《通信》課件第6章

第6章通信對(duì)抗偵察信號(hào)分析處理6.1分析接收機(jī)的工作原理6.2通信信號(hào)參數(shù)的測(cè)量分析6.3通信信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別6.4通信信號(hào)解調(diào)及網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)原理思考題

6.1分析接收機(jī)的工作原理

通信對(duì)抗偵察系統(tǒng)信號(hào)分析處理流程如圖6-1-1所示。其主要包括信號(hào)分析、信號(hào)分離、參數(shù)估計(jì)、特征提取、調(diào)制方式識(shí)別、解調(diào)、顯示記錄等內(nèi)容。其具體過(guò)程是:根據(jù)通信信號(hào)的特點(diǎn)研究偵察信號(hào)特征,借助于一定的信號(hào)分析算法進(jìn)行信號(hào)分離,對(duì)于感興趣的信號(hào),通過(guò)測(cè)量的手段估計(jì)信號(hào)參數(shù),結(jié)合算法提取信號(hào)特征參數(shù),判定目標(biāo)信號(hào)的類別和屬性。另外,在具有一定先驗(yàn)知識(shí)的條件下,可以還原通信的原始信息;如果采用軟件解調(diào),解調(diào)也屬于信號(hào)分析處理的范疇。其中大部分工作都集中在分析接收機(jī)中完成。圖6-1-1偵察信號(hào)處理流程圖

6.1.1基本組成

分析接收機(jī)與搜索接收機(jī)的接收通道結(jié)構(gòu)基本一致,只是工作狀態(tài)不同,其原理框圖如圖6-1-2所示。將“引導(dǎo)頻率”fc送給微控制器,微控制器輸出頻率控制碼,控制頻率合成器產(chǎn)生頻率為fL1=fc+fi1的一本振信號(hào)uL1(t),確定射頻通道中心頻率f0=fL1+fi1=fc,只要目標(biāo)信號(hào)頻率fc在射頻通道帶寬之內(nèi),就能夠通過(guò)接收通道。為了適應(yīng)各種目標(biāo)信號(hào),接收通道后面配有濾波器組和解調(diào)器組。圖6-1-2分析接收機(jī)的原理框圖

分析接收機(jī)事先很難掌握信號(hào)的調(diào)制方式,也難以知道信號(hào)的帶寬。首先,信號(hào)分析需要從濾波器組中選擇比較寬的濾波器,以保證信號(hào)各頻率成分完整進(jìn)入分析終端,將未經(jīng)過(guò)解調(diào)的中頻信號(hào)送入接收機(jī)的分析處理部分;然后,通過(guò)適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理手段對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析,估計(jì)信號(hào)參數(shù),提取信號(hào)特征參數(shù)進(jìn)行信號(hào)識(shí)別。掌握信號(hào)的帶寬和調(diào)制方式后,從濾波器組中選擇與信號(hào)匹配的濾波器;保證中頻通帶與目標(biāo)信號(hào)的帶寬相匹配;從解調(diào)器組中選擇與信號(hào)調(diào)制方式對(duì)應(yīng)的解調(diào)器進(jìn)行信號(hào)解調(diào)。將解調(diào)后的基帶信號(hào)送入記錄顯示部分進(jìn)行信息監(jiān)聽(tīng)、顯示。解調(diào)后的基帶信號(hào)送入信號(hào)處理,可以進(jìn)行基帶信號(hào)參數(shù)估計(jì)和基帶特征分析。信號(hào)顯示、存儲(chǔ)的內(nèi)容很多,包括:中頻信號(hào)及頻譜、基帶信號(hào)及頻譜、信號(hào)相關(guān)參數(shù)等。

在對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的過(guò)程中,信號(hào)的分析、測(cè)量、識(shí)別與監(jiān)視是互相關(guān)聯(lián)、互相影響的。依據(jù)分析處理結(jié)果,估計(jì)信號(hào)的相關(guān)參數(shù),為信號(hào)分析的正確與否提供佐證,將相關(guān)參數(shù)與信號(hào)分析結(jié)合,提取信號(hào)特征參數(shù)。特征參數(shù)是識(shí)別信號(hào)的重要依據(jù),也進(jìn)一步為測(cè)量信號(hào)參數(shù)、分析信號(hào)波形與頻譜結(jié)構(gòu)提供依據(jù),結(jié)合信號(hào)識(shí)別結(jié)果,可以為該信號(hào)選擇解調(diào)器,進(jìn)行信號(hào)的監(jiān)視。偵察信號(hào)分析處理模式包括模擬處理和數(shù)字處理。

模擬處理的方法是:在接收通道的輸出端用模擬濾波器、放大器、解調(diào)器、示波器和頻譜儀等模擬器件進(jìn)行分析處理。模擬處理的優(yōu)點(diǎn)是速度快,可以達(dá)到真正的實(shí)時(shí)處理要求。其缺點(diǎn)是處理辦法單一、復(fù)雜算法難以實(shí)現(xiàn)且控制不夠靈活。

數(shù)字處理的方法是:在接收通道的輸出端用ADC將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),采用相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行分析處理。數(shù)字處理的優(yōu)點(diǎn)是處理方法靈活多樣,復(fù)雜計(jì)算容易實(shí)現(xiàn),存儲(chǔ)記憶功能強(qiáng)。但A/D轉(zhuǎn)換和中央處理單元(CPU)中的讀取與執(zhí)行指令、運(yùn)算和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等操作環(huán)節(jié)都需要時(shí)間,處理速度相對(duì)較慢。

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展與信號(hào)分析處理技術(shù)的進(jìn)步,目前大部分信號(hào)的分析處理是以數(shù)字處理的形式實(shí)現(xiàn);隨著模擬器件的發(fā)展,許多數(shù)字處理的方法也有了對(duì)應(yīng)的物理器件,并取得相對(duì)于數(shù)字處理速度快的優(yōu)勢(shì)。

在分析接收機(jī)中,其濾波器組與分析處理既可以用硬件模擬器件完成,也可以用軟件數(shù)字算法完成。當(dāng)信號(hào)處理采用數(shù)字化手段時(shí),就實(shí)現(xiàn)了分析接收機(jī)與數(shù)字化接收機(jī)有效結(jié)合,構(gòu)成中頻數(shù)字化的分析接收機(jī)。

6.1.2主要功能

分析接收機(jī)通過(guò)測(cè)量、分析信號(hào)完成對(duì)信號(hào)的監(jiān)視。分析接收機(jī)主要在時(shí)域、頻域、空域、調(diào)制域及信息域等領(lǐng)域?qū)π盘?hào)進(jìn)行分析監(jiān)視,不同的信號(hào)具有不同特征,主要的監(jiān)視領(lǐng)域也會(huì)有所不同。分析接收機(jī)除了具有一般接收機(jī)的功能,針對(duì)不同信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析的接收機(jī),要求的功能有所不同。

1.頻率預(yù)置與自動(dòng)頻率控制

人工頻率預(yù)置方式一般有兩種:一種是利用鍵盤鍵入需要預(yù)置的頻率;另一種是用調(diào)諧旋鈕預(yù)置頻率。早期的接收機(jī)采用人工調(diào)整調(diào)諧旋鈕,直接改變接收機(jī)中調(diào)諧回路和本振的頻率參數(shù),實(shí)現(xiàn)頻率改變;現(xiàn)代偵察接收機(jī)采用調(diào)諧旋鈕控制一個(gè)頻率編碼器,改變頻率編碼,將頻率合成器預(yù)置到所需要的頻率上。自動(dòng)頻率預(yù)置是搜索接收機(jī)和分析接收機(jī)的結(jié)合應(yīng)用,當(dāng)搜索接收機(jī)截獲到某一感興趣的信號(hào)時(shí),自動(dòng)向分析接收機(jī)輸出該信號(hào)的頻率編碼,從而將分析接收機(jī)預(yù)置到該信號(hào)頻率上,對(duì)該信號(hào)進(jìn)行精確分析測(cè)量。

