本發(fā)明屬于雷達(dá)信號(hào)調(diào)制類(lèi)型的識(shí)別領(lǐng)域，具體涉及一種基于dsp實(shí)現(xiàn)的大時(shí)寬信號(hào)分段識(shí)別的方法。

背景技術(shù)：

在電子偵察系統(tǒng)中，往往會(huì)出現(xiàn)信號(hào)脈寬特別大的信號(hào)，即大時(shí)寬信號(hào)。對(duì)這種信號(hào)采樣會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，而信號(hào)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，信號(hào)處理的時(shí)間越長(zhǎng)，從而數(shù)據(jù)的處理會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成沉重的負(fù)擔(dān)，且達(dá)不到實(shí)時(shí)處理的效果。針對(duì)這一問(wèn)題，在工程實(shí)踐上提出了一種分段信號(hào)數(shù)據(jù)處理并綜合識(shí)別脈內(nèi)調(diào)制特征的方法

從目前的研究雷達(dá)信號(hào)調(diào)制方式的文獻(xiàn)來(lái)看，大多數(shù)的研究都沒(méi)有考慮信號(hào)時(shí)寬的大小對(duì)信號(hào)處理的時(shí)間影響；很多在工程實(shí)踐上實(shí)現(xiàn)的雷達(dá)信號(hào)脈內(nèi)調(diào)制方式識(shí)別方法也都采用基于dsp(數(shù)字信號(hào)處理器)的識(shí)別方法，而信號(hào)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的大小影響著dsp處理的時(shí)間，信號(hào)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，dsp處理時(shí)間也就越長(zhǎng)，因此研究基于dsp實(shí)現(xiàn)的大時(shí)寬信號(hào)識(shí)別很有必要。

本發(fā)明是在分段截取信號(hào)數(shù)據(jù)導(dǎo)致信號(hào)數(shù)據(jù)信息不完整的前提下，采用基于dsp的分段綜合識(shí)別方法，針對(duì)大時(shí)寬信號(hào)的識(shí)別方法進(jìn)行研究?；舅枷胧菍?duì)信號(hào)原始采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行截?cái)嗵幚?，信?hào)截?cái)嚅L(zhǎng)度以實(shí)際需求為準(zhǔn)，然后分段信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字混頻、低通濾波、抽取，綜合每段信號(hào)的頻譜和信號(hào)頻率特征信息，得出最終的信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種有效的基于dsp實(shí)現(xiàn)的大時(shí)寬信號(hào)分段識(shí)別的方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于dsp實(shí)現(xiàn)的大時(shí)寬信號(hào)分段識(shí)別的方法，包括以下四個(gè)模塊：1原始信號(hào)數(shù)據(jù)分段截取模塊；2分段數(shù)字正交混頻、濾波、抽取模塊；3頻譜和時(shí)頻特征分段計(jì)算模塊；4綜合判別模塊，在原始信號(hào)數(shù)據(jù)分段截取模塊1中，對(duì)原始信號(hào)數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)長(zhǎng)度采用等間隔方式，將數(shù)據(jù)截取為m段，減少了原始信號(hào)數(shù)據(jù)量，相應(yīng)的信號(hào)處理時(shí)間也就縮短。在頻譜和時(shí)頻特征分段計(jì)算模塊3中，假定分段信號(hào)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為n，則m段信號(hào)數(shù)據(jù)組成了一個(gè)m×n的信號(hào)頻譜矩陣，通過(guò)對(duì)矩陣m×n的每一列求最大值并記錄保存，重新組合得到一個(gè)長(zhǎng)度為n的信號(hào)頻譜，這段信號(hào)頻譜用來(lái)表示信號(hào)特征。

在所述的頻譜和時(shí)頻特征分段計(jì)算模塊3中，通過(guò)對(duì)m段信號(hào)數(shù)據(jù)分段利用最小二乘算法求取信號(hào)時(shí)頻曲線(xiàn)的擬合直線(xiàn)的斜率和截距，根據(jù)m段擬合直線(xiàn)的斜率是否相等來(lái)判斷線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)。

