無線電引信信號識別和重構系統及方法與流程
本發明屬于雷達通信領域，具體涉及一種無線電引信信號識別和重構系統及方法。
背景技術：
現代戰爭中，為對敵方雷達引信實施干擾，需要準確獲取引信信號的相應參數，這樣才能做到有的放矢，在電子對抗中占據主動。然而在復雜戰場環境中對雷達引信信號進行探測時，極有可能接收到各種不同調制制式的雷達引信信號，這就需要采取相應的方法識別出調制制式，方便利用各種對應方法提取雷達引信信號的參數。
在無線電引信信號領域，目前的識別方法主要存在以下問題：
(1)大多數的識別方法都是針對某一種特定的信號類型，在先驗條件較少條件下的盲識別方法比較匱乏。
(2)大多數的識別方法是單一地基于信號時頻分布而進行識別，這種方法在信噪比較為惡劣的條件下，難以保證識別準確率，尤其是對于脈沖串及偽隨機脈位調制信號等的識別，情況不太理想。
(3)當前的識別方法均是在軟件平臺上的仿真，而沒有在硬件的實驗平臺上的具體實踐工作，這就導致這些結果具有一定的局限性，同實際的應用還有一定距離。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種無線電引信信號識別和重構系統及方法，解決當前方法識別制式類型少、只能對某種特定信號識別、缺乏硬件平臺以及參數提取準確率較低等問題。
實現本發明目的的技術方案為：一種無線電引信信號識別和重構系統，包括搭建在labview平臺的信號產生與發射模塊、信號接收模塊、信號制式識別模塊、信號參數提取和重構模塊；
信號產生與發射模塊用于各種制式信號的生成和射頻信號的發射；
信號接收模塊用于射頻信號的接收，并將其轉化為數字信號供信號制式識別模塊識別；
信號制式識別模塊用于對接收到的信號進行識別，判斷其調制制式；
信號參數提取和重構模塊用于根據判斷出的信號制式進行參數提取，再根據所得參數進行重構。
一種無線電引信信號識別和重構方法，包括以下步驟：
步驟1，設置需發射信號的制式以及各項參數，系統生成該信號的時域波形圖，將中頻調制后的射頻信號發射出去；
步驟2，接收射頻信號，并將其轉化為數字信號；
步驟3，對數字信號進行識別，判斷其調制制式；
步驟4，根據判斷出的信號制式，選擇與之對應的方法進行參數提取，再根據所得參數構建出一個新的信號。
與現有技術相比，本發明的顯著優點為：
本發明搭建了一個完善的制式識別、參數提取及重構系統，具有環境模擬度強，識別速度快，參數提取及恢復準確率高等特性。
附圖說明
圖1是pxie5673射頻信號發生器示意圖。
圖2是pxie5663射頻信號矢量分析儀示意圖。
圖3是不同體制下無線電引信信號的識別流程圖。
圖4是線性調頻最優階數分數階傅里葉變換示意圖。
具體實施方式
一種無線電引信信號識別和重構系統，包括搭建在labview平臺的信號產生與發射模塊、信號接收模塊、信號制式識別模塊、信號參數提取和重構模塊；
信號產生與發射模塊用于各種制式信號的生成和射頻信號的發射；
信號接收模塊用于射頻信號的接收，并將其轉化為數字信號供信號制式識別模塊識別；
信號制式識別模塊用于對接收到的信號進行識別，判斷其調制制式；
信號參數提取和重構模塊用于根據判斷出的信號制式進行參數提取，再根據所得參數進行重構。
一種基于上述系統的無線電引信信號識別和重構方法，包括以下步驟：
步驟1，設置需發射信號的制式以及各項參數，系統生成該信號的時域波形圖，將中頻調制后的射頻信號發射出去；
步驟2，接收射頻信號，并將其轉化為數字信號；
