本發(fā)明涉及跟蹤干擾的通信領(lǐng)域，特別涉及一種針對(duì)窄帶低速跳頻信號(hào)的跟蹤干擾識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

在戰(zhàn)術(shù)通信領(lǐng)域，通信與干擾是一對(duì)永恒的研究焦點(diǎn)。世界各國(guó)的戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)都普遍支持窄帶跳頻通信體制，同時(shí)針對(duì)該體制的跟蹤干擾技術(shù)也相應(yīng)產(chǎn)生。跟蹤式干擾是由敵方的干擾設(shè)備發(fā)出，干擾設(shè)備首先分析空中的信號(hào)，并迅速跟蹤發(fā)出干擾。該方式的特點(diǎn)是針對(duì)性強(qiáng)，可能每跳數(shù)據(jù)幀都會(huì)被干擾。傳統(tǒng)解決方案是通過(guò)快跳頻的方式避開(kāi)跟蹤干擾。但提高跳速后，單跳持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度較少，導(dǎo)致導(dǎo)頻信號(hào)和切頻保護(hù)時(shí)間等開(kāi)銷(xiāo)在一跳信號(hào)中的比例上升，可攜帶信息的有用符號(hào)比例下降，導(dǎo)致時(shí)隙資源利用效率降低。

跳頻通信因其良好的抗干擾性，低截獲概率及組網(wǎng)能力，在戰(zhàn)術(shù)通信領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。針對(duì)跳頻通信系統(tǒng)的干擾包括阻塞干擾和跟蹤干擾，其中在跟蹤干擾的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，干擾機(jī)通過(guò)對(duì)跳頻信號(hào)進(jìn)行偵查，引導(dǎo)，在相應(yīng)的頻點(diǎn)上實(shí)施干擾，如圖1所示為模型干擾模型示意圖。

如圖2給出了尾部1/3比例的歸一化后BPSK調(diào)制信號(hào)被跟蹤干擾的示意圖，從跟蹤干擾的模型可以看出，和發(fā)送信號(hào)節(jié)點(diǎn)相比，干擾機(jī)增加了信號(hào)接收和分析處理的環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)都需要耗費(fèi)一定的時(shí)間。因此跳頻信號(hào)在一個(gè)頻點(diǎn)上的駐留時(shí)間越短，即跳頻速率越高，則越可以降低跟蹤干擾對(duì)通信信號(hào)的干擾比例。但是隨著單跳信號(hào)的持續(xù)時(shí)間的減少，則導(dǎo)頻和切頻保護(hù)等開(kāi)銷(xiāo)在1跳信號(hào)中的比例將相應(yīng)增加，從而降低通信信號(hào)的業(yè)務(wù)傳輸速率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種針對(duì)窄帶低速跳頻信號(hào)的跟蹤干擾識(shí)別方法；該識(shí)別方法對(duì)信噪比的變化有較高的靈敏性，從而保證了識(shí)別方法的低虛警率和低誤警率，從而為跳速自適應(yīng)通信體制的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

在電臺(tái)使用窄帶BPSK信號(hào)的情況下，如幾十kHz的量級(jí)，則基本上無(wú)需考慮無(wú)線信道的頻率選擇性衰落因素，因此信道傳輸模型趨于AWGN信道。另外干擾方為提升干擾效率，在使用跟蹤干擾模式時(shí)干擾信號(hào)使用了和通信信號(hào)相同的信號(hào)帶寬。

則接收節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)具體為：

S＝ρ₁h₁X+ρ₂h₂Y+W

其中發(fā)送信號(hào)中每一跳含N個(gè)BPSK信號(hào)，發(fā)送信號(hào)序列為X＝{x₁,x₂,...,x_N},x_n＝±1，ρ₁為信號(hào)發(fā)送功率，h₁為發(fā)射節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的信道衰落系數(shù)，而干擾信號(hào)中含M個(gè)有效干擾信號(hào)，干擾信號(hào)序列為y＝{0,...,0,y₁...,y_M}，ρ₂為干擾信號(hào)發(fā)送功率，h₂為干擾節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的信道衰落系數(shù)。

當(dāng)某個(gè)時(shí)隙的信號(hào)接收信噪比評(píng)估值較好，但接收CRC檢測(cè)結(jié)果卻為錯(cuò)誤時(shí)，則啟動(dòng)跟蹤干擾的識(shí)別方法，跟蹤干擾的識(shí)別方法包括下述步驟：

S1、對(duì)跳信號(hào)進(jìn)行分段處理，劃分成Δ段分段信號(hào)；

S2、對(duì)每分段信號(hào)取絕對(duì)值后，利用最小能量小波框架進(jìn)行分解，得到A個(gè)子信號(hào)序列；

S3、分別計(jì)算每分段信號(hào)A個(gè)子信號(hào)的能量；

S4、分別計(jì)算每分段信號(hào)的A個(gè)子信號(hào)的能量分布比例；

S5、以前面B段信號(hào)為基準(zhǔn)，所述B段信號(hào)為沒(méi)有受到干擾的信號(hào)，計(jì)算A個(gè)分解子信號(hào)的能量比例分布平均值；