搜索接收機(jī)僅僅完成信號(hào)頻率的粗測(cè),引導(dǎo)頻率與信號(hào)頻率存在比較大的誤差,接收通道與信號(hào)處于不諧振狀態(tài),就會(huì)帶來(lái)信號(hào)失真,給信號(hào)接收、參數(shù)測(cè)量帶來(lái)很大誤差,嚴(yán)重的失諧還可能導(dǎo)致信號(hào)無(wú)法接收。自動(dòng)頻率控制電路利用鑒相器,將接收輸出信號(hào)的相位與晶振相位的差異轉(zhuǎn)化為控制電壓,調(diào)整頻率合成器的輸出頻率,對(duì)進(jìn)入接收機(jī)通帶的信號(hào)頻率進(jìn)行捕獲、自動(dòng)跟蹤,使接收機(jī)的通帶與信號(hào)頻率諧振,保證信號(hào)的最佳輸出。

2.頻率搜索

連續(xù)改變微控制器輸出的頻率控制碼,頻率合成器輸出掃頻本振,分析接收機(jī)工作于搜索狀態(tài),完成頻率搜索功能。

按照改變頻率合成器輸出頻率的方式,接收機(jī)的頻率搜索有人工搜索和自動(dòng)搜索。在自動(dòng)搜索時(shí),可以采用按頻率步進(jìn)搜索或者按預(yù)先設(shè)定程序選頻搜索。

按頻率步進(jìn)自動(dòng)搜索的過(guò)程:事先預(yù)置搜索頻段的起始頻率、終止頻率、頻率步進(jìn)間隔、門限電平以及鎖定時(shí)間,接收機(jī)按預(yù)置的參數(shù)進(jìn)行搜索?？梢允孪仍O(shè)置保護(hù)頻率,搜索過(guò)程中自動(dòng)跳過(guò)保護(hù)頻率。

按預(yù)先設(shè)定程序選頻搜索的過(guò)程:對(duì)已知N個(gè)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視時(shí),事先預(yù)置這N個(gè)頻率、優(yōu)先等級(jí)、門限電平以及鎖定時(shí)間,按頻率的高低順序或優(yōu)先等級(jí)在N個(gè)頻率上進(jìn)行搜索。在自動(dòng)搜索時(shí),如果搜索到某頻率點(diǎn)上信號(hào)電平超過(guò)預(yù)置的門限電平時(shí),自動(dòng)在該頻率上鎖定,對(duì)信號(hào)進(jìn)行參數(shù)測(cè)量;達(dá)到預(yù)置的鎖定時(shí)間后,接收機(jī)解鎖,繼續(xù)向下(上)搜索。

預(yù)置的鎖定時(shí)間關(guān)系到信號(hào)的搜索速度和參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確度。如果接收機(jī)用于搜索工作,則要求搜索速度快,鎖定時(shí)間應(yīng)盡量短,截獲概率高但分析能力弱。如果接收機(jī)用于分析工作,則要求參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確,鎖定時(shí)間可以長(zhǎng)一些,分析能力強(qiáng)但截獲概率低;如果接收機(jī)用于邊搜索邊分析的工作,則需要合理選擇鎖定時(shí)間,平衡截獲概率與參數(shù)測(cè)量之間的需求關(guān)系。

有效提高搜索速度和對(duì)信號(hào)調(diào)諧精度的方法之一是將大步進(jìn)搜索與小步進(jìn)調(diào)諧結(jié)合:當(dāng)沒(méi)有信號(hào)時(shí),采用大步進(jìn)搜索減少搜索時(shí)間;當(dāng)有信號(hào)時(shí),采用小步進(jìn)調(diào)諧。在采用多部接收機(jī)時(shí),選擇一部用做搜索,其他用于分析,是平衡截獲概率與參數(shù)測(cè)量的有效方法。在接收機(jī)工作過(guò)程中,可以進(jìn)行人工干預(yù)。

3.中頻濾波器組適應(yīng)不同信號(hào)帶寬

接收機(jī)的濾波功能主要在中頻完成,用于濾除信號(hào)帶外噪聲。對(duì)于某一特定信號(hào)而言,如果濾波器帶寬太寬,則進(jìn)入中頻后端的噪聲與鄰頻干擾增加,輸出信噪比下降,不利于信號(hào)的分析與監(jiān)測(cè);如果濾波器帶寬太窄,則信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器后可能存在嚴(yán)重的信息丟失,不利于信號(hào)的恢復(fù)與監(jiān)測(cè)。

不同目標(biāo)信號(hào)的帶寬不同,不同帶寬的信號(hào)選用不同帶寬的濾波器。當(dāng)采用中頻濾波器組保證接收機(jī)對(duì)各種通信信號(hào)接收時(shí),既能濾除帶外噪聲,又能保證信息的完整。由于偵察信號(hào)的帶寬不能確定,考慮體積和價(jià)格的原因,一般由模擬電路實(shí)現(xiàn)一定數(shù)量的硬件濾波器,再由軟件數(shù)字濾波子程序完成濾波器組的工作。

4.解調(diào)器組適應(yīng)不同通信信號(hào)調(diào)制方式

信道上信號(hào)形式越來(lái)越多,為了提高接收機(jī)適應(yīng)各種信號(hào)的能力,需要采用解調(diào)器組保證接收機(jī)具有對(duì)多種通信信號(hào)解調(diào)的能力。由于事先掌握信號(hào)調(diào)制方式非常困難,很多信號(hào)需要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換,進(jìn)行調(diào)制方式識(shí)別,由解調(diào)軟件進(jìn)行信號(hào)還原。

5.自動(dòng)增益控制適應(yīng)不同目標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度

通信對(duì)抗偵察的對(duì)象無(wú)論在頻率、位置、功率等方面都存在嚴(yán)重的不確知性,為了提高對(duì)遠(yuǎn)距離、弱信號(hào)的接收,希望接收機(jī)的增益高;但對(duì)于近距離、強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行接收時(shí),為了保證輸出信號(hào)不超出動(dòng)態(tài)范圍,希望接收機(jī)的增益低,有時(shí)候甚至需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減。自動(dòng)增益控制電路根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度自動(dòng)控制、調(diào)整接收機(jī)對(duì)信號(hào)的增益大小。有效提高分析接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。常用的自動(dòng)增益控制包括硬件電路中的AGC(自動(dòng)增益控制)、MGC(人工增益控制)以及數(shù)字信號(hào)處理中的DGC(數(shù)字增益控制)。

6.信號(hào)參數(shù)估計(jì)與分析識(shí)別

估計(jì)目標(biāo)信號(hào)參數(shù)是分析接收機(jī)的基本任務(wù),也是信號(hào)分析識(shí)別的基礎(chǔ),只有實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的分析識(shí)別,才能提供有價(jià)值的軍事情報(bào)。信號(hào)參數(shù)估計(jì)與分析識(shí)別可以采用人工或者自動(dòng)的方法進(jìn)行。目前的分析接收機(jī)已具有自動(dòng)測(cè)量信號(hào)參數(shù)、提取信號(hào)特征參數(shù)、對(duì)信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)分析識(shí)別的能力。

