信号识别参数提取方法

信号分析基础知识及LG118介绍21.信号分析概述2.LG118简介3.信号分析方法4.信号分析举例信号识别概述信号分析概念通过采用各类信号处理手段，进行信号的存在性检测、测量信号的频谱域参数(带宽、功率、中心频率等)、确认调制域信息(调制类型、波特率、调制指数等调制参数)、获取编码域内容(信源、信道编码、帧结构)，并进行解调与解码。通信体制识别、使用者身份、传输信息信号识别信号分析框架调制参数识别信号解调波特率测量载波间隔测量调制指数测量调制类型识别单载波(FSK、PSK)多载波(PSK等)编码识别交织方式信道编码方式字符集比特流解调相干解调非相干解调信息还原解交织信道解码协议还原信号通信体制非加密传输信息信号识别概述4短波信号特点短波信号种类繁多，很多复杂通信体制在频谱层和调制层具有显著的唯一特征。信号调制16路QPSK39路QPSK8FSKQPSK信号速率单路75Bd单路44.44Bd125Bd1500Bd通信体制CODAN9001MIL-STD-188-110AMIL-STD-188-141A(ALE)测高仪信号尚有很多不同体制信号，在频谱域和调制域特征相似甚至完全相同。信号调制2FSK信号速率50100100100频率间隔170170170170通信体制BaudotSitor-BPACTOR-IGMDSS信号识别概述5短波信号分析的特点即使是同一种体制也有多种调制参数组合，也会给信号后续处理带来困难。通信体制Baudot信号速率45.45075100150200频率间隔170170/200/250/400/500340/400/450/500500/850850500调制方式2FSK信号调制8路信号单路速率10062.562.562.575单路调制ASKBPSKQPSK8PSKQPSK通信体制测高仪？CLOVER2000CH4+4信号识别概述短波信号应该从时频域分析、调制层分析、编码/协议层分析三维角度入手，才能最终确定信号的通信体制，完成后续的解调解码与使用者身份识别的工作。时域分析利用时域可看出信号的初步外特征参数：通断规律及对应时间、带宽初步的通信体制(TDMA)信号识别概述频域分析FSK、多载波与PSK的区分FSK与多载波信号有时不易区分模拟信号与数字信号的区分2FSK，h=1.72FSK，h=2PSK系列2路PSK信号无法估计波特率、精确载频等调制参数无法进行调制类型的识别(PSK信号的进制，多载波的调制)编码层信息获取时频域分析不足信号识别概述调制域分析完成调制参数和调制类型的分析各类信号处理方法(相位轨迹图/频率分布图/星座图/小波变换/循环谱)完成比特流的恢复调制参数：波特率、调制指数、调制偏移调制类型：线性调制(PSK/QAM)、FSK、多载波等-600-400-2000200400600-10-5051015202530354FSK信号，小波变换谱相位轨迹图，QPSK瞬时频率4FSK信号识别概述编码域分析完成各类通信体制的确认编码识别：信源编码、信道编码、交织方式等完成信息的恢复协议还原未加密信号直接还原—短波大部分信号加密信号需要破译信号识别概述(1).利用三倍冗余进行同步491minmin()(49)()(98),149kkidEkskiSkiskiSkik0510152025303540455001002003004005006007008009001000误码率0.01,正确率约95%051015202530354045500100200300400500600700800误码率0.05,正确率约75%信号识别概述2/3大数判决根据3倍冗余对49个位置上的3个比特取多数判决输出解交织去掉最后一个bit,将48个bitA1B1…A24B24进行重新排列,得到A1…A24和B1…B24.纠错译码设得到的24bit序列R=C+E,译码矩阵H=[PTI12],则利用CHT=0,有RHT=(C+E)HT=EHT=S,在求出S后,应该根据S和E的一一映射关系,建立查找表,得到错误图样E,从而得到C.Golay编码的可纠3个错误,因此可能的错误图样数量就有1232424242427620242324CCC信号识别概述12比特流转换,得到传送信息.对传送信息的合理性进行判断,得到最可能的一组进行输出开始的字头必须是TO,结尾应该是THISIS,TO/THRU/REPEAT/THISIS字后的ASCII字应为数字或字母TOSAMTOSAMTOSAMTOSAMCOMMANDATHISISJOHNALE信息携带内容的基本组成单位是字.每个字由字头和数据组成,总长度为24bit字头共有8个,分别为DATA,THRU,TO,THISWAS,FROM,THISIS,COMMAND,REPEAT,用3bit从000~111进行表示.字头后共有三个数据,每个数据用7bit的0-127的ASCII字符来表示.信号识别概述13对于编码层的识别具有很高的难度，短波通信大多数编码方式及协议是公开的，可采用专用的解码软件。在已知编码层的各环节信息下的解码也具有很高的专业性。信号识别概述14技术类别概念技术特点适用范围主要优势主要缺点在线(自动)识别技术能够自动、实时进行参数测量与调制识别1.处理速度快2.无须专业信号处理知识1.灵活性不足2.存在限制条件(带宽、调制方式等)对常规大批量信号的处理离线(手动)识别技术利用相关信号分析知识，通过人工手段进行信号分析识别可灵活、深入对信号进行处理1.需要专业的信号处理知识2.