跳频信号的检测、参数估计与分选算法研究

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一种基于改进K均值算法的跳频信号分选方法

Ｋ均值算法相结合，用于跳频信号分选。实验结果表明，可与其他Ｋ均值算法相比，该改进Ｋ均值算法能够以很
高的正确率分选跳频信号。
关键词：Ｋ均值算法；形态学处理；跳频；信号分选
中图分类号：Ｔ９１１Ｎ７．文献标志码：Ａ文章编号：１０ —６５２１）６２３．３０１３９（ａｅｉｔｅｍｅｎａｇｒｔｍ，ｔｅｐｏｏｅｄｆｄＫ— ａｌｏｉｍｓａｌｏｓｒＦｓｎｌｅｕｔｓｏｈｔｃｍｐｒｄｗｔｏｈｒＫ— ａｌｏｈｓｈｉｈｒｐｓｄｍｏｉｅｍｅｎａｇｒｈｉｂｅｔｏｔＨｉａｓｉｔｇｗｔｉｈｃｒｅｔｅｓｉｈｇｏｒｃｎｓ．ｈ
到局部极小值，它们都假设聚类数目已知，但而在跳频信号分
选中要求估计聚类数目（信号个数）。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｋ— ｅｎｓａｇｒｔｍ；ｍｏｈｌｇｃｌｐｏｅｓｎｍａｌｏｈｉｐｒｏｏｉａｒｃｓｉｇ；ｆｅｕｃｏｐｎｒｑｅｎｙｈｐｉｇ；ｓｇａｏｔｎｉｎｌｓｒｉｇ
０引言
跳频通信作为扩频通信的一个重要分支，具有良好的抗干
扰性、低截获概率及组网能力，在军事通信中得到广泛应用，也向通信对抗侦察提出了严峻的挑战。跳频通信侦察主要由信号截获、参数粗估计、分选、数精确估计和信息提取五部分组参成。跳频侦察只有在对截获跳频信号进行分选之后，才能对感兴趣目标进行精确参数估计，并为最终最佳干扰或盲解跳提供必要的信息。因此，跳频信号进行分选是跳频通信侦察的一个

采用局部特征尺度分解的跳频信号参数盲估计算法

中图分类号：ＴＮ９１１．７文献标识码：Ａ文章编号：１００３ — ０５３０（２０１５）０３ — ０３０８ — ０６
ＢｌｉｎｄＰａｒａｍｅｔｅｒＥｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆＦｒｅｑｕｅｎｃｙＨｏｐｐｉｎｇＳｉｇｎａｌ
Ｉｎｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏｉｔｒｈｍｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈｏｐｐｉｎｇｓｉｇｎｌａｉｓｉｔｅｒａｔｉｖｅｌｙｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｉｎｔｏｓｅｖｅｒｌａｉｎｔｉｒｎｓｉｃｓｃｌｅａｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ
第３１卷第３期２０１５年３月
信号处理
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＩＧＮＡＬＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ
Ｖｏ１．３１Ｎｏ．３
Ｍａｒ．２０１５
采用局部特征尺度分解的跳频信号参数盲估计算法
吕晨杰王斌唐涛
（解放军信息工程大学信息系统工程学院，河南郑州４５０００１）
摘
要：针对现有跳频信பைடு நூலகம்号参数盲估计算法存在时间分辨率和频率分辨率矛盾这一问题，提出了一种基于局部
特征尺度分解的跳频信号参数估计新算法。该算法将跳频信号迭代地分解成若干个内禀尺度分量并进行降噪处理，然后对其最大瞬时幅度进行小波变换和傅里叶变换即可估计出跳频信号的跳变时刻和跳频周期，最后根据得到的跳变时刻和跳频周期可以进一步估计出跳频频率集。该算法不受时频不确定性的影响，能够在未知先验知识的条件下估计出跳频信号的跳周期、跳变时刻和跳频频率集。最后通过仿真验证了算法的有效性。关键词：跳频信号；参数估计；局部特征尺度分解；内禀尺度分量

一种跳频MSK信号检测算法及FPGA 实现

一种跳频MSK信号检测算法及FPGA 实现
引言
采用MSK 调制的跳频通信具有主瓣能量集中、旁瓣衰落滚降快、频谱利用率高和抗干扰能力强等优点，在军事通信中应用广泛。

如美军现役的联合战术信息分发系统采用的通信信号，工作带宽969~1 206 MHz，跳频速率为70000 多跳/ s，单个频点驻留时间约为13 s，信号持续时间* s，总共有51个间隔为3 MHz 的信道，码速率为5 MHz。

