基于變采樣率的空間電磁信號頻譜獲取方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于變采樣率的空間電磁信號頻譜獲取方法，主要解決現有技術運算速度緩慢，造成電子設備無法正常工作的問題。其實現步驟是：1)設置雷達發射機、通信發射機的數量及參數；2)計算雷達發射機和通信發射機的發射信號采樣頻率及采樣點數；3)計算觀測點處雷達發射機和通信發射機的發射信號幅值；4)根據發射信號幅值計算觀測點處雷達發射機和通信發射機的發射信號頻譜；5)根據發射信號頻譜計算觀測點處雷達發射機和通信發射機的發射信號疊加頻譜；6)對整個觀測區域重復步驟3至步驟5，獲取空間電磁信號頻譜。本發明大幅度減小了運算量，提高了電子設備反應速度，可用于避免各種電磁設備相互干擾。
【專利說明】
基于變采樣率的空間電磁信號頻譜獲取方法
技術領域
[0001] 本發明屬于空間電磁態勢感知技術領域，特別設及一種空間電磁信號頻譜獲取方 法。可用于分析電磁環境，避免各種電磁設備相互干擾。
【背景技術】
[0002] 隨著信息化的發展，現實環境中的電磁設備越來越多，造成電磁環境異常復雜，如 何得到空間電磁信號頻譜對研究電磁環境具有重要價值:一是有助于避免各電磁設備間的 相互干擾;二是可W引導飛行器在欲動設備中避免電磁干擾，W使自身安全起飛和降落。
[0003] 針對該問題的研究中，傳統獲取空間電磁信號頻譜的方法是:在觀測點處先將所 有經過該點的時域信號疊加，再對疊加信號進行頻譜變換獲得空間電磁信號頻譜。該方法 需要在每個觀測點處均進行一次運算量較大的頻譜變換計算，在有大量觀測點的情況下， 運算速度十分緩慢，將造成電子設備無法正常工作或飛行器無法及時躲避干擾等情況。
[0004] 近年來，針對空間電磁信號頻譜的獲取提出的新思路是:在觀測點處先將所有經 過該點的時域信號進行頻譜變換，再對所有變換后的信號進行疊加獲得空間電磁信號頻 譜。西安電子科技大學在其申請的專利"獲取空間電磁強度數據的方法"（專利申請號 201410103112.X)中公開了一種獲取空間電磁信號頻譜方法，該方法需要對每個發射信號 進行一次全采樣，很大程度上增加了系統的負擔，同時由于信號中屯、頻率的不同，在對變換 后的信號進行疊加時，增加了運算量，將造成空間電磁信號頻譜獲取出現誤差，進而導致電 子設備無法正常工作。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于針對上述現有技術存在的不足，提出一種基于變采樣率的空間 電磁信號頻譜獲取方法，W在降低運算量的情況下，大大減輕系統的負擔，提高電子設備反 應速度，避免各種電磁設備的相互干擾。
[0006] 為實現上述目的，本發明技術方案包括如下：
[0007] (1)在空間放置M臺雷達發射機和N臺通信發射機，設每臺雷達發射機的功率Prm和 天線增益Grm均大于零，每臺雷達發射機的發射信號為Sr"(t);設每臺通信發射機的功率P。。 和天線增益Gcn均大于零，每臺通信發射機的發射信號為Scn(t)，其中，1，修1，m表示雷 達發射機序號，m=l，2,. . .，M，n表示通信發射機序號，n = l，2,. . .，N;
[0008] (2)根據各雷達發射機的發射信號帶寬Brm和各通信發射機的發射信號帶寬B。。，分 別計算各雷達發射機的發射信號采樣頻率fr"、采樣點數Krm和各通信發射機的發射信號采 樣頻率f。。、采樣頻率K。。；
[0009] (3)設置一個觀測點，根據各雷達發射機的雷達發射機的功率Pr"、天線增益G?和 各通信發射機的功率P。。、天線增益G。。，分別計算該觀測點處各雷達發射機的發射信號幅值 Arm和各通信發射機的發射信號幅值A。。；