步驟3，對數字信號進行識別，判斷其調制制式；
步驟4，根據判斷出的信號制式，選擇與之對應的方法進行參數提取，再根據所得參數構建出一個新的信號。
進一步的，如圖1所示，步驟1具體為：
信號產生與發射模塊將labview軟件界面上所產生的數字信號接入i-q信號發生器；
將輸出的中頻信號與本振源提供的載頻信號一同進入上變頻器進行變頻；
將變頻器所產生的射頻信號經天線發出，即為該模塊產生的射頻信號。
進一步的，如圖2所示，步驟2具體為：
信號接收模塊將步驟1產生的射頻信號經天線接收下來，與本振源提供的載頻信號一同進入下變頻器，下變頻后得到一模擬中頻信號；
將該模擬中頻信號輸入中頻數字化器得到數字信號。
進一步的，如圖3所示，步驟3通過占空比的求取，判斷其類型為脈沖串或連續波；對于連續波信號，由信號在頻譜上的3db帶寬b3db，區分單頻信號和頻率受調制信號；針對單頻信號，根據瞬時相位特性分為多普勒連續波和偽碼調相信號；針對調頻信號，根據線性調頻因子值分為線性調頻和正弦調頻信號；針對線性調頻信號，分為鋸齒波線性調頻信號和三角波線性調頻信號；具體為：
(1)脈沖串信號和連續波信號識別：
假設偵收到的引信信號為s[n]，通過下式計算其包絡波形：
as[n]＝|s[n]|
當信號無噪時，很容易看出信號是否為脈沖串；然而當信號參雜噪聲時，其包絡會在一定范圍內波動，通過設定門限閾值pd來判斷該信號是否為脈沖串信號：
當信噪比較低時，as1[n]中會出現不規則的跳變點，從而造成識別錯誤；為避免這種情況發生，在波形發生跳變后連續觀察多組跳變后的波形值，若連續多點始終保持跳變后的值，則認為該跳變位置為脈沖沿，否則認為是噪聲引起的跳變；具體過程可用下式表示：
對于as2[n]，計算信號占空比τ，當占空比大于閾值τd時，判為連續波信號，否則判為脈沖串信號；
(2)單頻信號和頻率受調制信號識別：
對偵收到的引信信號進行傅立葉變換，并求出信號3db帶寬b3db，設定3db帶寬閾值bd，若b3db＞bd，偵收到的信號為調頻類信號；若b3db≤bd，則偵收到的信號為單頻信號；
(3)連續波多普勒信號和偽碼調相信號識別：
a)對偵收到的引信信號進行hilbert變換，求取信號的瞬時相位
b)對瞬時相位
c)為減小噪聲對
d)檢測
(4)線性調頻信號和正弦調頻信號識別：
針對線性調頻和正弦調頻，由分數階傅里葉變換對線性調頻信號的聚斂特性進行識別；判斷方法如下：
首先，截取信號周期長度的二分之一；
然后，在[0,2]內以δp為步進，取n個點；分別對信號進行n次傅里葉變換，得到對應個數的分數階域譜frftp(f)并找出每個譜上的最大值mp＝max(frftp(f))，在所有階數所對應的mp中找出最大值max(mp)，定義σf＝max(mp)，得到與該最大值對應的階數pmax＝arg(max(mp))；
設置線性調頻因子閾值σd來判斷該信號是否為線性調頻信號，若σf＞σd，偵收到的信號為線性調頻信號；若σf≤σd，則偵收到的信號為正弦調頻信號；
(5)鋸齒波線性調頻和三角波線性調頻信號識別：
首先，通過對信號做短時傅立葉變換得到一個時頻能量分布的三維圖形；
然后，對其提取時頻脊線得到一個二維上的瞬時頻率圖；由圖中最大值所處橫坐標t和采樣長度l(td＝0.7*l)之間關系，判斷該信號是否為鋸齒波調頻信號；具體過程為：設一個橫坐標閾值td，若t＞td，偵收到的信號為鋸齒波調頻信號；若t≤td，則偵收到的信號為三角波調頻信號。
進一步的，步驟4中參數提取的具體過程為：