本發(fā)明的有益效果在于：在dsp上做信號(hào)處理的時(shí)間長(zhǎng)短決定與信號(hào)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，因此在保證信號(hào)識(shí)別效果不變的情況下，采用對(duì)原始采樣數(shù)據(jù)分段數(shù)字混頻正交變換的方法，減少需要處理的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，然后綜合每段信號(hào)數(shù)據(jù)的頻譜和時(shí)頻特征對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，這樣的處理方法，保證了信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

圖1是系統(tǒng)總體流程框圖；

圖2是信號(hào)數(shù)據(jù)截取示意圖；

圖3是數(shù)字混頻正交變換原理圖；

圖4是濾波器抽取示意圖；

圖5是dsp程序識(shí)別流程。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

本發(fā)明經(jīng)過(guò)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器以采樣頻率fnyq采集的原始信號(hào)數(shù)據(jù)x(n)，首先根據(jù)原始信號(hào)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，將信號(hào)截取為m段，m段分別經(jīng)過(guò)數(shù)字混頻、低通濾波、抽取后，原始實(shí)信號(hào)數(shù)據(jù)x(n)從實(shí)數(shù)域轉(zhuǎn)換到復(fù)數(shù)域形成m段復(fù)信號(hào)；然后，m段復(fù)數(shù)信號(hào)數(shù)據(jù)分別做快速傅立葉變換得到信號(hào)的幅頻譜，綜合m段信號(hào)的幅頻譜求得信號(hào)的3db帶寬；之后，求出m段信號(hào)數(shù)據(jù)的時(shí)頻信息；最后綜合m段信號(hào)數(shù)據(jù)的頻譜和信號(hào)時(shí)頻特征進(jìn)行分析，得到原始信號(hào)數(shù)據(jù)x(n)的調(diào)制方式。

本發(fā)明適用的條件為：

(1)輸入信號(hào)為大時(shí)寬(在這里是指脈寬100us以上)的脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)，包括常規(guī)雷達(dá)信號(hào)、二相編碼信號(hào)、四相編碼信號(hào)、線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)、非線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)以及頻率編碼信號(hào)。

(2)x(n)采樣序列要滿(mǎn)足奈奎斯特采樣定理，設(shè)其采樣頻率為fnyq。

本發(fā)明是采用dsp實(shí)現(xiàn)的，基本流程包括以下三部分：分段信號(hào)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的截取、分段數(shù)字混頻正交變換、分段信號(hào)頻譜和信號(hào)時(shí)頻特征的獲取，如圖1所示。

1)分段信號(hào)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的截取

具體來(lái)說(shuō)本發(fā)明信號(hào)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的截取方法為公式(1)所示：

式中，v表示每段間隔，n表示信號(hào)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，number表示每段數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，m代表著截取段數(shù)為m段，表示向下取整，分段截取信號(hào)數(shù)據(jù)的示意圖如圖2所示。

2)分段數(shù)字混頻正交變換

原始采樣信號(hào)的數(shù)據(jù)無(wú)法直接用來(lái)進(jìn)行信號(hào)識(shí)別，因而采用數(shù)字混頻正交變換法，將其變成同相分量i和正交分量q，數(shù)字混頻正交變換原理如圖3所示，其中xm(n)表示第m段信號(hào)數(shù)據(jù)，nco是本地?cái)?shù)字振蕩器，lpf表示低通濾波器，ymi(n)和ymq(n)代表第m段i和q路濾波器抽取輸出。

數(shù)字混頻正交變換的基本模塊包括：數(shù)字混頻、低通濾波和整數(shù)倍抽取。數(shù)字混頻表達(dá)式如公式(2)和(3)所示：

式中，xmi(n)表示第m段信號(hào)的同相分量，xmq(n)表示第m段信號(hào)的正交分量，但是數(shù)字混頻結(jié)果得到的同相分量和正交分量含有高頻分量，因而采用低通濾波器提取信號(hào)低頻成分用來(lái)進(jìn)行信號(hào)識(shí)別。

