一种基于瞬时频率的相位编码信号识别方法及系统与流程

1.本发明属于雷达探测技术领域，更具体地，涉及一种基于瞬时频率的相位编码信号识别方法及系统。


背景技术：

2.相位编码信号也称作相移键控(psk)信号，二相编码(bpsk)和四相编码(qpsk)相位编码信号在雷达调制中比较常见。目前识别雷达调制信号的时频分析法、小波变换法等变换复杂、系统延时性能较差、计算量大，不利于工程实现。脉冲字描述、谱分析、瞬时频率识别等方法在信噪比恶化时相位编码波形区分不开、识别概率较低。


技术实现要素：

3.针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于瞬时频率的相位编码信号识别方法及系统，可以提高相位编码信号识别的准确率且抗噪声能力强，对复杂的电子战分选和目标信号识别具有重要意义。
4.为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种基于瞬时频率的相位编码信号识别方法，包括步骤：
5.将相位编码信号进行数字信道化和离散采样，获取各子信道信号的采样点的瞬时相位信息；
6.根据相邻采样点的瞬时相位信息获得各子信道信号的采样点的瞬时频率信息；
7.根据采样点的瞬时频率信息的分布特征确定相位编码信号的调制类型并进行相位编码信号识别。
8.进一步地，根据相邻采样点的瞬时频率信息对采样点的瞬时频率信息进行修正，根据修正后的采样点的瞬时频率信息的分布特征确定相位编码信号的调制类型并进行相位编码信号识别。
9.进一步地，将采样点及其相邻采样点的瞬时频率信息的平均值作为该采样点修正后的瞬时频率信息。
10.进一步地，所述确定相位编码信号的调制类型包括步骤：
11.根据采样点的瞬时频率信息识别各子信道信号中包含的所有频率跳变点；
12.获取所有频率跳变点的时域幅值，将所有频率跳变点的时域幅值进行累加；
13.根据频率跳变点的分布特征确定相位编码信号的调制类型。
14.进一步地，所述识别频率跳变点包括步骤：
15.设定频差跳变门限值，若相邻两个采样点的瞬时频率信息差大于频差跳变门限值，将该两个采样点中的在后采样点记为频率跳变点。
16.进一步地，所述根据相邻采样点的瞬时相位信息获得各子信道信号的采样点的瞬时频率信息包括步骤：
17.先对各子信道信号相邻采样点的瞬时相位信息进行解模糊处理，然后利用一阶差
分算法进行瞬时自相关计算，得到各子信道信号偏离其中心频率的瞬时偏离值，将该瞬时偏离值加上对应信道信号的中心频率值，得到各子信道信号的采样点的瞬时频率信息。
18.进一步地，所述确定相位编码信号的调制类型包括步骤：
19.采样点的瞬时频率信息为带有相位突变的常数；若采样点的瞬时频率信息只有一种相位突变值，则相位编码信号为二相编码信号；若采样点的瞬时频率信息有两种峰值大小成倍数关系的突变值，则相位编码信号为四相编码信号。
20.按照本发明的第二方面，提供了一种基于瞬时频率的相位编码信号识别系统，包括：
21.瞬时相位获取模块，用于将相位编码信号进行数字信道化和离散采样，获取各子信道信号的采样点的瞬时相位信息；
22.瞬时频率获取模块，用于根据相邻采样点的瞬时相位信息获得各子信道信号的采样点的瞬时频率信息；
23.识别模块，用于根据采样点的瞬时频率信息的分布特征确定相位编码信号的调制类型并进行相位编码信号识别。
24.进一步地，所述确定相位编码信号的调制类型包括步骤：
25.根据采样点的瞬时频率信息识别各子信道信号中包含的所有频率跳变点；
26.获取所有频率跳变点的时域幅值，将所有频率跳变点的时域幅值进行累加；
27.根据频率跳变点的分布特征确定相位编码信号的调制类型。
28.进一步地，所述确定相位编码信号的调制类型包括步骤：
29.采样点的瞬时频率信息为带有相位突变的常数；若采样点的瞬时频率信息只有一种相位突变值，则相位编码信号为二相编码信号；若采样点的瞬时频率信息有两种峰值大小成倍数关系的突变值，则相位编码信号为四相编码信号。
30.总体而言，本发明与现有技术相比，具有有益效果：
31.(1)提出了一种新型的相位编码信号识别方法及系统，简单且利于工程实现，可以较高准确度地识别相位编码信号，抗噪声能力强，对复杂的电子战分选和目标信号识别具有重要意义。
32.(2)将瞬时自相关方法和瞬时相位累加算法相结合，基于瞬时自相关方法对雷达信号的瞬时频率进行提取，然后将瞬时相位进行累加以提高抗噪声能力，增强了相位编码信号的瞬时频率特征，可以进一步提高识别准确率和抗噪声能力。