[0010] (4)根據各雷達發射機的發射信號采樣頻率和各雷達發射機的發射信號幅值 Arm、各通信發射機的發射信號采樣頻率f。。和各通信發射機的發射信號幅值A。。，分別計算觀 測點處各雷達發射機的發射信號頻譜Sr"(f)和各通信發射機的發射信號頻譜Stn(f);
[0011] (5)根據觀測點處各雷達發射機的發射信號頻譜Sr"(f)和各通信發射機的發射信 號頻譜Scn(f)，分別計算觀測點處雷達發射機的發射信號疊加頻譜Sr(f)和通信發射機的發 射信號疊加頻譜Sc(f):
[0012] (5a)計算觀測點處各雷達發射機的發射信號疊加頻譜Sr(f):
[0013] (5al) W雷達發射機的發射信號采樣頻率范圍作為X軸坐標，觀測點處雷達發射機 的發射信號頻譜幅值范圍作為y軸坐標，構建雷達頻譜坐標系，其橫坐標軸單位長度為：
[0014] (5a2)找到各雷達發射機的發射信號頻譜Srm(f)中屯、頻率點的值在雷達頻譜坐標 系的橫坐標軸上所對應的點yrm;
[001引（5曰3)將各雷達發射機的發射信號頻譜Srm(f)放置在雷達頻譜坐標系中，使其中屯、 頻率點與在雷達頻譜坐標系的橫坐標軸上所對應的點yrm重合；
[0016] (5a4)在雷達信號頻譜直角坐標系中，將各雷達發射機的發射信號頻譜Sr"(f)重疊 部分進行相加，得到觀測點處雷達發射機的發射信號疊加頻譜Sr(f);
[0017] 師)計算觀測點處通信發射機的發射信號疊加頻譜Sc(f):
[0018] 巧bl) W通信發射機的發射信號采樣頻率范圍作為X軸坐標，觀測點處通信發射機 的發射信號頻譜幅值范圍作為y軸坐標，構建通信頻譜坐標系，其橫坐標軸單位長度為
[0019] (5b2)找到各通信發射機的發射信號頻譜Scn(f)中屯、頻率點的值在通信頻譜坐標 系的橫坐標軸上所對應的點Zcn ;
[0020] 巧b3)將各通信發射機的發射信號頻譜Scn(f)放置在通信頻譜坐標系中，使其中屯、 頻率點與在通信頻譜坐標系的橫坐標軸上所對應的點Z。。重合；
[0021] 巧b4)在通信頻譜坐標系中，將各通信發射機的發射信號頻譜Stn(f)重疊部分進行 相加，得到觀測點處的通信發射機的發射信號疊加頻譜ScXf );
[0022] (6)對整個觀測區域的其他觀測點重復步驟(3)至步驟(5)，即可獲得觀測區域的 空間電磁信號頻譜。
[0023] 本發明與現有技術相比具有W下優點：
[0024] 1)本發明設置各發射信號時間長度一致，僅僅取其各自帶寬內的信號進行采樣， 靈活構建采樣系數，避免了對每個發射信號進行一次全采樣，因而很大程度上減輕了系統 的負擔。
[0025] 2)本發明通過構建頻譜坐標系，在每個觀測點處，只需將各發射信號頻譜搬移至 頻譜坐標系內并將重疊部分疊加，即可獲得空間電磁信號頻譜，避免了在每個觀測點處均 進行一次運算量較大的頻域變換，大大提高了電子設備的運算速率，節省了運算時間，使電 子裝備更具靈活性。
【附圖說明】
[0026] 圖I是本發明的實現流程圖。
【具體實施方式】
[0027] W下參照附圖，對本發明的技術方案和效果作進一步的詳細說明。
[00%]參照圖1，本發明的實現步驟如下：
[0029] 步驟1:設置雷達發射機和通信發射機的數量及相關參數。
[0030] 在空間放置M臺雷達發射機和N臺通信發射機；
[0031] 設每臺雷達發射機的功率Prm和天線增益Grm均大于零，每臺雷達發射機的發射信 號為Srm(t);
[0032] 設每臺通信發射機的功率Pen和天線增益Gcn均大于零，每臺通信發射機的發射信 號為Sc;n(t)，
[0033] 其中，1，N> 1，m表示雷達發射機序號，m= 1，2，. . .，M，n表示通信發射機序號，n =1,2,... ,No