信號(hào)的采樣頻率高會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，因此需要對(duì)信號(hào)降低速率，常用的方法就是抽取，抽取可以按整數(shù)倍抽取也可以按有理數(shù)因子抽取，這里采用整數(shù)倍抽取。信號(hào)的抽取也就是對(duì)信號(hào)再采樣，采樣后的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生頻譜搬移從而產(chǎn)生混疊，為了避免降低采樣率后的頻譜無(wú)混疊，先利用低通濾波器進(jìn)行抗混疊濾波，然后再保留濾波器輸出的第v個(gè)采樣點(diǎn)，形成抽取序列y(n)，濾波器抽取的示意圖如圖4所示。

按照?qǐng)D3所示結(jié)構(gòu)，對(duì)數(shù)字混頻后的信號(hào)xmi(n)和xmq(n)進(jìn)行濾波，即對(duì)信號(hào)做卷積，然后對(duì)卷積后的結(jié)果進(jìn)行抽取。但是在dsp實(shí)現(xiàn)中這種方式比較費(fèi)時(shí)，做了大量不必要的運(yùn)算。合理的實(shí)現(xiàn)方法是先進(jìn)行抽取然后再濾波，即將抽取前移，如公式(4)和(5)所示。

式中，h(k)為n點(diǎn)fir濾波器系數(shù)，v為抽取倍數(shù)，xmi和xmq為第m段信號(hào)混頻后的i路信號(hào)和q路信號(hào)數(shù)據(jù)，ymi(n)和ymq(n)分別為第m段信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字混頻、低通濾波、抽取后的輸出的i路和q路數(shù)據(jù)。

3)分段信號(hào)頻譜和時(shí)頻特征的獲取

本發(fā)明所要識(shí)別的信號(hào)有6種，每種信號(hào)的頻譜和信號(hào)時(shí)頻特征有所區(qū)別，根據(jù)這些差異把6種信號(hào)識(shí)別出來(lái)。利用快速傅立葉變換公式如公式(6)所示，求得復(fù)數(shù)信號(hào)的頻譜，找出頻譜的最大值以及頻譜幅度降低3db時(shí)信號(hào)的頻譜寬度，然后利用信號(hào)的頻譜寬度特征進(jìn)行信號(hào)識(shí)別。

式中，k的取值為0到n-1，x(n)為復(fù)數(shù)序列，

信號(hào)頻率特征的獲取是利用最小二乘線(xiàn)性擬合算法。最小二乘算法實(shí)現(xiàn)步驟如下：

第一、線(xiàn)性擬合直線(xiàn)和信號(hào)時(shí)頻曲線(xiàn)的總偏差定義為如公式(7)所示。

式中，f(n)表示信號(hào)時(shí)頻曲線(xiàn)，表示線(xiàn)性擬合直線(xiàn)，α和β分別是擬合直線(xiàn)的斜率和截距。

第二、為使總偏差達(dá)到最小，需要對(duì)公式(7)求偏導(dǎo)，如公式(8)和(9)所示。

第三、聯(lián)立公式(8)和(9)，求解可得α和β，如公式(10)和(11)所示。

第四、由最小二乘線(xiàn)性擬合求得的擬合直線(xiàn)的斜率α和截距β可以反映出信號(hào)時(shí)頻曲線(xiàn)的特征，如常規(guī)信號(hào)的最小二乘線(xiàn)性擬合截距β基本上接近于零，由最小二乘擬合的直線(xiàn)和線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)頻曲線(xiàn)基本上重合。