7.數(shù)據(jù)顯示

接收機(jī)接收的信號(hào)、測(cè)量的參數(shù)、分析的結(jié)果必須顯示給用戶。顯示方式一般包含聽(tīng)覺(jué)顯示和視覺(jué)顯示兩種,其分述如下:

(1)聽(tīng)覺(jué)顯示主要通過(guò)耳機(jī)或揚(yáng)聲器進(jìn)行,多是針對(duì)聲音信號(hào)的監(jiān)聽(tīng)。

(2)視覺(jué)顯示主要通過(guò)示波器或顯示屏進(jìn)行,可顯示的內(nèi)容比較豐富。波形反映信號(hào)時(shí)域特征,頻譜反映信號(hào)頻域特征。頻譜顯示單元可以作為接收機(jī)的組成部分,也可以作為接收機(jī)配套的輔助設(shè)備。

視覺(jué)顯示可以采用模擬顯示(如示波器)和數(shù)字顯示(如顯示屏)。模擬顯示方式實(shí)時(shí)性好,但一般只能顯示信號(hào)的波形、頻譜與方位,并且難以存儲(chǔ);數(shù)字顯示方式不僅可以顯示信號(hào)的波形、頻譜與方位,還可以顯示信號(hào)的通信體制、調(diào)制方式、工作頻率、信號(hào)帶寬、輻射源位置等參數(shù),目前已經(jīng)成為信號(hào)顯示的主要手段,軍用設(shè)備的顯示屏一般比較小,不同設(shè)備在顯示內(nèi)容、格式等方面都會(huì)有所不同。

8.數(shù)據(jù)記錄

信號(hào)形式復(fù)雜多樣,很多信號(hào)的分析處理結(jié)果無(wú)法驗(yàn)證,有的信號(hào)的分析識(shí)別難以實(shí)時(shí)完成,原始接收數(shù)據(jù)、處理中的過(guò)渡數(shù)據(jù)以及結(jié)果數(shù)據(jù)都是重要的情報(bào)素材,需要接收機(jī)具有完整的數(shù)據(jù)記錄功能。目前記錄的內(nèi)容主要包括信號(hào)波形、頻譜及其他相關(guān)參數(shù)。記錄的介質(zhì)主要是磁存儲(chǔ)介質(zhì)。

9.組網(wǎng)協(xié)調(diào)工作

在實(shí)際應(yīng)用時(shí),分析接收機(jī)具有組網(wǎng)協(xié)調(diào)工作的能力。具體的組網(wǎng)方式、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議由各網(wǎng)絡(luò)確定,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各設(shè)備之間的通信控制既可以采用有線連接,也可以采用無(wú)線遙控接口。

6.2通信信號(hào)參數(shù)的測(cè)量分析

6.2.1通信信號(hào)的載頻測(cè)量分析對(duì)于通信而言,信號(hào)射頻頻率是指通信發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)的載波頻率,包括標(biāo)稱頻率和工作頻率,在理想情況下,它們應(yīng)該是一致的。對(duì)于通信對(duì)抗偵察而言,信號(hào)射頻頻率是指根據(jù)接收信號(hào)測(cè)量或者估計(jì)得到的信號(hào)載波頻率。

信號(hào)載波頻率的估計(jì)也稱為信號(hào)載頻的測(cè)量,傳統(tǒng)的測(cè)頻方法主要有頻率計(jì)測(cè)量法、李沙育圖形法、過(guò)零點(diǎn)測(cè)量法、脈沖計(jì)數(shù)法等,隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展,考慮到對(duì)不同調(diào)制信號(hào)的適應(yīng)性的問(wèn)題,目前主要采取數(shù)字信號(hào)處理的方法估計(jì)信號(hào)射頻頻率。

對(duì)于有載頻的已調(diào)信號(hào),常常以估計(jì)的載波頻率作為偵察測(cè)量的信號(hào)射頻頻率;對(duì)于無(wú)載頻的已調(diào)信號(hào),常常以信號(hào)頻譜的中心頻率、信號(hào)頻譜的峰值頻率或者信號(hào)能量的中心頻率作為偵察測(cè)量的信號(hào)射頻頻率。具體方法是:首先要對(duì)接收通道輸出信號(hào)進(jìn)行采樣實(shí)現(xiàn)信號(hào)的數(shù)字化處理,然后采用相應(yīng)的計(jì)算方法,估計(jì)信號(hào)頻率,根據(jù)接收本振換算信號(hào)射頻頻率并顯示。

1.采樣信號(hào)相對(duì)頻率估算

信號(hào)經(jīng)A/D采樣得到N點(diǎn)的離散序列{s(n)},信號(hào)的頻率成分是豐富的、瞬時(shí)頻率是變化的。

在時(shí)間段t=NT內(nèi)(t為實(shí)時(shí)時(shí)間,T為采樣時(shí)間間隔),根據(jù)離散序列{s(n)}統(tǒng)計(jì)其相對(duì)頻率的方法有很多,根據(jù)其處理方法可以歸結(jié)于頻域估計(jì)法和時(shí)域估計(jì)法。

如果信號(hào)的頻譜對(duì)稱,可以采用下式估計(jì)信號(hào)頻率對(duì)應(yīng)譜線的位置序號(hào)N0,即

根據(jù)信號(hào)頻率對(duì)應(yīng)譜線的位置序號(hào)N0,計(jì)算采樣信號(hào)的相對(duì)頻率為

2.平方法測(cè)頻

對(duì)于相位調(diào)制類的MPSK信號(hào),當(dāng)信息碼元等概率分布時(shí),其發(fā)送信號(hào)中不包含載波頻率分量。因此,對(duì)于這類信號(hào),在進(jìn)行載波頻率估計(jì)前,需要進(jìn)行平方(或高次方)變換恢復(fù)信號(hào)中的載波分量。

下面以BPSK信號(hào)為例說(shuō)明恢復(fù)載波的過(guò)程。設(shè)BPSK信號(hào)為

其中,an是二進(jìn)制信息碼,并且滿足g(t)是矩形脈沖。

對(duì)信號(hào)平方可得

對(duì)式(6-2-2)進(jìn)行濾波,去除直流可得

由此可見(jiàn),平方后得到了一個(gè)頻率為2f0的單頻信號(hào),頻率為BPSK信號(hào)的載頻的兩倍。類似地,對(duì)于MPSK信號(hào),可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行M次方,獲得頻率為Mf0的單頻信號(hào),對(duì)此單頻信號(hào)進(jìn)行FFT,可以實(shí)現(xiàn)載波頻率估計(jì)。

6.2.2信號(hào)的帶寬測(cè)量分析

信號(hào)帶寬反映信號(hào)占用頻譜資源的多少,信號(hào)帶寬的計(jì)算應(yīng)依據(jù)信號(hào)頻譜進(jìn)行。在得到射頻或中頻信號(hào)的N點(diǎn)數(shù)字化信號(hào)頻譜{S(K)}后,可以根據(jù)顯示的信號(hào)頻譜,估計(jì)出信號(hào)頻譜高端譜線的頻率值π和信號(hào)頻譜低端的頻率值f1,計(jì)算信號(hào)的帶寬B=f2-f1。