S6、計(jì)算分段信號(hào)的跟蹤干擾判決變量值；

S7、基于判決值的均值，確定分段閾值判斷機(jī)制；

S8、基于平滑機(jī)制，確定分段信號(hào)的干擾判決結(jié)果；

S9、基于判決結(jié)果，為鏈路自適應(yīng)機(jī)制的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

優(yōu)選的，步驟S1中，1跳信號(hào)的持續(xù)時(shí)間為λ毫秒，則以0.1毫秒為基本單位，將接收的基帶信號(hào)分割為Δ＝10×λ段，其中第i段信號(hào)記為S_i,i＝1,2,...,Δ。

優(yōu)選的，步驟S2中最小能量小波框架由3個(gè)都含3個(gè)元素的數(shù)列組成的最小能量小波框架，即子信號(hào)A＝3，具體最小波框架為：

最小能量小波框架不但可以使用框架的分解和重構(gòu)公式，而且也可以使用小波理論中經(jīng)典的塔式分解和重構(gòu)算法，構(gòu)成了對(duì)數(shù)字信號(hào)分析處理的基礎(chǔ)；

引理1：如果數(shù)列qⁱ_[k]:i＝1,2,...,N生成了上一個(gè)和數(shù)列p_[k]相聯(lián)系的最小能量小波框架，則對(duì)任意數(shù)列有分解算法如下：

其重構(gòu)算法如下：

及滿(mǎn)足分解前后的能量不變性等式

其中符號(hào)代表離散信號(hào)空間，比起一般的Parseval框架，離散信號(hào)空間上的最小能量小波框架的優(yōu)點(diǎn)就在于它可以使用低計(jì)算復(fù)雜度的塔式分解和重構(gòu)算法，同時(shí)還可以看做是一個(gè)可準(zhǔn)確重建，由N+1個(gè)單位抽樣響應(yīng)分別為p_[k]和qⁱ_[k]:i＝1,2,...N的濾波器組成的數(shù)字濾波器組。

優(yōu)選的，步驟S3，對(duì)上述的分段信號(hào)S_i,i＝1,2,...,Δ，每段信號(hào)取絕對(duì)值后，利用最小能量小波框架進(jìn)行分解，得到3個(gè)子信號(hào)序列，分別計(jì)算上述分段信號(hào)分解后的3個(gè)子信號(hào)的能量，分別記為P1＝[P_1,1,P_1,1,...,P_1,Δ]、P2＝[P_2,1,P_2,2,...,P_2,Δ]和P3＝[P_3,1,P_3,1,...,P_3,Δ]。

優(yōu)選的，步驟S4，分別計(jì)算每分段信號(hào)的3個(gè)子信號(hào)的能量分布比例情況，即自身能量值P_i,j,i＝1,2,3,j＝1,...,Δ除以3個(gè)子信號(hào)能量之和具體如下

優(yōu)選的，步驟S5中，默認(rèn)前面5個(gè)分段信號(hào)沒(méi)有受到干擾，取B＝5，以這5段信號(hào)為基準(zhǔn)，計(jì)算3個(gè)分解子信號(hào)的能量比例分布平均值，即對(duì)5段分段信號(hào)分別進(jìn)行分解后的3個(gè)子信號(hào)的能量分布比例值求平均，記為：

優(yōu)選的，步驟S6，則Δ個(gè)分段信號(hào)的跟蹤干擾判決變量值具體為

優(yōu)選的，步驟S7，判決機(jī)制具體為：以前面5個(gè)判決值的均值為基準(zhǔn)，能量分布比例兩個(gè)分段閾值0.2和0.25是經(jīng)過(guò)大量測(cè)試得到的最佳值，則上述Δ個(gè)判決變量實(shí)施如下分段閾值判斷機(jī)制：

優(yōu)選的，步驟S8，采用平滑機(jī)制得到這些分段信號(hào)的干擾判決結(jié)果：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、由于窄帶信號(hào)的信道傳輸模型趨于AWGN信道模型，因此在未受到跟蹤干擾的情況下，1跳中不同位置的信號(hào)的信噪比值基本上是趨同的；但如果受到跟蹤干擾，則受到干擾的尾部信號(hào)和前面未干擾信號(hào)的信噪比值將出現(xiàn)一定的差異性?；谶@一特性，本發(fā)明針對(duì)窄帶低速跳頻BPSK信號(hào)提供了一種針對(duì)窄帶低速跳頻信號(hào)的跟蹤干擾識(shí)別方法，該方法利用了不同信噪比BPSK信號(hào)在使用小波框架分解后將出現(xiàn)明顯能量分布比例差異性的特性，經(jīng)過(guò)指數(shù)放大后的判決變量的可區(qū)分性將十分明顯，并進(jìn)一步引入分段閾值判決和判決結(jié)果平滑機(jī)制，從而保證算法對(duì)跟蹤干擾識(shí)準(zhǔn)確性。