[0034] 步驟2:分別計算各雷達發射機的發射信號采樣頻率frm、采樣點數Krm和各通信發 射機的發射信號采樣頻率f。。、采樣頻率K。。。
[0035] (2a)計算各雷達發射機的發射信號采樣頻率frm、采樣點數Krm:
[0036] (2al)根據各雷達發射機的發射信號帶寬Brm,計算各雷達發射機的發射信號采樣 頻率frm:
[0037] frm=巧 rm
[003引其中，C表示采樣系數，C的取值范圍是1.2作<1.3;
[0039] (2a2)根據各雷達發射機的發射信號時間長度Trm和各雷達發射機的發射信號采樣 頻率frm，計算雷達發射信號采樣點數Krm:
[0040] Krm = Trmfrm;
[0041 ] (2b)計算各通信發射機的發射信號采樣頻率f。。、采樣頻率Kcn:
[0042] (化1)根據各通信發射機發射信號的帶寬B。。，計算各通信發射機發射信號的采樣 頻率fen:
[0043] fen = CBcn;
[0044] (化2)根據各通信發射信號時間長度Ten和各通信發射信號的采樣頻率fen,計算通 信發射信號采樣點數Kcn:
[0045] Kcn = TcnfcnD
[0046] 步驟3:計算觀測點處各雷達發射機的發射信號幅值Arm和各通信發射機的發射信 號幅值Acji。
[0047] (3a)根據雷達發射機的功率Prm和天線增益Grm,計算觀測點處各雷達發射機的發 射信號幅值Arm:
[004引
[0049] 其中，Rrm表示雷達發射機觀測點的距離；
[0050] (3b)根據通信發射機的功率Pen和天線增益G。。，計算觀測點處各通信發射機的發 射信號幅值Acn:
[0化1 ]
[0052] 其中，Ren表示通信發射機到觀測點的距離。
[0053] 步驟4:分別計算觀測點處各雷達發射機的發射信號頻譜Sr"(f)和各通信發射機的 發射信號頻譜Sen(f)。
[0054] (4a)計算觀測點處各雷達發射機的發射信號頻譜Sr"(f):
[0055] (4al)對各雷達發射機的發射信號Srm(t)w采樣頻率frm進行采樣，并對采樣信號 進行傅里葉變換，得到雷達發射機的發射信號采樣頻譜含w(/);
[0化6] (4a2)根據雷達發射機的發射信號采樣頻譜心,(/)，計算觀測點處各雷達發射機 的發射信號頻譜Sr"(f):
[0化7]
[005引其中，Trm = RrmZc表不觀測點與雷達發射機的時間延遲，Rrm表示雷達發射機到觀測 點的距離，C表示光速；
[0059] (4b)計算觀測點處各通信發射機的發射信號頻譜Stn(f):
[0060] (4bl)對各通信發射機的發射信號Scn(t) W采樣頻率fen進行采樣，并對采樣信號 進行傅里葉變換，得到通信發射機的發射信號采樣頻譜:
[0061] (4b2)根據通信發射機的發射信號采樣頻譜 ix/)，計算各通信發射機的發射信號 頻譜 Ssn(f):
[0062]
[0063] 其中，Tcn = RcVc表示觀測點與通信發射機的時間延遲，Rcn表示通信發射機到觀測 點的距離，C表示光速。
[0064] 步驟5:分別計算觀測點處雷達發射機的發射信號疊加頻譜Sr(f)和通信發射機的 發射信號疊加頻譜Sc(f)。
[0065] (5a)計算觀測點處各雷達發射機的發射信號疊加頻譜Sr(f):
[0066] (5al) W雷達發射機的發射信號采樣頻率范圍作為X軸坐標，觀測點處雷達發射機 的發射信號頻譜幅值范圍作為y軸坐標，構建雷達頻譜坐標系，該頻譜坐標系的橫坐標軸單 位長度為
[0067] (5a2)找到各雷達發射機的發射信號頻譜Srm(f)中屯、頻率點的值在雷達頻譜坐標 系橫坐標軸上所對應的點yrm;
[0068] (5a3)將各雷達發射機的發射信號頻譜Srm(f)放置在雷達頻譜坐標系中，使其中屯、 頻率點與在雷達頻譜坐標系的橫坐標軸上所對應的點yrm重合；
