數(shù)目R2定義為：
[0039]其中c〇unt( ?)表示求譜相關(guān)圖a截面的顯著峰值數(shù)，0"為截面波峰的顯著度，pmax 為截面波峰的最大顯著度，Pth為顯著度閾值，取定值0.27;
[0040]其中波峰顯著度p定義為：
[0042]其中h為譜相關(guān)圖a截面中波峰幅值與相鄰兩個(gè)波谷幅值中較大者之差，1為波峰 的寬度值，max(h)為a截面中的最大h值；
[0043]③a截面波動系數(shù)R3定義為：
[0045]其中count( ?)表示統(tǒng)計(jì)譜相關(guān)函數(shù)a截面起伏度大于0th*0max的波峰數(shù)目，^為截 面波峰的起伏度，Kax為截面波峰的最大起伏度，Pth為起伏度閾值，取定值0.1;
[0046]其中波峰起伏度0定義為：
[0048]其中h和1的含義同②中所述；
[0049]④f?截面歸一化面積R4定義為：
[0051]其中maxOSlU/))表示求取譜相關(guān)函數(shù)f截面函數(shù)的最大值，J^|S：)"(/)|#表示求取 f截面的面積；
[0052]⑤a截面譜線的顯著度比R5定義為：
[0054]其中max(pn)為a截面譜線的最大顯著度值，sec(p n)為a截面譜線的次大顯著度值；
[0055]所述的步驟(4)中的基于信號時(shí)域的統(tǒng)計(jì)特征零中心歸一化瞬時(shí)幅度絕對值的標(biāo) 準(zhǔn)偏差R6定義為：
[0057] 其中^^為觀測樣