附图说明
33.图1是本发明实施例的基于瞬时频率的相位编码信号识别方法的原理示意图。
具体实施方式
34.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
35.本发明实施例的一种基于瞬时频率的相位编码信号识别方法，包括步骤：
36.s1，将相位编码信号进行数字信道化和离散采样获取各子信道信号的采样点的瞬时相位信息。
37.具体地，对于弹载雷达信号s(m)，将其进行数字信道化后得到各子信道的i量(in-phase信号，即同相信号)，q量(quadrature信号，即正交信号)。
38.然后采用cordic(coordinate rotation digital computer，即坐标旋转数字计算)算法计算后，得到各子信道的信号包络幅度a(m)以及瞬时相位信息φ(m)，如公式(1)和公式(2)所示，其中瞬时相位用于信号测频，包络幅度用于信号能量检测。
[0039][0040][0041]
其中，m表示采样点，q(m)表示q量第m个采样点的采样值，i(m)表示i量第m个采样点的采样值。
[0042]
s2，根据相邻采样点的瞬时相位信息获得各子信道信号的采样点的瞬时频率信息。
[0043]
进一步地，根据相邻采样点的瞬时频率信息对采样点的瞬时频率信息进行修正，根据修正后的采样点的瞬时频率信息的分布特征确定相位编码信号的调制类型并进行相位编码信号识别。
[0044]
进一步地，根据相邻采样点的瞬时频率信息对采样点的瞬时频率信息进行修正具体是：将采样点及其相邻采样点的瞬时频率信息的平均值作为该采样点修正后的瞬时频率信息。
[0045]
进一步地，采用瞬时自相关算法用来求雷达信号的瞬时频率，根据瞬时频率特征提取相位编码雷达信号的调制类别。即先对各子信道信号相邻采样点的瞬时相位信息进行解模糊处理，然后利用一阶差分算法进行瞬时自相关计算，得到各子信道信号偏离其中心频率的瞬时偏离值，将该瞬时偏离值加上对应信道信号的中心频率值，得到各子信道信号的采样点的瞬时频率信息
[0046]
下面结合公式具体说明瞬时自相关算法的一种具体实现：
[0047]
(1)假设雷达相位编码信号为其中f0为信号的载频，fs为信号的采样频率，为初始相位。根据公式(3)求信号s(m)的瞬时自相关函数r(m,n)：
[0048][0049]
公式(3)中为信号s(m)在m时刻的瞬时相位，即为信号s(m)在m时刻的瞬时相位，即为信号s(m+n)的瞬时相位，即信号在s(m)在m+n时刻的瞬时相位)，即a表示信号幅值；n表示时延，若为相邻两点进行瞬时自相关，则n为1，以下计算，默认为相邻两点。
[0050]
根据公式(3)得信号的瞬时相位差为
[0051][0052]
先对瞬时相位差进行解模糊，解模糊处理是将不在[-180
°
，180
°
]范围内的相位都处理成利用[-180
°
，180
°
]范围内的相位，然后利用一阶差分测频法求瞬时相位，如公式(5)所示，得到每个信道偏离其中心频率的瞬时值f(m)，再加上对应信道的中心频率值得到信号的瞬时频率f
cf
(m)。f(m)求解如下：
[0053][0054]
其中，fs是采样频率。
[0055]
根据相位调制定义可知各类相位调制信号的瞬时相位差可以表示为公式(6)
[0056][0057]
其中c(m)为相位编码信号的编码信息。
[0058]
因此各类相位调制信号瞬时频率如公式(7)所示：
[0059][0060]
s3，根据采样点的瞬时频率信息的分布特征确定相位编码信号的调制类型并进行相位编码信号识别。
[0061]
相位编码信号的瞬时频率在无码元突变时，它的瞬时频率保持不变，当有码元的突变时它的频率也会发生突变，这个频率突变就是由改变它的相位调制造成的，这是相位编码信号共有的特点。因此根据瞬时频率的分布特征可以有效识别信号的调制类别。
[0062]
进一步地，确定相位编码信号的调制类型具体是：采样点的瞬时频率信息为带有相位突变的常数，若采样点的瞬时频率信息只有一种相位突变值，则相位编码信号为二相编码信号(bpsk)，若采样点的瞬时频率信息有两种峰值大小成倍数关系的突变值，则相位编码信号为四相编码信号(qpsk)。
[0063]
进一步地，采用瞬时相位累加算法用来提高调制信号识别的抗噪能力。
[0064]
瞬时相位累加算法的具体实现包括步骤：
[0065]
(1)根据采样点的瞬时频率信息识别各子信道信号中包含的所有频率跳变点。