在現(xiàn)代偵察接收機(jī)中,根據(jù)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu),分析信號(hào)能量的分布,自動(dòng)計(jì)算一定信號(hào)功率百分比情況下的信號(hào)帶寬。在一般情況下,常常以一定能量分布η集中(如信號(hào)集中的分布能量占總能量的百分比η=90%)的頻率段作為信號(hào)帶寬。其能量占比要求不同,帶寬測(cè)量結(jié)果也不一樣,如圖6-2-1所示。

圖6-2-1不同能量要求下信號(hào)帶寬的測(cè)量

6.2.3信號(hào)的強(qiáng)度測(cè)量分析

信號(hào)強(qiáng)度是指接收機(jī)處通信信號(hào)強(qiáng)度,常用接收機(jī)射頻輸入端信號(hào)電平表示,也稱信號(hào)電平。接收機(jī)射頻輸入端信號(hào)混有很多干擾與噪聲,具有電平低且隨時(shí)間變化的特點(diǎn),因此對(duì)其測(cè)量難度大,實(shí)際接收機(jī)一般都是在接收機(jī)的中頻或基帶進(jìn)行實(shí)際電平測(cè)量的,因此接收機(jī)的增益影響信號(hào)電平的測(cè)量。

搜索接收機(jī)為了擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍或便于顯示,在中頻或基帶常常釆用對(duì)數(shù)放大器,在全景顯示器上直接讀出的信號(hào)電平實(shí)質(zhì)上是基帶對(duì)數(shù)相對(duì)電平。

分析接收機(jī)為了擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍,在中頻級(jí)一般釆用自動(dòng)增益控制(AGC)電路,AGC的影響不可忽視。如果將分析接收機(jī)中頻或基帶級(jí)輸岀信號(hào)送入信號(hào)電平指示電路,直接讀出的信號(hào)電平實(shí)質(zhì)上是中頻或基帶的相對(duì)電平值。

在現(xiàn)代分析接收機(jī)中,可以從接收機(jī)中頻信號(hào)的時(shí)域或頻域提取信號(hào)電平大小,然后根據(jù)接收機(jī)的AGC估計(jì)接收機(jī)射頻輸入端信號(hào)電平?？紤]到分析接收機(jī)工作狀態(tài),測(cè)量方法有所不同。

當(dāng)接收機(jī)工作在窄帶狀態(tài)時(shí),可以直接進(jìn)行包絡(luò)檢波來(lái)獲得信號(hào)的大小,也可以取信號(hào)平均頻率。對(duì)應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度作為信號(hào)電平,或者將信號(hào)所有譜線的能量取“和”作為信號(hào)電平,代表信號(hào)能量在一段時(shí)間內(nèi)的累積,然后減去接收機(jī)AGC的大小,估計(jì)接收機(jī)射頻輸入端信號(hào)電平。對(duì)于同一信號(hào)的電平測(cè)量,采取不同算法估算得到的結(jié)果可能會(huì)有較大差距。

當(dāng)接收機(jī)工作在寬帶狀態(tài)時(shí),工作帶寬內(nèi)可能包含多個(gè)信號(hào),中頻AGC后輸出信號(hào)經(jīng)A/D釆樣變?yōu)閿?shù)字序列并進(jìn)行頻譜分析,計(jì)算各接收信號(hào)頻率對(duì)應(yīng)的幅度電平,然后減去接收機(jī)AGC的大小,估計(jì)接收機(jī)射頻輸入端不同頻率信號(hào)對(duì)應(yīng)的信號(hào)電平。

如果估計(jì)接收機(jī)處信號(hào)強(qiáng)度的大小,還應(yīng)考慮天線的方向特性,將接收機(jī)射頻輸入端的信號(hào)電平減去天線的增益,作為接收機(jī)處信號(hào)強(qiáng)度的估計(jì)值。

6.2.4調(diào)制域參數(shù)測(cè)量分析

調(diào)幅度是幅度調(diào)制信號(hào)的一個(gè)調(diào)制域參數(shù),調(diào)頻指數(shù)、頻偏是角度調(diào)制信號(hào)的調(diào)制域參數(shù)。實(shí)際模擬調(diào)幅信號(hào)的瞬時(shí)包絡(luò)是隨機(jī)變化的。偵察接收設(shè)備提取信號(hào)的瞬時(shí)包絡(luò)序列{A(n)},找出包絡(luò){A(n)}中的最大值A(chǔ)max和最小值A(chǔ)min,計(jì)算調(diào)幅度為

實(shí)際角度調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)頻率是隨機(jī)變化的。偵察接收設(shè)備提取信號(hào)的瞬時(shí)頻率序列{f(n)},計(jì)算角度調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)頻偏為

其中,,是瞬時(shí)頻率的平均值。找出{f(n)}中的最大值fmax和最小值fmin,計(jì)算角度調(diào)制信號(hào)的調(diào)頻指數(shù)為

通信信息通常被調(diào)制在載波信號(hào)的幅度、頻率或相位上。在實(shí)際使用中,根據(jù)偵察接收的已調(diào)制信號(hào),可以通過(guò)參數(shù)測(cè)量、信號(hào)分析與識(shí)別,對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào),恢復(fù)信號(hào),達(dá)到估計(jì)通信信號(hào)的目的。在參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確的前提下,也可以通過(guò)正交變換,得到已調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)幅度、瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位,達(dá)到恢復(fù)信號(hào)的目的?；謴?fù)通信信號(hào)并獲取情報(bào)是通信對(duì)抗偵察的根本目的,信號(hào)的反演估計(jì)就是根據(jù)偵察接收信號(hào)估計(jì)通信信號(hào)的過(guò)程,屬于波形估計(jì)或過(guò)程估計(jì)的范疇。但是對(duì)于采用了信道編碼、信源編碼的信號(hào),解調(diào)僅僅是信號(hào)到基帶的恢復(fù)估計(jì),遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到恢復(fù)通信信息的目的。

6.2.5碼元速率測(cè)量分析

1.基帶信號(hào)采樣序列和碼元速率測(cè)量

在數(shù)字信號(hào)中,信號(hào)的基帶碼元速率Rb和碼元寬度Tb二者之間的關(guān)系為

對(duì)于能夠解調(diào)的信號(hào),對(duì)解調(diào)后的基帶信號(hào)進(jìn)行抽樣判決,得到基帶數(shù)字二進(jìn)制數(shù)字序列{x(n)}進(jìn)行碼速測(cè)量,如圖6-2-2所示。對(duì)于不能夠解調(diào)的信號(hào),利用中頻釆樣數(shù)字序列{s(n)},提取信號(hào)的包絡(luò)、頻率或者相位,根據(jù)其變化的奇異點(diǎn),判決得到以“0”碼和“1”碼表示的基帶數(shù)字二進(jìn)制數(shù)字序列{x(n)}。圖6-2-2基帶數(shù)字序列及其采樣序列

在理想條件下,{x(n)}序列中最短的連“1”碼長(zhǎng)度a對(duì)應(yīng)信號(hào)的碼元寬度Tb≈(a+0.5)Ts。在實(shí)際情況下,由于干擾的影響可能會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的碼元寬度,就需要釆取一定的算法進(jìn)行碼元寬度估計(jì)。