[0069] (5a4)在雷達信號頻譜直角坐標系中，將各雷達發射機的發射信號頻譜Sr"(f)重疊 部分進行相加，得到觀測點處雷達發射機的發射信號疊加頻譜Sr(f);
[0070] (5b)計算觀測點處通信發射機的發射信號疊加頻譜ScXf):
[0071] 巧bl) W通信發射機的發射信號采樣頻率范圍作為X軸坐標，觀測點處通信發射機 的發射信號頻譜幅值范圍作為y軸坐標，構建通信頻譜坐標系，該頻譜坐標系的橫坐標軸單 位長度另
[0072] (加2)找到各通信發射機的發射信號頻譜Scn(f)中屯、頻率點的值在通信頻譜坐標 系的橫坐標軸上所對應的點Zcn ;
[0073] 巧b3)將各通信發射機的發射信號頻譜Scn(f)放置在通信頻譜坐標系中，使其中屯、 頻率點與在通信頻譜坐標系的橫坐標軸上所對應的點Z。。重合；
[0074] 巧b4)在通信頻譜坐標系中，將各通信發射機的發射信號頻譜Stn(f)重疊部分進行 相加，得到觀測點處的通信發射機的發射信號疊加頻譜St(f)。
[0075] 步驟6:對整個觀測區域的其他觀測點重復步驟(3)至步驟(5)，即可獲得觀測區域 的空間電磁信號頻譜。
[0076] W上描述僅是本發明的一個具體實例，顯然對于本領域的專業人員來說，在了解 了本
【發明內容】
和原理后，都可能在不背離本發明原理、結構的情況下，進行形式和細節上的 各種修改和改變，但是運些基于本發明思想的修正和改變仍在本發明的權利要求保護范圍 之內。
【主權項】
1. 一種基于變采樣率的空間電磁信號頻譜獲取方法，包括： (1) 在空間放置Μ臺雷達發射機和N臺通信發射機，設每臺雷達發射機的功率prm和天線 增益Grm均大于零，每臺雷達發射機的發射信號為s rm(t);設每臺通信發射機的功率?。"和天 線增益6。"均大于零，每臺通信發射機的發射信號為Sc；n(t)，其中，Μ多1，N多1，m表示雷達發 射機序號，m=l，2, · · ·，M，n表示通信發射機序號，η = 1，2, · · ·，N; (2) 根據各雷達發射機的發射信號帶寬Brm和各通信發射機的發射信號帶寬Βα，分別計 算各雷達發射機的發射信號采樣頻率f?、采樣點數K rm和各通信發射機的發射信號采樣頻 率f?、采樣頻率K?; (3) 設置一個觀測點，根據各雷達發射機的雷達發射機的功率Prm、天線增益GrjP各通信 發射機的功率P?、天線增益G?，分別計算該觀測點處各雷達發射機的發射信號幅值A rm和各 通信發射機的發射信號幅值 (4) 根據各雷達發射機的發射信號采樣頻率frm和各雷達發射機的發射信號幅值Arm、各 通信發射機的發射信號采樣頻率hn和各通信發射機的發射信號幅值，分別計算觀測點 處各雷達發射機的發射信號頻譜S rm(f)和各通信發射機的發射信號頻譜S?(f); (5) 根據觀測點處各雷達發射機的發射信號頻譜Srm(f)和各通信發射機的發射信號頻 譜S?(f·)，分別計算觀測點處雷達發射機的發射信號疊加頻譜S r(f)和通信發射機的發射信 號疊加頻譜&(f): (5a)計算觀測點處各雷達發射機的發射信號疊加頻譜Sr(f): (5al)以雷達發射機的發射信號采樣頻率范圍作為X軸坐標，觀測點處雷達發射機的發 射信號頻譜幅值范圍作為y軸坐標，構建雷達頻譜坐標系，其橫坐標軸單位長度為：(5a2)找到各雷達發射機的發射信號頻譜Srm(f)中心頻率點的值在雷達頻譜坐標系的 橫坐標軸上所對應的點yrm; (5a3)將各雷達發射機的發射信號頻譜Srm(f)放置在雷達頻譜坐標系中，使其中心頻率 點與在雷達頻譜坐標系的橫坐標軸上所對應的點重合； (5a4)在雷達信號頻譜直角坐標系中，將各雷達發射機的發射信號頻譜Srm(f)重疊部分 進行相加，得到觀測點處雷達發射機的發射信號疊加頻譜Sr(f); (5b)計算觀測點處通信發射機的發射信號疊加頻譜&(f): (5bl)以通信發射機的發射信號采樣頻率范圍作為X軸坐標，觀測點處通信發射機的發 射信號頻譜幅值范圍作為y軸坐標，構建通信頻譜坐標系，其橫坐標軸單位長度為 (5b2)找到各通信發射機的發射信號頻譜&η(?