圖5是本發(fā)明在dsp中具體識(shí)別流程，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1、通過(guò)計(jì)算原始數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度來(lái)判斷是否進(jìn)行信號(hào)數(shù)據(jù)截取，在這里假定信號(hào)的采樣頻率為1250mhz，則定義的大時(shí)寬信號(hào)數(shù)據(jù)x(n)的長(zhǎng)度為大于131072，130172為2的整數(shù)次冪，其對(duì)應(yīng)的脈沖寬度為104.8576us，便于fft計(jì)算；對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)x(n)的長(zhǎng)度大于131072的離散數(shù)據(jù)序列根據(jù)公式(1)進(jìn)行截?cái)嗵幚恚粸榱吮阌谶M(jìn)行fft計(jì)算處理，這里數(shù)據(jù)截?cái)嚅L(zhǎng)度number固定為16384，數(shù)據(jù)段數(shù)為8段，每段數(shù)據(jù)間隔v根據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)n而定。

2、根據(jù)圖3所示結(jié)構(gòu)分段進(jìn)行數(shù)字混頻正交變換，每段數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為16384，通過(guò)數(shù)字混頻、濾波抽取后得到兩路數(shù)據(jù)，分別是同相分量i和正交分量q，抽取倍數(shù)為8倍，因此最終的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度變成2048，能夠極大的縮短信號(hào)處理時(shí)間。

3、分段對(duì)同相分量i和正交分量q組成的復(fù)數(shù)信號(hào)做fft變換得到信號(hào)幅度譜，按照信號(hào)幅度譜數(shù)據(jù)順序依次比較8段數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)位置的數(shù)據(jù)大小，記錄相位位置的最大值data_max(m)，然后按照順序組成新的信號(hào)幅度譜new_data；記錄新組成的信號(hào)幅度譜中的最大值max_amplitude，并搜索超過(guò)max_amplitude一半的最大頻率點(diǎn)fre_max和最小頻率點(diǎn)fre_min，最終得出信號(hào)3db帶寬則為sig_bw＝fre_max-fre_min+1。

4、由于一階相位差分求信號(hào)頻率受噪聲影響比較大，因此采用n重相位差分求取信號(hào)的信號(hào)頻率；之后根據(jù)公式(10)和(11)求得每段信號(hào)時(shí)頻曲線(xiàn)的擬合直線(xiàn)，記錄每段數(shù)據(jù)線(xiàn)性擬合的斜率a_array(m)和截距b_array(m)，然后根據(jù)公式(7)求得線(xiàn)性擬合偏差并記錄為fai(m)。

5、根據(jù)步驟3求得的3db帶寬，設(shè)定一個(gè)合適的閾值threshold可以將信號(hào)分為調(diào)頻信號(hào)和調(diào)相信號(hào)，之后再分別進(jìn)行信號(hào)識(shí)別分析。

6、調(diào)頻模塊主要包括線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)、非線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)和頻率編碼信號(hào)，對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)分段截取時(shí)得到的信號(hào)時(shí)頻信息是不完整的，但是具有規(guī)律性。如：線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)頻曲線(xiàn)是一條斜率不為零的直線(xiàn)，信號(hào)截取后的數(shù)據(jù)所求的信號(hào)時(shí)頻曲線(xiàn)在該段內(nèi)仍然是一條斜率不為零的直線(xiàn)，并且利用最小二乘法求得的斜率a_array(m)，8段數(shù)據(jù)所得到斜率值的大小幾乎一樣(考慮噪聲的影響，沒(méi)有噪聲影響所求得值大小一樣)，所求的截距b_array(m)能夠連接成一條直線(xiàn)；非線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)頻關(guān)系是一條曲線(xiàn)，每段信號(hào)數(shù)據(jù)利用最小二乘法求得的斜率不一樣；頻率編碼信號(hào)的時(shí)頻曲線(xiàn)是呈階梯狀的直線(xiàn)，在碼元內(nèi)頻率是一條斜率為零的直線(xiàn)，碼元變化出會(huì)發(fā)生跳變，因此每段信號(hào)數(shù)據(jù)利用最小二乘法所得斜率a_array(m)和截距b_array(m)有兩種情況：第一、斜率a_array(m)相等，截距b_array(m)部分相等；第二、斜率a_array(m)不相等，截距b_array(m)不相等。因此，可以通過(guò)再次對(duì)所求得斜率a_array(m)做最小二乘變換求得擬合偏差，通過(guò)擬合偏差識(shí)別出這三種信號(hào)。