2.基帶脈沖功率譜和碼元速率測(cè)量

二進(jìn)制的基帶脈沖流是一種隨機(jī)脈沖序列,它可以表示為

其中,g1(t)和g2(t)是二進(jìn)制碼元“0”和“1”分別對(duì)應(yīng)的發(fā)送波形。

對(duì)于單極性脈沖,有g(shù)1(t)=0,g2(t)=g(t),它的雙邊帶功率譜表示為

對(duì)于雙極性脈沖,有g(shù)1(t)=-g2(t)=g(t),它的雙邊帶功率譜表示為

當(dāng)基帶脈沖采用矩形脈沖且脈沖寬度等于碼元寬度時(shí),其功率譜中只有直流分量,不包含碼元速率分量。當(dāng)基帶脈沖采用升余弦脈沖時(shí),其功率譜中包含碼元速率分量。

當(dāng)基帶脈沖序列中包含碼元速率分量時(shí),可以通過(guò)頻譜分析方法直接估計(jì)碼元速率。

6.3通信信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別

通信接收通常分為合作通信接收和非合作通信偵察。對(duì)于非合作通信偵察,需要在沒(méi)有先驗(yàn)知識(shí)的條件下偵察截獲通信信號(hào)。偵察信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別是分類識(shí)別研究的典型問(wèn)題,也是通信對(duì)抗研究的熱點(diǎn)之一。

6.3.1調(diào)制方式的分類識(shí)別

解調(diào)是還原通信信息的基本條件,不同調(diào)制方式的信號(hào)需要不同的解調(diào)器,在進(jìn)行通信信號(hào)解調(diào)之前,需要掌握信號(hào)的一些技術(shù)參數(shù)和調(diào)制方式。通信偵察不可能事先約定敵方通信電臺(tái)調(diào)制方式,因此對(duì)截獲信號(hào)的調(diào)制方式進(jìn)行分類識(shí)別是信號(hào)檢測(cè)和信號(hào)解調(diào)之間的重要步驟,是實(shí)現(xiàn)對(duì)敵方通信信號(hào)接收還原、獲取信息的基本步驟之一,也是干擾方選擇干擾樣式和干擾參數(shù)的基本依據(jù)。隨著軟件無(wú)線電的發(fā)展,軟件無(wú)線電通信系統(tǒng)的發(fā)射、接收雙方可以不約定調(diào)制方式進(jìn)行通信,其具體做法是在軟件無(wú)線接收電臺(tái)內(nèi)部安裝調(diào)制方式自動(dòng)識(shí)別軟件,保證不同通信系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。

對(duì)于偵察信號(hào)的調(diào)制方式識(shí)別,主要方法有人工識(shí)別與自動(dòng)識(shí)別。傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的調(diào)制方式比較單一,早期調(diào)制識(shí)別釆用人工識(shí)別方法,具體過(guò)程是釆用一系列不同調(diào)制方式的解調(diào)器,接收的高頻信號(hào)經(jīng)下變頻為中頻后,顯示中頻信號(hào)波形、頻譜,并將中頻信號(hào)輸入各解調(diào)器,獲得瞬時(shí)幅度、瞬時(shí)頻率和信號(hào)聲音等信息。偵察操作人員在學(xué)習(xí)、掌握各種調(diào)制信號(hào)特征的基礎(chǔ)上,依據(jù)接收機(jī)接收信號(hào)以及測(cè)量得到的波形、頻譜等信息,觀察或監(jiān)聽(tīng)信號(hào),憑經(jīng)驗(yàn)判定信號(hào)的調(diào)制方式。

人工識(shí)別需要有經(jīng)驗(yàn)的操作人員,判決結(jié)果包含人的主觀因素,一般可以成功識(shí)別持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)、信息速率較低、調(diào)制方式簡(jiǎn)單的信號(hào)。但隨著數(shù)字信號(hào)的廣泛使用和通信體制的多樣化,人工分類識(shí)別在速度、可靠性方面無(wú)法滿足接收機(jī)快速反應(yīng)的要求。

自動(dòng)識(shí)別不僅可以克服人工識(shí)別的問(wèn)題,提高偵察接收機(jī)的自動(dòng)化程度,還可以增強(qiáng)接收機(jī)的實(shí)時(shí)偵察能力。

6.3.2調(diào)制方式自動(dòng)識(shí)別的基本原理

20世紀(jì)80年代以來(lái),調(diào)制識(shí)別技術(shù)不斷發(fā)展,通信信號(hào)在時(shí)域、頻域直接體現(xiàn)的特征參數(shù)已經(jīng)不能滿足調(diào)制方式識(shí)別的要求,將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、小波變換技術(shù)、高階譜分析技術(shù)與調(diào)制識(shí)別技術(shù)相結(jié)合,提取信號(hào)各種特征及參數(shù),提出了很多新型的調(diào)制識(shí)別方法。

信號(hào)調(diào)制方式自動(dòng)識(shí)別一般包括自學(xué)習(xí)過(guò)程和識(shí)別過(guò)程,其流程如圖6-3-1所示。自學(xué)習(xí)過(guò)程是為識(shí)別過(guò)程服務(wù)的。識(shí)別過(guò)程主要包括:①信號(hào)預(yù)處理;②特征參數(shù)提取;③分類判決。圖6-3-1信號(hào)調(diào)制方式自動(dòng)識(shí)別的流程

1.分類判決器

調(diào)制方式識(shí)別的分類判決器主要有兩大類:基于決策樹(shù)理論的分類器和基于統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別理論的分類器。

基于決策樹(shù)理論的調(diào)制方式自動(dòng)識(shí)別方法的具體步驟是:通過(guò)觀察待識(shí)別信號(hào),假設(shè)其為M種調(diào)制方式中的某一種,然后計(jì)算相似性統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)量,將統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)量與合適的門限進(jìn)行比較和判定?；跊Q策樹(shù)理論的調(diào)制方式自動(dòng)識(shí)別采用概率論和假設(shè)檢驗(yàn)中的貝葉斯理論,保證在貝葉斯最小誤判代價(jià)準(zhǔn)則下識(shí)別結(jié)果最優(yōu)。但基于決策樹(shù)理論的調(diào)制方式自動(dòng)識(shí)別的性能要求參數(shù)比較多,而且似然比函數(shù)的計(jì)算表達(dá)式量大而復(fù)雜。

基于統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別理論的調(diào)制方式自動(dòng)識(shí)別方法的具體步驟是:通過(guò)特征提取系統(tǒng)從接收信號(hào)中提取出特征參數(shù),即從信號(hào)中抽取區(qū)別于其他信號(hào)的參數(shù),然后根據(jù)提取的特征參數(shù)確定信號(hào)的調(diào)制方式?；诮y(tǒng)計(jì)模式識(shí)別理論的調(diào)制方式自動(dòng)識(shí)別方法不需要一定的假設(shè)條件,通常是先訓(xùn)練、后決策,可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的盲識(shí)別,比較適合偵察截獲信號(hào)的處理,是調(diào)制方式自動(dòng)識(shí)別的常用方法。

2.接收信號(hào)預(yù)處理

對(duì)偵察信號(hào)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)后,應(yīng)根據(jù)參數(shù)估計(jì)得到的信號(hào)帶寬、載頻等,完成信號(hào)的濾波、載頻搬移及重釆樣,目的是盡量減小重采樣后的采樣率,以減小調(diào)制方式識(shí)別過(guò)程中的數(shù)據(jù)處理量;在進(jìn)行載頻搬移和重采樣之前,應(yīng)進(jìn)行抗混疊濾波,使特征譜線的位置不超過(guò)fs/2。

