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数字系统微弱泄漏电磁波信号检测方法研究

陈新国  
【摘要】:数字系统的泄漏电磁波信号检测是TEMPEST研究中的一项重要任务,在军事、安全、商业、故障诊断等领域扮演着重要的角色。在防电磁泄漏技术日益完善的今天,数字系统的泄漏电磁波信号变得十分微弱,这给研究人员带来了新的挑战,一方面,微弱泄漏电磁波信号往往被淹没在强背景噪声中,且实际环境的变化使背景噪声具有不确定性,这要求检测系统具有强适应环境的能力;另一方面,微弱泄漏电磁波信号检测应以改善信噪比为目的,传统的滤波、放大等方法显然难以满足要求,而现有的微弱信号检测法一般需要一定的先验条件,比如随机共振、混沌振子检测法只能检测已知频率的微弱低频信号,不能检测宽带内无任何先验知识的微弱泄漏电磁波信号,因此,研究微弱泄漏电磁波信号检测的新方法或改进已有检测法是尚待解决的问题。 针对已知频率微弱泄漏电磁波信号检测,本文采用现有的混沌振子检测法,当混沌振子处于混沌临界态时,与策动力同频率的微弱信号可使混沌系统的状态发生质的飞跃,从而达到检测的目的,然而,混沌系统检测的可靠性很少在文献中研究,本文着重讨论了当系统策动力处于临界值时,在不同初始值条件下系统历经的过渡过程,且分析了噪声对不同过渡过程的影响,发现“周混渐变”中的稳定混沌态能有效抑制噪声,且对与策动力同频率的周期信号具有敏感性,因而,当“周混渐变”的过渡过程历经稳定混沌态时输入待测信号可实现微弱泄漏电磁波信号的可靠检测。 针对淹没在强均匀分布随机噪声的微弱泄漏电磁波信号的检测,本文提出了非线性奇函数法,根据矩形脉冲波信号的谱密度特征,建立了一个非线性奇函数,该函数可将正弦信号转换为似矩形脉冲波信号,在转换过程中,具有固定幅值的微弱泄漏电磁波正弦信号比噪声信号的谱密度衰减慢,从而改善信噪比,达到检测的目的;最后还提出了基于移动时域窗法检测微弱泄漏电磁波信号的起始时刻。 针对宽带内无先验条件的微弱泄漏电磁波信号的检测,本文提出了改进的聚类分割法,利用划分聚类与层次聚类对信号进行分割,对分割后的样本信息与待测信息进行比对,发现新类,并利用模糊聚类的隶属度区分伪信号与泄漏电磁波信号,该方法可满足实时在线检测要求。 本文设计和开发了基于聚类法检测的软硬件系统,在硬件设计中,为了降低对信号放大与采样的设计要求,利用混频法将宽带内的信号转换到固定中频的频带内分时放大与采样,实测结果证明,该系统可实现宽带内无先验条件的微弱泄漏电磁波信号的实时在线检测。 综上所述,本文研究了不同情况下的数字系统微弱泄漏电磁波信号的数据采集、信号检测与软硬件实现,改进或提出了三种检测微弱泄漏电磁波信号的方法,并且实现了宽带内无先验条件的微弱泄漏电磁波信号检测系统,仿真或实验结果表明,本文研究的方法能有效实现特定条件下的微弱泄漏电磁波信号检测,具有一定的创新性。


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