已知在该工作频段内主要还存在单频、窄带调幅和线性调频等信号。

为了准确截获并识别目标信号，针对此信号环境设计了一种MSK 信号检测识别方法，并使用FPGA 进行了设计实现。

1 算法设计
1.1 宽带跳频信号实时检测算法
用现代技术来实现宽带数字化接收的一个实用的方法是通过信道化技术，实现信道化通常的方法是采用快速傅里叶变换（FFT）。

利用FFT技术比用单个滤波器设计法更容易实现，因为FFT所需要的运算量更少。

某个由FFT运算输出的频率分量，可以看成输入信号与某个脉冲函数的卷积。

因此可以把FFT的每个输出看成滤波器的脉冲响应函数与输入信号的卷积。

为了处理一个连续的输入信号。

必须在不同时刻对各段数据进行FFT处。

军事侦察通信系统跳频信号分选

—1—
到不同跳频信号时频域的特点进而分选出对应信号。文献［7］利用跳频信号每跳的 TOA 参数对跳频电台进行分选，要求电磁环境简单且只适用于异步组网的电台。文献［8］先利用时频投影图得到可能的跳变点和频率，提高了频率检测概率。文献［9］对 K － Means 聚类算法进行了改进，利用提出的参数统计直方图峰值搜索方法预估聚类个数并可以得到优化的初始聚类中心，但是该算法的准确度依赖于预先估计的直方图的预分箱数，实用性不高。为了估计预分箱数，文献［10］提出利用参数估计值的最大误差范围来确定的方法，但其只考虑了二维参数的情况，且只有在较低维数情况下，该算法复杂度才可以接受；另一方面，K － Means 和 KHM 算法均存在无法识别定频、以及其它单点噪声的干扰的问题。综上所述，跳频信号分选往往面临算法只能适应单一组网模式，需要预估信号个数，无法识别噪声干扰等问题，针对这些不足，本文首次提出一种基于 DBSCAN 算法的跳频信号分选方法，该算法能适应不同的组网模式，同时具有良好的抗噪性能和较高的分选正确率。
Frequency Hopping Signal Sorting in Military Reconnaissance Communication System
CHEN Li － bo，GONG Xiao － feng，LUO Rui － sen，CHEN Si － nan
（ College of Electrical Engineering and Information，Sichuan University，Chengdu Sichuan 610065，China）
收稿日期： 2017 － 10 － 17 修回日期： 2017 － 12 － 10
些信号混叠在一起，使得后续处理相当困难，而信号分选技术则为这些后续处理提供了理论基础，其作为跳频信号侦察工作中的重要一环，也得到了越来越多的研究人员的重视。

基于能量归一化窗S变换的跳频信号参数盲估计

ｏｎｒｙｉｒｓｎｅ．ＩｈｓａｅｘｏｎｈａｉｐｃｐｅｏＴｆｒｅｅｇｓｐｅｅｔｄｎｔｉｐｐｒｗｅｅｐｕｄｔｅｂｓｒｎｉｌｆＳＮＷ，ｕｅｉｔａａｙｅｔｅＦｓｇａｓｎｏａｅｉｗｔｔｅｃｉｓｔ０ｎｌｓｈＨｉｎｌ，ａｄｃｍｐｒｔｉｏｈｒｈｔ — ｅｕｎｙａａｙｉｍｅｈｄ．Ａｔｌｓ，ｗｉｅｔｅｓｅｉｃｐｏｅｕｅｏｌｄｐｒｍｅｅｓｉｔｎａｇｒｈｆｒＦｓａ，ａｄｃｒｙｏｔｉｆｑｅｃｎｌｓｓｍｅｒｔｏｓａｔｅｇｖｈｐｃｆｒｃｄｒｆｉａａｔｒｅｔｉｂｎｍａｉｏｔｍＨｉｌｎａｒｕｏｌｉｏｎｇｔｅｓｍｕａｉｎｅｐｒｍｅｔａｄｐｒｏｍａｃｎｙｅ．Ｓｍｕａｉｎｒｓｌｅｎｔａｅｔｅｅｆｃｉｅｅｓａｄｅｆｉｎｙｏｈｔｏ．ｈｉｌｔｘｅｏｉｎｎｅｒｎｅａａｓｓｉｌｔｅｕｔｄｍｏｓｔｈｆｔｎｓｎｆｃｅｃｆｔｅｍｅｈｄｆｌｏｓｒｅｖｉＫｅｗｏｄｙｒｓＳｔｎｆｒｏｏａｉｄｗｉｄｗＦｅｕｎｙｈｐｉｇＢｉｄｐｒｍｅｅｓｉｔｎＴｍｅｆｑｅｃｎｌｓｓｒｓｏｍｎｒｌｓｎｏａｆｍｅｒｑｅｃｏｐｎｌａａｔｒｅｔｎｍａｉｉ — ｅｕｎｙａａｙｉｏｒ