從特征提取域的角度,信號(hào)預(yù)處理方法包括時(shí)域分析法、頻域分析法和時(shí)頻分析法。

(1)時(shí)域分析法適用于平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào),主要依據(jù)信號(hào)的瞬時(shí)幅度、瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位提取特征參數(shù)進(jìn)行分類識(shí)別,所以時(shí)域分析法也被認(rèn)為是基于瞬時(shí)信息的調(diào)制識(shí)別。時(shí)域分析法計(jì)算簡(jiǎn)單,識(shí)別類型多,在信噪比較高的條件下,有著很高的有效識(shí)別率,得到廣泛應(yīng)用。但是時(shí)域分析法涉及參數(shù)多,受信噪比影響較大,在信噪比較低的情況下,不同調(diào)制方式特征參數(shù)的區(qū)分度不大,有效識(shí)別率低。

數(shù)進(jìn)行分類識(shí)別。通信信號(hào)一般是用待傳輸信號(hào)對(duì)周期性信號(hào)(載波)的某個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)制,認(rèn)為通信信號(hào)具有周期平穩(wěn)性,并且用功率譜相關(guān)分析方法可以分析不同調(diào)制方式信號(hào)的不同周期特征。頻域分析法對(duì)于不同調(diào)制方式特征參數(shù)的區(qū)分度明顯,穩(wěn)定性好,受信噪比影響相對(duì)較小,但頻域分析法的計(jì)算量大,效率低,不利于實(shí)時(shí)識(shí)別。

(3)時(shí)頻分析法適用于局部平穩(wěn)長(zhǎng)度比較大的非平穩(wěn)信號(hào),釆用短時(shí)傅里葉變換(STFT)、維格納威利分布(WVD)、小波變換等現(xiàn)代譜估計(jì)技術(shù),提取特征參數(shù)進(jìn)行分類識(shí)別,時(shí)頻分析法有著很好的應(yīng)用前景,但由于一些技術(shù)問(wèn)題,在較低信噪比條件下的有效識(shí)別率仍然不高。

3.特征參數(shù)

信號(hào)的瞬時(shí)信息主要包括瞬時(shí)包絡(luò)、瞬時(shí)相位和瞬時(shí)頻率,從中既可以提取直方圖特征、統(tǒng)計(jì)矩特征,也可對(duì)其進(jìn)行相關(guān)變換提取其變換域特征。

現(xiàn)以AM、DSB、SSB、VSB、FM和FMAM等模擬調(diào)制識(shí)別為例,介紹幾個(gè)常用的統(tǒng)計(jì)矩特征參數(shù)。

1)幅度譜峰值

幅度譜峰值,即γmax的定義為

其中,Ns為取樣點(diǎn)數(shù);acn(i)為零中心歸一化瞬時(shí)幅度,有

其中,為瞬時(shí)幅度a(i)的平均值,用平均值來(lái)對(duì)瞬時(shí)幅度進(jìn)行歸一化的目的是為了消除信道增益的影響。

2)絕對(duì)相位標(biāo)準(zhǔn)差

絕對(duì)相位標(biāo)準(zhǔn)差δap定義為

其中,at是判斷弱信號(hào)段的一個(gè)幅度判決門限電平;c是在全部取樣數(shù)據(jù)Ns中屬于非弱信號(hào)位的個(gè)數(shù);?NL(i)是經(jīng)零中心歸一化處理后瞬時(shí)相位的非線性分量,在載波完全同步時(shí),有

3)直接相位標(biāo)準(zhǔn)差

直接相位標(biāo)準(zhǔn)差δdp,即零中心歸一化非弱信號(hào)段瞬時(shí)相位非線性分量的標(biāo)準(zhǔn)偏差定義為

其中,各符號(hào)的意義與絕對(duì)相位標(biāo)準(zhǔn)差相同。它與絕對(duì)相位標(biāo)準(zhǔn)差的差別是計(jì)算時(shí)不取絕對(duì)值。

δdp主要用來(lái)區(qū)分信號(hào)是AM信號(hào)還是DSB或VSB信號(hào),從這三個(gè)信號(hào)的瞬時(shí)特征圖中可以看出,AM信號(hào)無(wú)直接相位信息,即δdp=0,而DSB和VSB信號(hào)含有直接相位信息,故δdp≠0。這樣通過(guò)對(duì)δdp設(shè)置一個(gè)合適的判決門限t(δdp),就可以區(qū)分這兩類調(diào)制類型。

4)譜對(duì)稱性

譜對(duì)稱性P的定義為

其中,PL是信號(hào)下邊帶的功率;PU是信號(hào)上邊帶的功率。

其中,S(i)=FFT{s(n)},即信號(hào)s(n)的傅里葉變換,fcn為載波頻率。

4.分類判決

從分級(jí)識(shí)別的角度,分類判決可以分為類間識(shí)別和類內(nèi)識(shí)別。其分述如下:

(1)類間識(shí)別主要研究不同調(diào)制方式之間的差異。例如,根據(jù)基帶信號(hào)在時(shí)域波形和頻譜上連續(xù)與離散的特點(diǎn),調(diào)制分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制;從待識(shí)別信號(hào)調(diào)制方式的角度,調(diào)制可以分為模擬信號(hào)的調(diào)制識(shí)別和數(shù)字信號(hào)的調(diào)制識(shí)別;根據(jù)基帶信號(hào)調(diào)制在載波上的位置(如幅度、頻率、相位),調(diào)制分為幅度調(diào)制類和角度調(diào)制類;從識(shí)別特征提取的角度,調(diào)制可以分為幅度調(diào)制識(shí)別和角度調(diào)制識(shí)別。

(2)類內(nèi)識(shí)別主要研究同一調(diào)制方式內(nèi)不同調(diào)制之間的差異,例如,幅度調(diào)制中調(diào)幅、單邊帶、雙邊帶的識(shí)別,數(shù)字調(diào)制中ASK、FSK、PSK的識(shí)別以及同一調(diào)制內(nèi)部不同進(jìn)制之間的識(shí)別。

利用上述四個(gè)特征參數(shù)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行分類判決的識(shí)別流程如圖6-3-2所示。圖6-3-2對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行分類判決的識(shí)別流程

在分類判決之前,各類特征參數(shù)判決門限是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。對(duì)于不同的信號(hào),同一特征參數(shù)的判決門限不同;對(duì)于同一信號(hào),不同特征參數(shù)的判決門限不同;對(duì)于同一信號(hào),同一特征參數(shù)的判決門限隨信號(hào)環(huán)境變化可能不同。另外,在分類判決之前,需要進(jìn)行已知信號(hào)的自學(xué)習(xí),決定各類特征參數(shù)判決門限;在必要的時(shí)候,操作員長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)也是確定判決門限的重要依據(jù)。

6.4通信信號(hào)解調(diào)及網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)原理

6.4.1常規(guī)信號(hào)解調(diào)通信對(duì)抗偵察所用的解調(diào)器由于缺乏先驗(yàn)信息的支撐,需要具備盲解調(diào)的能力,也就是在原有解調(diào)基礎(chǔ)之上具有載波頻率、碼元速率等未知參數(shù)的估計(jì)功能。據(jù)此可以得到基于相干解調(diào)的MPSK信號(hào)的盲解調(diào)器的原理框圖,如圖6-4-1所示。圖6-4-1MPSK信號(hào)的盲解調(diào)器的原理框圖

而基于非相干解調(diào)的MASK信號(hào)的盲解調(diào)器的原理框圖,如圖6-4-2所示。圖6-4-2MASK信號(hào)的盲解調(diào)器的原理框圖

6.4.2數(shù)據(jù)鏈解調(diào)

1.Link11數(shù)據(jù)鏈解調(diào)