[0066]
识别频率跳变点具体包括步骤：设定频差跳变门限值，若相邻两个采样点的瞬时频率信息差大于频差跳变门限值，将该两个采样点中的在后采样点记为频率跳变点
[0067]
(2)获取所有频率跳变点的时域幅值，将所有频率跳变点的时域幅值进行累加，这样使得频域上跳变点处的突变加强。
[0068]
(3)根据频率跳变点的分布特征确定相位编码信号的调制类型。
[0069]
本发明另一实施例的一种基于瞬时频率的相位编码信号识别方法，其原理如图1
所示，包括步骤：
[0070]
(1)将相位编码信号进行数字信道化和离散采样，将需要处理的信号进行cordic算法获取各子信道信号的采样点的瞬时相位信息；
[0071]
(2)将瞬时相位值进行一阶差分计算和解模糊处理后得到信号的瞬时频率信息；
[0072]
(3)对瞬时频率划分程无数个n长度小段，将瞬时频率做n点滑动平均处理，以均值代替n点长度这一小段的瞬时频率值；
[0073]
(4)设定频差跳变门限值，记录前后两次频差超过门限值的位置；
[0074]
(5)按照门限值对跳变点进行时域幅值累加，得到频域上跳变点处突变的积累加强；
[0075]
(6)根据累加后瞬时频率的分布特征识别二相编码(bpsk)和四相编码(qpsk)雷达调制信号。
[0076]
二相编码(bpsk)：由于bpsk调制信号s
bpsk
(m)可以同时传送接受2值(1bit)的信息，即通过“0”和“1”两个码元信息对载波信号的相位进行“0”和“π”两种调制方式，“0”和“1”码元调制后载波相位差180
°
，因此根据公式(6)可得到bpsk调制信号的瞬时相位差具体形式如公式(8)所示：
[0077][0078]
进而bpsk调制信号的瞬时频率信息f
bpsk
(m)如公式(9)所示：
[0079][0080]
其中信号在无码元突变的情况下，即码元恒为“0”或者“1”时，信号的瞬时频率为f0保持不变；当有码元突变时，即码元由“0
→
1”和“1
→
0”突变时，信号的瞬时频率发生突变，且频率变化量的绝对值为一个值：|f0+fs/2|。
[0081]
四相编码(qpsk)：由于qpsk调制信号可同时传送接受4值(2bit)的信息，即通过码元“00”“01”“10”“11”对载波进行“π/4”、“3π/4”、
“‑
π/4”和
“‑
3π/4”四种相位调制。按照上述步骤可得qpsk调制信号的瞬时相位差可具体表示为公式(10)所示：
[0082][0083]
进而qpsk调制信号的瞬时频率信息f
qpsk
(m)如公式(9)所示：
[0084][0085]
其中f
qpsk
(m)信号在无码元突变的情况下，即码元恒为“00”、“01”、“10”或者“11”时，信号的瞬时频率为f0保持不变；当有码元突变时，即码元突变为“00”、“01”、“10”或者“11”时，信号的瞬时频率发生突变，且频率变化量的绝对值为两个值：|f0±fs
/8|和|f0±
3fs/8|，即在时频域上有两种峰值大小成倍数关系的突变值。
[0086]
本发明实施例将瞬时自相关算法和瞬时相位累加算法两者结合，首先利用瞬时自相关算法得到具有一定抗噪声能力的瞬时频率信息，实现了二相编码波形(bpsk)和四相编码波形(qpsk)等雷达调制信号的有效识别；然后加入瞬时相位累加算法提高了调制信号识别的抗噪能力，利用其时域累加使得频域瞬时频率跳变处的突变加强的特点，提高了相位编码调制信号的识别概率。
[0087]
本发明实施例的一种基于瞬时频率的相位编码信号识别系统，包括：
[0088]
瞬时相位获取模块，用于将相位编码信号进行数字信道化和离散采样，获取各子信道信号的采样点的瞬时相位信息；
[0089]
瞬时频率获取模块，用于根据相邻采样点的瞬时相位信息获得各子信道信号的采样点的瞬时频率信息；
[0090]
识别模块，用于根据采样点的瞬时频率信息的分布特征确定相位编码信号的调制类型并进行相位编码信号识别。
[0091]
进一步地，确定相位编码信号的调制类型包括步骤：
[0092]
根据采样点的瞬时频率信息识别各子信道信号中包含的所有频率跳变点；
[0093]
获取所有频率跳变点的时域幅值，将所有频率跳变点的时域幅值进行累加；
[0094]
根据频率跳变点的分布特征确定相位编码信号的调制类型。
[0095]
进一步地，确定相位编码信号的调制类型包括步骤：
[0096]
采样点的瞬时频率信息为带有相位突变的常数；若采样点的瞬时频率信息只有一种相位突变值，则相位编码信号为二相编码信号；若采样点的瞬时频率信息有两种峰值大小成倍数关系的突变值，则相位编码信号为四相编码信号。