7、調(diào)相模塊包括常規(guī)信號(hào)、二相編碼信號(hào)、四相編碼信號(hào)，常規(guī)信號(hào)的時(shí)頻曲線(xiàn)是一條橫線(xiàn)，二相編碼信號(hào)以及四相編碼信號(hào)的頻率根據(jù)編碼會(huì)產(chǎn)生跳變。信號(hào)數(shù)據(jù)分段截取后，信號(hào)的時(shí)頻信息會(huì)有丟失，因此需要結(jié)合8段信號(hào)數(shù)據(jù)的時(shí)頻信息才能識(shí)別出常規(guī)信號(hào)、二相編碼信號(hào)和四相編碼信號(hào)。根據(jù)步驟4所求得的每段信號(hào)數(shù)據(jù)的時(shí)頻曲線(xiàn)擬合偏差fai(m)，可以做一個(gè)等效替換，等效替換的意思就是：常規(guī)信號(hào)的8段截取數(shù)據(jù)求得的信號(hào)頻率不會(huì)有突變，因此最小二乘法求得的擬合偏差fai(m)小且大小幾乎一樣，二相編碼信號(hào)和四相編碼信號(hào)求得的信號(hào)時(shí)頻曲線(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)段會(huì)有突變，所以最小二乘法求得的擬合偏差fai(m)較大且不相同，并且四相編碼信號(hào)的時(shí)頻曲線(xiàn)突變值有兩個(gè)，因此擬合偏差fai(m)會(huì)出現(xiàn)兩種值。也就是說(shuō)，常規(guī)信號(hào)的擬合偏差fai(m)只有一種值，二相編碼信號(hào)的擬合偏差fai(m)有兩種值，四相編碼信號(hào)的擬合偏差fai(m)會(huì)有三種值，因而可以根據(jù)這些特點(diǎn)來(lái)識(shí)別常規(guī)信號(hào)、二相編碼信號(hào)和四相編碼信號(hào)。

4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

參數(shù)設(shè)置：采樣頻率：1.25ghz數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：212144脈沖寬度：169.7152us

表1.信噪比3db時(shí)大時(shí)寬信號(hào)脈內(nèi)調(diào)制方式的識(shí)別結(jié)果

表2.信噪比0db時(shí)大時(shí)寬信號(hào)脈內(nèi)調(diào)制方式的識(shí)別結(jié)果

表3.信噪比-3db時(shí)大時(shí)寬信號(hào)脈內(nèi)調(diào)制方式的識(shí)別結(jié)果

仿真結(jié)果表明，在信號(hào)信噪比大于3db時(shí)6種大時(shí)寬信號(hào)識(shí)別效果都很好，當(dāng)信噪比低于3db時(shí)由于受信號(hào)噪聲的影響，ns、bpsk、識(shí)別概率降低并錯(cuò)誤識(shí)別為qpsk。

dsp測(cè)試：dsp主頻：1ghz信號(hào)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：262144脈沖寬度：209.7152us

第一、信號(hào)數(shù)據(jù)不進(jìn)行分段截取處理，直接用來(lái)進(jìn)行信號(hào)識(shí)別，程序運(yùn)行時(shí)間為900ms。

第二、信號(hào)數(shù)據(jù)分段截取處理，分為8段，每段數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為16384，程序運(yùn)行時(shí)間為400ms。

從以上結(jié)果可以看出，對(duì)于大時(shí)寬信號(hào)，采取分段數(shù)據(jù)截取并綜合分段數(shù)據(jù)頻譜和時(shí)頻特征進(jìn)行識(shí)別，能夠保證信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性、有效性。