2、通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)方案，電臺(tái)可以支持多種跳頻速率，網(wǎng)絡(luò)初始運(yùn)行時(shí)采用中低跳速，但在網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中將不斷檢測(cè)跟蹤干擾的存在性和相關(guān)干擾指標(biāo)，并基于檢測(cè)結(jié)果來(lái)自適應(yīng)調(diào)整跳速，從而靈活自適應(yīng)于不同的通信環(huán)境，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信性能的提升。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中跟蹤干擾模型示意圖。

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中跟蹤干擾示意圖。

圖3是本發(fā)明中窄帶信號(hào)的跟蹤干擾信道模型示意圖。

圖4是本發(fā)明中跟蹤干擾識(shí)別的流程示意圖。

圖5是本發(fā)明中錄放跟蹤干擾的BPSK信號(hào)仿真圖。

圖6是本發(fā)明中錄放跟蹤干擾減去平均值后的判決變量仿真圖。

圖7是本發(fā)明中白噪聲跟蹤干擾的BPSK信號(hào)仿真圖。

圖8是本發(fā)明中白噪聲跟蹤干擾減去平均值后的判決變量仿真圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例

小波理論在信號(hào)處理領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其中的最小能量小波框架可以彌補(bǔ)正交小波不能同時(shí)具備緊支性、光滑性和對(duì)稱(chēng)性的缺陷，在多種類(lèi)型的信號(hào)處理和分析上獲得了較好的應(yīng)用效果。最小能量小波框架不但可以使用框架的分解和重構(gòu)公式，而且也可以使用小波理論中經(jīng)典的塔式分解和重構(gòu)算法，構(gòu)成了對(duì)數(shù)字信號(hào)分析處理的基礎(chǔ)。

引理1:如果數(shù)列qⁱ_[k]:i＝1,2,...,N生成了上一個(gè)和數(shù)列p_[k]相聯(lián)系的最小能量小波框架，則對(duì)任意數(shù)列有分解算法如下：

其重構(gòu)算法如下：

及滿(mǎn)足分解前后的能量不變性等式

其中符號(hào)代表離散信號(hào)空間，比起一般的Parseval框架，離散信號(hào)空間上的最小能量小波框架的優(yōu)點(diǎn)就在于它可以使用低計(jì)算復(fù)雜度的塔式分解和重構(gòu)算法，同時(shí)還可以看做是一個(gè)可準(zhǔn)確重建，由N+1個(gè)單位抽樣響應(yīng)分別為p_[k]和qⁱ_[k]:i＝1,2,...N的濾波器組成的數(shù)字濾波器組。

下面提供了一組由3個(gè)都含3個(gè)元素的數(shù)列組成的最小能量小波框架

在電臺(tái)使用窄帶BPSK信號(hào)的情況下，如幾十kHz的量級(jí)，則基本上無(wú)需考慮無(wú)線信道的頻率選擇性衰落因素，因此信道傳輸模型趨于AWGN信道。另外干擾方為提升干擾效率，在使用跟蹤干擾模式時(shí)干擾信號(hào)使用了和通信信號(hào)相同的信號(hào)帶寬。

則接收節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)具體為：

S＝ρ₁h₁X+ρ₂h₂Y+W (5)

其中發(fā)送信號(hào)中每一跳含N個(gè)BPSK信號(hào)，發(fā)送信號(hào)序列為X＝{x₁,x₂,...,x_N},x_n＝±1，ρ₁為信號(hào)發(fā)送功率，h₁為發(fā)射節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的信道衰落系數(shù)，而干擾信號(hào)中含M個(gè)有效干擾信號(hào)，干擾信號(hào)序列為y＝{0,...,0,y₁...,y_M}，ρ₂為干擾信號(hào)發(fā)送功率，h₂為干擾節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的信道衰落系數(shù)。

考慮到算法的計(jì)算復(fù)雜度，這里挑選了一組長(zhǎng)度最短的最小能量小波框架來(lái)用于信號(hào)分析：

而對(duì)于接收節(jié)點(diǎn)而言，時(shí)隙是其信號(hào)傳輸?shù)囊粋€(gè)基本單位，且具備信號(hào)是否正確接收的CRC檢測(cè)功能。由于系統(tǒng)采用了跳頻通信體制，因此每一個(gè)時(shí)隙信號(hào)都是由多個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)組成，如果某個(gè)時(shí)隙的信號(hào)接收信噪比評(píng)估值較好，但接收CRC檢測(cè)結(jié)果卻為錯(cuò)誤，則啟動(dòng)跟蹤干擾的檢測(cè)算法，如圖3、圖4所示，其具體如下：