[0097]
系统的实现原理、技术效果与上述方法类似，此处不再赘述。
[0098]
必须说明的是，上述任一实施例中，方法并不必然按照序号顺序依次执行，只要从执行逻辑中不能推定必然按某一顺序执行，则意味着可以以其他任何可能的顺序执行。
[0099]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于瞬时频率的相位编码信号识别方法，其特征在于，包括步骤：将相位编码信号进行数字信道化和离散采样，获取各子信道信号的采样点的瞬时相位信息；根据相邻采样点的瞬时相位信息获得各子信道信号的采样点的瞬时频率信息；根据采样点的瞬时频率信息的分布特征确定相位编码信号的调制类型并进行相位编码信号识别。2.如权利要求1所述的一种基于瞬时频率的相位编码信号识别方法，其特征在于，根据相邻采样点的瞬时频率信息对采样点的瞬时频率信息进行修正，根据修正后的采样点的瞬时频率信息的分布特征确定相位编码信号的调制类型并进行相位编码信号识别。3.如权利要求2所述的一种基于瞬时频率的相位编码信号识别方法，其特征在于，将采样点及其相邻采样点的瞬时频率信息的平均值作为该采样点修正后的瞬时频率信息。4.如权利要求1所述的一种基于瞬时频率的相位编码信号识别方法，其特征在于，所述确定相位编码信号的调制类型包括步骤：根据采样点的瞬时频率信息识别各子信道信号中包含的所有频率跳变点；获取所有频率跳变点的时域幅值，将所有频率跳变点的时域幅值进行累加；根据频率跳变点的分布特征确定相位编码信号的调制类型。5.如权利要求4所述的一种基于瞬时频率的相位编码信号识别方法，其特征在于，所述识别频率跳变点包括步骤：设定频差跳变门限值，若相邻两个采样点的瞬时频率信息差大于频差跳变门限值，将该两个采样点中的在后采样点记为频率跳变点。6.如权利要求1所述的一种基于瞬时频率的相位编码信号识别方法，其特征在于，所述根据相邻采样点的瞬时相位信息获得各子信道信号的采样点的瞬时频率信息包括步骤：先对各子信道信号相邻采样点的瞬时相位信息进行解模糊处理，然后利用一阶差分算法进行瞬时自相关计算，得到各子信道信号偏离其中心频率的瞬时偏离值，将该瞬时偏离值加上对应信道信号的中心频率值，得到各子信道信号的采样点的瞬时频率信息。7.如权利要求1所述的一种基于瞬时频率的相位编码信号识别方法，其特征在于，所述确定相位编码信号的调制类型包括步骤：采样点的瞬时频率信息为带有相位突变的常数；若采样点的瞬时频率信息只有一种相位突变值，则相位编码信号为二相编码信号；若采样点的瞬时频率信息有两种峰值大小成倍数关系的突变值，则相位编码信号为四相编码信号。8.一种基于瞬时频率的相位编码信号识别系统，其特征在于，包括：瞬时相位获取模块，用于将相位编码信号进行数字信道化和离散采样，获取各子信道信号的采样点的瞬时相位信息；瞬时频率获取模块，用于根据相邻采样点的瞬时相位信息获得各子信道信号的采样点的瞬时频率信息；识别模块，用于根据采样点的瞬时频率信息的分布特征确定相位编码信号的调制类型并进行相位编码信号识别。9.如权利要求8所述的一种基于瞬时频率的相位编码信号识别系统，其特征在于，所述确定相位编码信号的调制类型包括步骤：
根据采样点的瞬时频率信息识别各子信道信号中包含的所有频率跳变点；获取所有频率跳变点的时域幅值，将所有频率跳变点的时域幅值进行累加；根据频率跳变点的分布特征确定相位编码信号的调制类型。10.如权利要求8所述的一种基于瞬时频率的相位编码信号识别系统，其特征在于，所述确定相位编码信号的调制类型包括步骤：采样点的瞬时频率信息为带有相位突变的常数；若采样点的瞬时频率信息只有一种相位突变值，则相位编码信号为二相编码信号；若采样点的瞬时频率信息有两种峰值大小成倍数关系的突变值，则相位编码信号为四相编码信号。

技术总结
本发明公开了一种基于瞬时频率的相位编码信号识别方法及系统。本发明基于瞬时自相关方法对雷达信号的瞬时频率进行提取，再将瞬时相位进行累加以提高抗噪声能力，增强相位编码信号的瞬时频率特征。本发明简单且利于工程实现，可以提高相位编码信号识别的准确率且抗噪声能力强，对复杂的电子战分选和目标信号识别具有重要意义。具有重要意义。具有重要意义。


技术研发人员：郭甜 吴克家 汪郑捷
受保护的技术使用者：湖北三江航天险峰电子信息有限公司
技术研发日：2021.11.25
技术公布日：2022/3/8