多跳频信号参数估计时频分析算法

夫妻之间感情基础牢固的财产分别和感情基础不牢固的财产分别依据非书面约定分别所有当事人的感情基础牢固与否，招•财产分别分为感情基础牢固的财产分别和感情基础不牢固的财产分别。

传统观念认为感情好的夫妻应当是“你中有我，我中有你“，无论在情感关系上，还是在财产关系上，都不分彼此，形成牢固且共同程度较高的生活共同体。

然而伴随现代社会个体化的崛起，即使是感情牢固的夫妻也会愿意选择实行财产分别所有。

比如，访谈案例中，夫妻双方均出生于50年代，初婚，育有一女。

妻子是重点大学的老师，丈夫是企业高管。

双方收入一直大体相当。

因为两人都工作繁忙，无心掌管家庭财政大权，在日常生活中逐渐形成各自收入各自保管的局面，甚至对对方的收入和花销也不管不问。

双方对家庭日常生活支出默契地公平分摊。

一方即使是购买房产也不跟对方商量，直接用自己的积蓄购买并登记在自己名下。

双方对这种生活状态都很满意。

妻子说：“这种情况在我同学朋友里很常见，大家都想开了。

比起买菜做饭，我不如把那点时间拿来教育孩子、自我充电。

时间得用在刀刃上。

况且，我连自己的钱都没数，哪有心思管他的钱。

现在我买房都不用跟他商量，花的是我自己的钱对于感情不牢固的夫妻，当事人出于防范离婚风险的考虑更倾向于实行财产分别所有。

尤其是双方分居、一方起诉离婚等夫妻感情濒于破裂的特殊婚姻状态下，双方共同共有的情形更是荡然无存。

两人为自己打算得多，为对方着想的少。

比如，访谈案例中，夫妻都是90后，初婚，育有一子。

男方在家人的帮助下开了一个小店卖啤酒和烤鸭，店面不足10平米。

丈夫说：“媳妇儿嫌自己挣得少。

她自己挣的钱从来不给家里花，也不给孩子花，都在自己手里攥着。

家里的开销都是我拿。

孩子主要是我爸妈帮带，她也不太管。

她跟我要钱，不知道她都拿去干嘛，我也不愿给J 比如，访谈案例中，夫妻双方是80后，初婚，育有一子。

妻子在县城的药店做药剂师，丈夫打零工。

结婚12年，起初感情还不错，但后来矛盾增多，经常吵架。

基于时频分布迭代的跳频信号参数估计

跳频信号与最优原子时频分布的残差逐次迭代获取匹配于跳频信号分量的时频参数，而实现跳频进信号参数估计。理论分析和仿真结果表明，与基于匹配追踪和粒子群优化的跳频信号参数估计相比，基于时频分布迭代的参数估计算法在保证算法精度的情况下，有效地降低了算法的计算复杂度，
为跳频信号盲接收的实时实现提供了一种新方法。
技术的研究，对于当前通信对抗和无线电频谱监控
１引言
跳频通信系统具有良好的抗干扰、截获和灵低
活的组网能力，用跳频技术的各类收发信机在军采
等具有重要的理论研究和实际意义。跳频信号属于典型的非平稳信号，传统的傅里叶变换无法同时给出信号的时间和频率特性，该对类信。一类是基于时频图分析。首先需要通过时频分析工具获取跳频信号的清晰时频图，然后根据其时频数据去估计跳频信号的跳周
ｄｓｒｂｔｎｉｒｔｎｉｒｐｓｄ．Ｔｈａａｔｒｔｈｎｏｅｃｍｐｎｎｓｏｓｇａｓａｅｏｔｉｅｕ — ｉｔｕｉｔａｉｓｐｏｅｉｏｅｏｏｅＴＦｐｒｍｅｅｓｍａｃｉｇｔｓｏｏｅｔｆＦＨｉｎｌｒｂａｎｄｓｅｈ
基于时频分布迭代的跳频信号参数估计
郭建涛刘右安２，
（．１信阳师范学院物理电子工程学院，河南信阳４４０；．阳供电公司，６００２信河南信阳４４０）６００
摘
要：出了一种基于时频分布迭代的跳频信号参数估计新算法，用时频平面最大值，过计算提利通