步驟1：設(shè)1跳信號(hào)的持續(xù)時(shí)間為λ毫秒，則以0.1毫秒為基本單位，將接收的基帶信號(hào)分割為Δ＝10×λ段；

步驟2：對(duì)每段信號(hào)取絕對(duì)值后，利用最小能量小波框架進(jìn)行分解，得到3個(gè)子信號(hào)序列；

步驟3：分別計(jì)算上述子信號(hào)的能量，分別記為P1＝[P_1,1,P_1,1,...,P_1,Δ]、P2＝[P_2,1,P_2,2,...,P_2,Δ]和P3＝[P_3,1,P_3,1,...,P_3,Δ]；

步驟4：分別計(jì)算每段信號(hào)的3個(gè)子信號(hào)的能量分布比例情況，即

步驟5：考慮到跟蹤干擾信號(hào)的時(shí)延特性，因此默認(rèn)前面5個(gè)信號(hào)(0.5毫秒)沒(méi)有受到干擾。以這5段信號(hào)為基準(zhǔn)，計(jì)算3個(gè)分解子信號(hào)的能量比例分布平均值，記為

步驟6：則Δ個(gè)分段信號(hào)的跟蹤干擾判決變量值具體為

步驟7：判決機(jī)制具體為：以前面5個(gè)判決值的均值為基準(zhǔn)，對(duì)上述Δ個(gè)判決變量實(shí)施如下分段閾值判斷機(jī)制：

步驟8：采用平滑機(jī)制得到這些分段信號(hào)的干擾判決結(jié)果：

分析上述的整套跟蹤干擾方法可以看出，整套算法的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)是對(duì)應(yīng)某1跳信號(hào)而言，如果沒(méi)有受到跟蹤干擾，因此在時(shí)間維度上背景噪聲是基本上保持穩(wěn)定的，因此不同分段信號(hào)利用最小能量小波框架進(jìn)行分解后，3個(gè)子信號(hào)的能量分布比例將呈現(xiàn)趨同現(xiàn)象；而如果信號(hào)受到跟蹤干擾，則未被干擾子段信號(hào)的信噪比和被干擾尾部子段信號(hào)的信噪比將出現(xiàn)一定的差異性，導(dǎo)致能量分布比例出現(xiàn)差異，經(jīng)過(guò)指數(shù)放大后的判決變量的可區(qū)分性將十分明顯，從而保證算法對(duì)跟蹤干擾識(shí)別的準(zhǔn)確性。

為驗(yàn)證上述機(jī)制的實(shí)際效果，驗(yàn)證上述機(jī)制的實(shí)際效果，這里使用MATLAB仿真工具對(duì)一段計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的BPSK信號(hào)進(jìn)行跟蹤干擾識(shí)別的實(shí)際效果驗(yàn)證。下面給出一些錄放跟蹤干擾(干擾機(jī)隨機(jī)截取前面一段監(jiān)聽(tīng)到通信信號(hào)進(jìn)行錄放干擾)和白噪聲跟蹤干擾(干擾機(jī)產(chǎn)生高斯隨機(jī)白噪聲進(jìn)行干擾)的一些判決結(jié)果示意圖：如圖5和圖6分別提供了2dB信噪比(2/3未干擾區(qū)域)+0dB信干比(1/3錄放跟蹤干擾區(qū)域)的BPSK信號(hào)和其對(duì)應(yīng)的判決變量情況示意圖，從圖中結(jié)果可以看出，雖然未干擾區(qū)域和干擾區(qū)域的信噪比僅相差2個(gè)dB，但判決變量數(shù)值的差異性卻是非常明顯的。

如圖7和圖8分別提供了2dB信噪比(2/3未干擾區(qū)域)+0dB信干比(1/3高斯白噪聲跟蹤干擾區(qū)域)的BPSK信號(hào)和其對(duì)應(yīng)的判決變量情況示意圖，從圖中結(jié)果可以看出，由于跟蹤干擾采用了高斯白噪聲的形式，在相同信干值情況下判決變量數(shù)值的差異性有所減少，但兩者之間的差異性仍是可以區(qū)分的。

仿真結(jié)果綜合表明，不管干擾采用何種類(lèi)型的跟蹤干擾信號(hào)，都會(huì)導(dǎo)致干擾區(qū)信號(hào)和未干擾區(qū)信號(hào)的信噪比值出現(xiàn)差異，而識(shí)別算法對(duì)信噪比的變化有較高的靈敏性，從而保證了判決算法的低虛警率和低誤警率，從而為跳速自適應(yīng)通信體制的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。