在通信系統(tǒng)中,對(duì)2FSK信號(hào)的解調(diào)方法有很多,如鑒頻法、過(guò)零檢測(cè)法和差分檢波法、同步檢波法等。近年來(lái),出現(xiàn)了利用短時(shí)傅里葉變換分析法、自適應(yīng)遞歸數(shù)字濾波器和直接將模擬頻率檢測(cè)器變換為數(shù)字形式的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)2FSK信號(hào)的數(shù)字解調(diào)。本節(jié)主要討論利用時(shí)頻分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)MFSK信號(hào)的數(shù)字解調(diào)。

1)解調(diào)算法流程

圖6-4-3是根據(jù)Link11數(shù)據(jù)鏈信號(hào)(簡(jiǎn)稱Link11信號(hào),其余Link信號(hào)類同)的605Hz單音信號(hào)與2915Hz單音信號(hào)的時(shí)域相關(guān)特征給出的解調(diào)算法流程。具體步驟如下:

(1)利用多速率處理系統(tǒng)(包括數(shù)字下變頻與后接的抽取濾波器)將信號(hào)采樣率降低到合適的采樣速率上。A/D采樣下來(lái)的信號(hào)數(shù)據(jù)速率相比于信號(hào)帶寬要高很多,直接送后端信號(hào)處理對(duì)處理速度有很高要求,資源的使用也存在極大浪費(fèi),因此有必要將信號(hào)采樣率降低至合適的采樣速率,通過(guò)串行處理來(lái)有效降低資源的使用。圖6-4-3Link11解調(diào)流程

(2)采用突發(fā)信號(hào)檢測(cè)手段,檢測(cè)出信號(hào)出現(xiàn)時(shí)刻,由于Link11在每個(gè)突發(fā)報(bào)頭都存在同步頭(也稱為同步頭碼或同步碼),可以利用該同步頭來(lái)檢測(cè)信號(hào),并引導(dǎo)解調(diào)開(kāi)始。

(3)開(kāi)始進(jìn)行解調(diào),輸出完整的比特流數(shù)據(jù),利用非相干解調(diào)的方法,通過(guò)提取定時(shí)信息來(lái)對(duì)Link11信號(hào)進(jìn)行解調(diào),判決出數(shù)字信息“0”、“1”,并輸出。

2)MATLAB仿真運(yùn)行結(jié)果

根據(jù)上述分析采用MATLAB的SIMULINK工具搭建了一個(gè)實(shí)現(xiàn)流程,運(yùn)行結(jié)果如圖6-4-4所示。

圖6-4-4是截取的解調(diào)結(jié)果的某一片斷,仿真數(shù)據(jù)源是模擬的Link11數(shù)據(jù)鏈波形源。從圖中可以觀察到連續(xù)兩幀為3CA3083F與2CDDA4E2的十六進(jìn)制報(bào)頭幀,還可觀察到連續(xù)兩幀為00000000的停止幀。圖6-4-4MATLAB仿真分析解調(diào)結(jié)果

2.Link4A數(shù)據(jù)鏈解調(diào)

Link4A信號(hào)采用了2FSK調(diào)制,其2FSK信號(hào)是通過(guò)把數(shù)據(jù)終端輸出的基帶信號(hào)輸入到UHF電臺(tái)中對(duì)載波進(jìn)行調(diào)頻后產(chǎn)生的。對(duì)2FSK的解調(diào)方法有鑒頻法、過(guò)零檢測(cè)法及差分檢波法等。

下面給出一種ASK檢波法,即2FSK解調(diào)器的組成框圖如圖6-4-5所示。該解調(diào)器將每一個(gè)波形都進(jìn)行ASK檢波(可以采用相干檢波或非相干檢波),并將兩個(gè)檢波輸出送到相減器,相減后的信號(hào)是雙極性信號(hào),0電平自然作為判決電平,在取樣脈沖的控制下進(jìn)行判決,就可以完成2FSK信號(hào)的解調(diào),進(jìn)而輸出基帶數(shù)據(jù),再由數(shù)據(jù)終端對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行處理、抽樣判決恢復(fù)數(shù)據(jù),最后,根據(jù)Link4A信號(hào)的格式恢復(fù)同步碼和數(shù)據(jù)(解調(diào))。圖6-4-52FSK解調(diào)器的組成框圖

3.Link16數(shù)據(jù)鏈解調(diào)

在Link4和Link11基礎(chǔ)上研發(fā)的Link16并沒(méi)有改變數(shù)據(jù)鏈信息交換的基本概念,只在能力上進(jìn)行了技術(shù)和操作的改進(jìn),并提供了一些其他數(shù)據(jù)鏈路缺乏的數(shù)據(jù)交換。顯著的改進(jìn)主要有:提高抗干擾能力,增強(qiáng)保密性,提高數(shù)據(jù)吞吐量,減小數(shù)據(jù)終端尺寸。它具有數(shù)字化、抗干擾、保密語(yǔ)音等特點(diǎn),具有相對(duì)導(dǎo)航、精確定位和識(shí)別功能,提高了參與終端的數(shù)量,并且可通過(guò)許多機(jī)載中繼設(shè)備擴(kuò)大鏈接距離范圍來(lái)實(shí)現(xiàn)超視距傳輸。

Link16在調(diào)制方式上采用的是最小頻移鍵控(MSK)調(diào)制技術(shù)。MSK調(diào)制技術(shù)較頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)調(diào)制技術(shù)具有頻帶利用率高,誤碼率低,并且頻譜在主瓣以外衰減很快的特點(diǎn)。MSK調(diào)制技術(shù)是Link16具有保密、大容量、抗干擾等性能的原因之一。

1)MSK信號(hào)模型

接收信號(hào)的表達(dá)式為

其中

2)MSK解調(diào)算法

(1)維特比(Viterbi)判決法。MSK信號(hào)狀態(tài)變化的網(wǎng)格圖如圖6-4-6所示。維特比判決法是一種基于MLDS的順序網(wǎng)格搜索算法,圖6-4-6給出MKS信號(hào)4個(gè)相位狀態(tài)轉(zhuǎn)換的網(wǎng)格圖,在每一級(jí)網(wǎng)圖中搜索路徑的數(shù)量減少一半,減少了判決狀態(tài),降低了運(yùn)算量?；赩iterbi判決法設(shè)計(jì)CPM信號(hào)相干接收機(jī),簡(jiǎn)化了接收機(jī)結(jié)構(gòu)。維特比判決法在搜索最小路徑時(shí),充分利用了MSK信號(hào)前、后碼元間的相關(guān)性,因此,維特比判決法的性能要優(yōu)于逐碼片檢測(cè),通常認(rèn)為當(dāng)搜索長(zhǎng)度為6時(shí),各路徑以概率1趨于相同。圖6-4-6MSK信號(hào)狀態(tài)變化的網(wǎng)格圖

(2)最大似然分組檢測(cè)(MLBD)法。MLBD法是基于ML準(zhǔn)則的一種序列判決法。它以k個(gè)符號(hào)作為分組長(zhǎng)度進(jìn)行判決。對(duì)于接收信號(hào)z(t),易知條件概率密度函數(shù)為

其中,F是常數(shù);N0是AWGN的單邊功率譜密度。將式(6-4-22)對(duì)θ在[0,2π]內(nèi)求均值并取對(duì)數(shù),可進(jìn)一步簡(jiǎn)化得到