(1)鋸齒波線性調頻信號：
鋸齒連續波線性調頻信號表示為：
其中，f0為載頻頻率，tm為調制周期，k為調頻斜率；
a.調制周期tm
采用自相關函數提取其調制周期；
當-tm≤τ＜0時，τ為位移量，自相關函數表示為：
當0≤τ＜tm時，自相關函數表示為：
于是，單周期基帶線性調頻信號自相關函數的幅值為：
由上式可知，當τ＝0和τ＝tm時，可得到|ru(τ)|的最大值，因此，通過檢測連續波線性調頻信號自相關峰值出現的位置，即可得到信號的調制周期；
b.調制斜率k
結合圖4，當分數階傅里葉變換選取的階數與線性調頻信號的調頻斜率相對應時，線性調頻信號可在對應的分數階頻域達到最大的能量積累；
通過不斷改變frft的階數p＝-2α/π，α為旋轉角度，計算線性調頻信號對應的分數階域譜frftp(f)，對比求取所有分數階譜的最大幅值mp＝max(frftp(f))并記錄該最大幅值對應的階數pmax，最后最優階數pmax和調頻斜率k之間的對應關系
c.載波頻率f0
求得斜率k之后，在原始信號上乘以exp(-jπkt2)因子，即得到單載頻信號；將去斜率的信號進行傅立葉變換，求出信號的載頻：
f0＝arg{max{fft[s(t)·exp(-jπkt2)]}}
(2)正弦調頻連續波信號：
正弦調頻信號表示為：
ssfm＝a·exp{j2π[f0(ntm)+m·cos(2π·fsfm·ntm+ψsfm)]}
其中，tm為調制周期，fo為載頻，m為信號的調頻指數，fsfm為調制頻率，ψsfm為調頻初始相位；
a.調制周期tm提取過程同鋸齒波線性調頻信號；
b.調頻初始相位及調制指數
設定變量ψ∈[0,2π]和
式中，a為幅值，ts為采樣周期；
與未知信號相乘后，做傅里葉變換得函數p：
此時可以對這兩個參數均設定相應的取值范圍，利用二次搜索估計參數，然而同時對這兩個參數進行精確搜索會造成極大的運算量，因此可以采用先進行一次二維搜索，再進行一次一維搜索的方法來提高效率：
首先使m的搜索步進較大，ψ的搜索步進較小，進行二維搜索，估計出
c.載波頻率f0
通過傅立葉變換得到載頻：
(3)單頻連續波信號
單載頻連續波信號表示為：
sdo＝exp{j[2πf0(nts)]+ψ0}
其中，n為信號點數，ts為采樣周期，fo為載頻，ψ0為初始相位；
a.載頻估計
(4)單頻偽碼調相信號
單載偽碼調相信號表示為：
其中，ts為采樣周期，fo為載頻，ψo為初始相位，q是偽隨機序列的長度，tc為偽碼碼元寬度，cq是偽隨機序列，取值為1或-1；
a.采用自相關函數提取采樣周期ts；
b.載波頻率f0
c.偽隨機序列
可知未經調相的載波信號
對
(5)脈沖串信號：
脈沖串信號表示為：
其中，n為信號點數，tr為脈沖重復周期；
a.脈沖重復周期tr提取過程同上；
b.脈沖序列
先將信號做求模處理，再按照從大到小的順序提取信號的前幾個最大值，求其平均值作為判斷閾值，大于等于該閾值記為1，小于該閾值記為0；統計出所有值為1處的個數，其與信號周期長度的比值即為脈沖的占空比；
由以下關系來確定高頻脈沖起始位置ds和終止位置de：
ds:x[n-1]≤x[n]x[n]≥x[n+1]
de:x[n-1]≥x[n]x[n]≤x[n+1]
(6)三角波線性調頻的參數提取過程與鋸齒波相同，只是在求取調制斜率這一步驟上，只取信號長度的一半，后一半的斜率則取其相反數即可。
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