处理速度较慢对疑难信号进行深入分析信号识别相关软件15调制域及编码域分析实时(自动分析)离线(手动分析)覆盖短波主流体制和调制类型识别处理的带宽较窄，复杂信道下性能一般包括39种通用简单的调制类型黑鸟信号识别AMMOS只具备调制域信号分析能力多径和衰落信道下性能一般具备调制和编码识别能力W51/61PC具备调制方式和编码识别能力(CodeCheck)覆盖短波主流体制和调制类型LG118具备提取调制层信息所需的多种信号处理工具57所信号识别软件具备提取调制层信息所需的多种信号处理工具LG115具备帧结构、典型信道及信源编码识别的能力。具备信源、信道编码的解码能力。自动识别软件尚无法满足自动化监测的需要，需要辅以手动分析。信号解码相关软件16实时信号解码软件W51/61PC各类解码软件类型丰富、覆盖面广，可靠性高，可以满足日常工作的需要W51/61PC-涵盖主流信号类型FLdigi其它解码软件PCHFDL-短波数据链解码MMSSTV-解码满扫电视及其它常规数据链JVCOMM32、MULTIPSK等171.信号分析概述2.LG118简介3.信号分析方法4.信号分析举例LG118介绍•LG118是一款信号离线分析软件，通过各类数字信号处理手段可完成如下的功能信号的参数分析和测量(波特率，载波频率,调制指数)调制类型的确认信号的解调(FSK,PSK/QAM,CPM等，比特流层)LG118的本质为一图形界面的信号分析工具箱。其使用对象为掌握各类信号分析方法的各类专业用户。19ThalesCommunicationsFranceLG118介绍主视窗菜单状态列档案及管理功能按键工作位置20ThalesCommunicationsFranceLG118介绍«Time/frequency»display时间/频率«Amplitude/time»display波幅/时间Polarview星座图Spectraldisplay频谱Phasetrajectory相位轨迹Eyediagram眼图21ThalesCommunicationsFranceLG118介绍各类滤波器：抽取滤波器，带通/带阻滤波器，自定义滤波器自相关/互相关运算M律运算瞬时频率/相位计算自相关/互相关运算插值运算谱相关计算时/频图运算及显示。。。•利用各类处理工具，可以构建并形成信号的参数提取和调制识别的处理方案和流程。221.信号分析概述2.LG1183.典型信号分析方法4.信号分析举例典型信号分析方法波特率估计---三种典型算法循环谱方法性能较好适用范围广计算量较大瞬时幅度谱法性能较好适用范围窄计算量较小小波变换谱法性能较好适用范围较广计算量适中调制参数提取-波特率信号的谱相关的f=f0的α截面谱在波特率处出现离散谱线。典型方法1-循环谱信号适用范围广：所有线性与非线性数字调制信号环境使用范围广：多径衰落及低信噪比计算量较大：需要进行二维运算/2*2/21()lim()()eTjtxTTRxtxtdtT2()()ejfxxSfRd频率循环频率-10000-8000-6000-4000-200002000400060008000-10000-8000-6000-4000-200002000400060008000BPSK俯视图BPSK三维图调制参数提取-波特率频率循环频率-10000-8000-6000-4000-200002000400060008000-10000-8000-6000-4000-200002000400060008000频率循环频率-10000-8000-6000-4000-200002000400060008000-10000-8000-6000-4000-200002000400060008000QPSK4FSKAM调制参数提取-波特率瞬时幅度谱在波特率的整数倍处呈现衰减的离散谱线。QPSK信号，瞬时幅度谱典型方法2-瞬时幅度谱信号适用范围广：所有的线性调制信号(PSK/QAM等)，且呈现相同的特征。0002π()()/diJffSfQfQffiTT计算量小：简单的傅立叶变换。接收环境适用范围广：多径和衰落和较低信噪比。调制参数提取-波特率典型方法3-小波变换谱-600-400-2000200400600-10-505101520253035瞬时幅度谱在波特率的整数倍处呈现衰减的离散谱线。信号适用范围广：所有数字调制信号。4FSK信号，小波变换谱)2(222)(]4)([sin)(4][1),()(cicctitcjcicttjicicajiattjiMFSKeaaSdteSdteSaaCHWT计算量较小：简单的滤波与傅立叶变换-4000-3000-2000-100001000200030004000-20-1001020304050QPSK信号，小波变换谱接收环境适用范围较广：衰落和低信噪比调制进制估计三种典型算法M律方法性能较好适用范围较广计算量小瞬时频率法性能较好适用范围较窄计算量小瞬时相位法性能较好适用范围较广计算量小调制参数提取-M次方谱0()/MMckSfFtfMfkT典型方法1-M次方谱接收环境适用范围广：多径和衰落条件下计算量较小：简单的数字处理与傅立叶变换可同时精确估计出载波频率。信号适用范围广：MPSK/MQAM标准线性调制信号呈现出三谱线特征(特征1)Pi/2DQPSK等偏移调制呈现出双谱线特征(特征2)调制参数提取-M次方谱MPSK信号的M次方谱的最高离散谱线对应M倍载波频偏。方形MQAM信号的4次方谱的最高离散谱线对应4倍载波频偏;圆形MQAM信号的单圈状态数为M，则M次方谱的最高离散谱线对应M倍载波频偏。1f8PSK,PSDofs816QAM,PSDofs4特征1VS2f1fVS2f1f调制参数估计-M次方谱π/2DBPSK信号的平方谱呈现两个幅度相近的离散谱线。分别对应-Vs/2+2fc与Vs/2+2fc；π/4DQPSK信号的4次方谱呈现两个幅度相近的离散谱线。分别对应-Vs/2+4fc与Vs/2+4fc；OQPSK信号的平方谱呈现两个幅度相近的离散谱线。分别对应-Vs+2fc与Vs+2fc；特征2