其中,I0(x)是零階貝塞爾(Bessel)函數(shù),該函數(shù)是單調(diào)遞增的,因此MLBD法就是尋找一組Δa=(a1,a2,…,ak),使|βΔa|最大化,從而使p(r(t)|s(t))最大化。由于對(duì)|βΔa|取模運(yùn)算,不需要提取相位信息,因此實(shí)現(xiàn)了用MLBD法對(duì)MSK信號(hào)的非相干解調(diào)。

其中,C1=1,Ck+1=Cke-jπhΔak。

6.4.3鏈路結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析

1.數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與協(xié)議分析處理

1)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)根據(jù)數(shù)據(jù)鏈的特點(diǎn)及其所需要的技術(shù)體制,參考OSI(計(jì)算機(jī)協(xié)議體系結(jié)構(gòu))的經(jīng)典七層協(xié)議模型,本文提出一種數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和算法的標(biāo)準(zhǔn)化提供統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范,使其能滿足數(shù)據(jù)鏈用戶的需求。

在考慮七層協(xié)議模型的同時(shí),我們引入了網(wǎng)絡(luò)管理的概念。數(shù)據(jù)鏈之一的Link16數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)且粋€(gè)典型的“煙道”式系統(tǒng),其設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)是適合在干擾較強(qiáng)的戰(zhàn)術(shù)環(huán)境中使用。由于它的設(shè)計(jì)是在分層原理得到廣泛應(yīng)用之前完成的,因此單純地對(duì)它進(jìn)行分層必然遇到這樣那樣的困難,如文電回復(fù)的跨層操作、MAC層的可靠傳輸。所以在數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中,我們引入了網(wǎng)絡(luò)管理模塊對(duì)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行分層。此網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系具有二維結(jié)構(gòu),即網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系和網(wǎng)絡(luò)管理。二維網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)如圖6-4-7所示。圖6-4-7二維網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分為五層,由高到低依次為應(yīng)用層、服務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層;網(wǎng)絡(luò)管理分為網(wǎng)絡(luò)安全管理、網(wǎng)絡(luò)可靠性管理和網(wǎng)絡(luò)資源管理。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系中數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)應(yīng)用層支持各種任務(wù)需求,對(duì)信息的及時(shí)性、完整性和抗干擾提出一定的要求。信息標(biāo)準(zhǔn)位于服務(wù)層,它的功能是統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和方法對(duì)數(shù)據(jù)編碼,確保應(yīng)用層所產(chǎn)生的報(bào)文可以被較低的層接收,同時(shí)對(duì)報(bào)文進(jìn)行加密和解密。網(wǎng)絡(luò)層確定信息分組從源端到目的端的路由,保證報(bào)文到達(dá)正確的目的地。

鏈路層完成數(shù)據(jù)鏈信息的匯編,根據(jù)優(yōu)先方案來(lái)傳輸待發(fā)報(bào)文,并實(shí)現(xiàn)報(bào)文加密。MAC層使得每個(gè)網(wǎng)絡(luò)參與群的報(bào)文在特定的一組時(shí)隙里進(jìn)行廣播。傳輸信道位于系統(tǒng)的物理層,信息在這里進(jìn)行調(diào)制和變頻后,通過(guò)適當(dāng)?shù)奶炀€(或轉(zhuǎn)發(fā)器)被放大、濾波和傳輸,同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳輸加密。

2)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析處理

數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與鏈路的幾何連接關(guān)系,它定義了各節(jié)點(diǎn)間的物理位置和邏輯連接關(guān)系,數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析是綜合各方面的偵察信息對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錁?gòu)成(包括網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的配屬關(guān)系、不同節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系和節(jié)點(diǎn)之間的重要鏈路)進(jìn)行分析識(shí)別的過(guò)程,分析的內(nèi)容包括對(duì)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點(diǎn)(如干線節(jié)點(diǎn)與大、中、小入口節(jié)點(diǎn)等)的分析識(shí)別,對(duì)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)重要鏈路(如無(wú)線信息網(wǎng)絡(luò)接力鏈路)的分析識(shí)別以及對(duì)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點(diǎn)之間連接關(guān)系的分析識(shí)別等。

(1)對(duì)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點(diǎn)的分析識(shí)別。數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點(diǎn)的分析是指根據(jù)偵察到的情報(bào)信息確定數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點(diǎn),這是一種多屬性決策過(guò)程。數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點(diǎn)分析識(shí)別的基礎(chǔ)是信息偵察、歸類與整理,根據(jù)多目標(biāo)決策理論,通過(guò)不同節(jié)點(diǎn)的特征差異設(shè)計(jì)有效的決策規(guī)則(判決準(zhǔn)則),提高決策正確率,信息偵察、歸類與整理的結(jié)果形成決策屬性表。決策過(guò)程是指依據(jù)決策屬性表,根據(jù)設(shè)計(jì)的決策規(guī)則,對(duì)不同決策數(shù)據(jù)鏈目標(biāo)進(jìn)行決策的過(guò)程。在實(shí)際應(yīng)用情況下,偵察到的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)(包括定位信息、通聯(lián)特征信息和鏈路信息等)往往具有很大的不確定性、不完整性與模糊性,為此可采用依據(jù)模糊決策理論設(shè)計(jì)的目標(biāo)識(shí)別方法。

(2)對(duì)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)重要鏈路的分析識(shí)別。數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)重要鏈路的分析識(shí)別是根據(jù)數(shù)據(jù)鏈對(duì)抗偵察、測(cè)向和解調(diào)等信息,對(duì)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)重要鏈路進(jìn)行分析處理的過(guò)程。不同鏈路的數(shù)據(jù)速率、繁忙程度和采用的接力機(jī)類型與傳輸?shù)男畔⒌染幸欢ǖ牟町?數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)重要鏈路的分析識(shí)別就是根據(jù)這些特征差異,依據(jù)相關(guān)決策理論設(shè)計(jì)相應(yīng)的決策規(guī)則,通過(guò)信息綜合與分析和決策結(jié)果,判明不同的鏈路類型。其分析識(shí)別的核心是決策規(guī)則的設(shè)計(jì)。

(3)對(duì)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點(diǎn)間連接關(guān)系的分析識(shí)別。數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)重要鏈路的分析識(shí)別是根據(jù)信息偵察與測(cè)向定位等結(jié)果,對(duì)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系進(jìn)行分析識(shí)別,通過(guò)確定數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)重要節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系,給出不同節(jié)點(diǎn)之間的信息鏈路以及該鏈路的技術(shù)參數(shù);該分析識(shí)別是在信號(hào)、信息偵察與測(cè)向定位的基礎(chǔ)上,通過(guò)信息綜合分析,判定不同鏈路的“源”和“宿”,然后分析識(shí)別出與干線節(jié)點(diǎn)連接的重要接力鏈路,以及不同接力鏈路對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)類型,該分析識(shí)別的核心是通過(guò)數(shù)據(jù)融合理論確定節(jié)點(diǎn)間的連接信道。

3)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析

數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)囊?guī)則,接收方只有與發(fā)送方采用相同的信息傳輸協(xié)議才能接收并恢復(fù)出發(fā)送方的信息。數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析就是分析和識(shí)別數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)采用的協(xié)議類型、數(shù)據(jù)幀格式,以及識(shí)別用戶信息、信息速率、傳輸控制信息和差錯(cuò)控制信息等的過(guò)程。此外,無(wú)線數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)以電路數(shù)據(jù)交換為基礎(chǔ),分組交換疊加在電路數(shù)據(jù)交換上,因此,數(shù)據(jù)