·)中心頻率點的值在通信頻譜坐標系的 橫坐標軸上所對應的點Zcn; (5b3)將各通信發射機的發射信號頻譜S?(f)放置在通信頻譜坐標系中，使其中心頻率 點與在通信頻譜坐標系的橫坐標軸上所對應的點z?重合； (5b4)在通信頻譜坐標系中，將各通信發射機的發射信號頻譜Sc^f)重疊部分進行相 加，得到觀測點處的通信發射機的發射信號疊加頻譜&(f); (6) 對整個觀測區域的其他觀測點重復步驟(3)至步驟（5)，即可獲得觀測區域的空間 電磁信號頻譜。2. 根據權利要求1所述的方法，其中步驟(2)中分別計算各雷達發射機的發射信號采樣 頻率frm、采樣點數K r4P各通信發射機的發射信號采樣頻率f?、采樣頻率IU，按如下步驟進 行： (2a)計算各雷達發射機的發射信號采樣頻率frm、采樣點數Krm: (2al)根據各雷達發射機的發射信號帶寬Brm，計算各雷達發射機的發射信號采樣頻率 frm ： frm- CBrm 其中，ξ表示采樣系數，對復信號采樣時ξ的取值范圍是1.2〈ξ〈1.3,對實信號采樣時ξ的 取值范圍是2.4〈ξ〈2.6; (2a2)根據各雷達發射機的發射信號時間長度TrdP各雷達發射機的發射信號采樣頻率 f?，計算雷達發射信號采樣點數Krm: Krm - T rmf rm ； (2b)計算各通信發射機的發射信號采樣頻率fm、采樣頻率Kcn: (2bl)根據各通信發射機發射信號的帶寬Bm，計算各通信發射機發射信號的采樣頻率 fen： fen- ζΒ〇η ； (2b2)根據各通信發射信號時間長度1^和各通信發射信號的采樣頻率，計算通信發 射信號采樣點數Kcn: Ken - Tenf cn〇3. 根據權利要求1所述的方法，其中步驟(3)中分別計算觀測點處各雷達發射機的雷達 信號幅值Arm和各通信發射機的通信信號幅值A?，按如下公式計算：其中，Rrm和R?分別表示雷達發射機和通信發射機到觀測點的距離。4. 根據權利要求1所述的方法，其中步驟(4)中分別計算觀測點處各雷達發射機的發射 信號頻譜Srm(f)和各通信發射機的發射信號頻譜s?(f·)，按如下步驟進行： (4a)計算觀測點處各雷達發射機的發射信號頻譜Srm(f): (4al)對各雷達發射機的發射信號srm(t)以采樣頻率匕》進行采樣，并對采樣信號進行傅 里葉變換，得到雷達發射機的發射信號采樣頻譜Ι,Λ/): (4a2)根據雷達發射機的發射信號采樣頻譜&"(/),計算觀測點處各雷達發射機的發射 信號頻譜Srm(f):其中，Trm=Rrm/c表示觀測點與雷達發射機的時間延遲，R rm表示雷達發射機到觀測點的 距離，c表示光速； (4b)計算觀測點處各通信發射機的發射信號頻譜S?(f): (4bl)對各通信發射機的發射信號S?(t)以采樣頻率匕"進行采樣，并對采樣信號進行傅 里葉變換，得到通信發射機的發射信號采樣頻譜&"(/); (4b2)根據通信發射機的發射信號采樣頻譜&"(/),計算各通信發射機的發射信號頻譜 Scn(f)：其中，Tcn = Rcn/C表示觀測點與通信發射機的時間延遲，Rcn表示通信發射機到觀測點的 距離，C表示光速。
【文檔編號】G01R23/16GK105954586SQ201610561491
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月15日
【發明人】劉高高, 蔡晶晶, 蘇瑤, 鮑丹, 武斌, 秦國棟, 李鵬
【申請人】西安電子科技大學