短波信道下跳频信号检测

ａｄｃａｓｆｉｇｔｅｌｔｇｔａｈｓｇａｏｄｔｒｎｈｔｅｒｎｔｔｅｆｑｅｃｏｐｎｉａｓｅｉｔＳｍｕａｉｎｅｐｒｎｓｓｏｎｌｓｉｎｉｍｅｏｅｃｉｌｔｅｅｍｉｅｗｅｈｒｏｏｈｒｕｎｙｈｐｉｇｓｇｌｘｓ．ｉｌｔｘｅｉｙｈａｎｉｆｓｎｅｎｏｍｅｔｈｗ
波，信号的时频图降噪处理；后根据短波信道特点设计了参数统计规则，到信号描述表，后采用直方图方法对各信号持续时将然得最
间统计分类判断出是否存在跳频信号。仿真实验证明，该方法运算简单，能够较好地解决噪声和干扰较大的复杂短波信道环境下跳
ｃａｎｌｅｄｓｎｔｅｐｒｍｅｅｓｓａｉｔａｒｅｏｈｎｅ，ｗｅｉｈａａｔｒｔｔｉｌｉｒｎ，ａｄｔｅｓａｅｃｐｉｎｔｂｅｉｅｖｄｇｓｃｃｔｉｎｈｉｌｄｓｒｔａｌｓｄｒｅ．Ｆｎｌｎｇｉｏｉｉａｌｙ，ｗｅａｐｙｈｓｏｒｍｎｃｕｔｇｐｌｉｇａｉｏｎｉｔｎ
ｃｒｅｔｙａｃｔｒｓｏｄａｇｒｔｍ，ｗｅｐｐｓｅｌｏｔｍｏｅｔｔｏｓｏｒｎｓｔｔｉｅｏｅｐｃｒｍｆｓｇａｉｕｒｎｎｍｉｈｅｈｌｌｏｉｄｈｒｏｅａｎｗａｇｒｈｔｓｉｅｎｉｆｏ，ａｄｕｅｉｏｆｔｒｐｗｒｓｅｔｏｉｍａｅｌｌｕｏｉｎｌｔｍｅｒｕｎｙｓｅｔｒｍｌｎｉａｉ，ａｄｄｎｉｔｅｔｆｑｅｃｐｃｒｇａａｏｇｔｘｓｎｅｏｓｈｉｒｑｅｃｐｃｒｇａｆｓｎｌ．Ｔｅｅｏｍｅｅｍｅｆｅｕｎｙｓｅｔｏｒｍｏｉｇｅｈｎ，ｂｓｄｏｈｒｃｅｉｉｓｏｈｒｖａｅｎｃａａｔｒｔｆｓｏｔｗａｅｓｃ

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跳频信号的检测、参数估计与分选算法研究由于跳频信号优越的抗干扰性能、较低的截获概率以及较强的多址组网能力,近年来,跳频通信在军事、民用等领域应用广泛。

正因为此,跳频信号侦察困难重重,全面开展跳频信号的截获、参数估计以及分选研究刻不容缓。

本文以复杂电磁环境中的跳频信号为处理对象,研究跳频信号处理过程中的关键技术,包括跳频信号盲检测,单、多跳频信号参数估计以及多跳频信号分选识别。

针对当前跳频通信侦察存在的问题,本文的主要研究内容及创新点如下:1、采用基于多相滤波器组的信道化方案侦察接收跳频信号。

针对强噪声环境,提出一种谱图变换与非相干积累的联合处理算法,改善了检测与识别信噪比。

根据跳频信号与其他通信调制信号时频特性的不同,研究了基于频率差分序列的识别跳频信号的方法。

所提跳频信号识别方案整体计算量较小,仿真实验验证了该方案在较为恶劣的噪声环境下仍然有效。

2、针对单跳频信号,研究了谱图与多重差分联合的方法对跳周期、跳时及跳频频率参数进行估计,仿真实验表明,当信噪比大于2dB时,跳周期与跳时的估计方差均优于910-。

针对多跳信号,提出了一种基于跳频中心时刻变换的跳周期估计新算法。

与逐级差分直方图相比,所提算法改善了多跳频信号的参数估计性能,尤其解决了丢跳等情况发生时估计性能不佳的问题。

仿真实验表明,在相同条件下,所提算法的跳周期估计方差比逐级差分直方图算法均低一个数量级。

3、针对多跳频电台的分选,研究了一种基于异步组网的高效实时分选算法。

该算法充分考虑了跳频数据丢失的各种情形,给出了不同丢跳率下的分选正
确率,仿真验证其适用于跳频信号的快速分选。

进一步,针对多跳频电台的分选正确率不高、识别效率低等问题,提出了一种基于稀疏贝叶斯学习的多跳频信号分选新算法,性能对比环节验证了所提算法的有效性及优越性。

在此基础上,给出了多个跳频电台信号的参数估计及分选的完整仿真实验,为工程实践提供了可行性指导。