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跳频信号的侦察技术研究

陈利虎  
【摘要】: 跳频通信因其良好的抗干扰性、低截获概率及组网能力,在军事通信中得到了广泛的应用,也向通信侦察提出了严峻的挑战。开展对跳频信号侦察的研究,寻求截获、估计、分选跳频信号的方法,已成为当前通信侦察领域紧迫而艰巨的任务之一。论文研究了复杂电磁环境下跳频信号侦察的关键技术,主要包括跳频信号的检测、参数估计和信号分选三部分内容。 首先,将各种时频表示应用于跳频信号的检测,仿真其性能,在时频聚焦性和抑制交叉项两项指标上定性和定量比较了各种时频表示的优劣,寻求综合性能较好的时频表示。建立了跳频信号的数学模型,给出了跳频信号各种参数的定义;重点研究了各种线性时频表示、二次时频分布、重排类时频分布、组合时频分布在跳频信号检测中的应用;利用信息熵,定量评价了各类时频分布的性能,并估算了几种典型时频分布的计算复杂度,给出了各类时频分布的综合评价。 其次,针对单天线宽带数字接收系统,研究了复杂电磁环境下基于时频分析的跳频信号参数盲估计算法。针对跳频信号侦察,提出了“复合信息熵”的定量评估指标,该指标综合考虑电磁环境中的信号类型数、跳频信号数目、跳速和信道使用情况,由类型熵、密度熵和分布熵三部分组成;基于信道化门限和时频分析完成了去噪和信号预选;基于谱图对单个跳频信号的跳周期、跳时和载频进行了盲估计;基于组合时频分析(SPSPWVD),对多个跳频信号的跳周期、跳时、载频和幅度参数进行了盲估计,并给出了各参数估计的仿真性能。 再次,基于时频分析、空间谱估计,结合数字信道化、时频聚焦等技术对FH信号、FH/DS信号进行空时频测向,实现了欠定条件下的高精度测向。根据传统的空时阵列模型,结合信号的时频分析,建立了空时频分布的数学模型;分析了空时频测向能获得时频增益的原因,研究了增益大小与哪些因素相关;利用空时频分析实现了多个跳频信号的DOA估计,提出了适合无“频率碰撞”情况下的线性空时频DOA估计算法;虽然利用空时频技术能够实现欠定条件的多信号测向,但在N /M值较大情况因为信号之间的互扰较大使测向性能欠佳,故再结合数字信道化技术,解决了N /M值较大情况信号之间互扰很大的问题,实现了多个跳频信号的高精度测向;将空时频分析和宽带信号测向方法,实现了欠定条件下多FH/DS信号的DOA高精度估计。 最后对跳频信号分选技术进行了深入的研究,针对不同的应用场合提出了相应的分选算法。提出了一种适应于环境中仅存在异步组网电台的实时分选方法,该方法计算量少,便于实时分选,适合应用于快速、高速跳频信号的侦察;提出了一种类数目K值的估计和优选初始聚类中心的改进K-Means算法;初始聚类中心优选能使聚类迭代次数大为减少,并能避免聚类过程中陷入局部最小,增强了聚类的鲁棒性;利用改进K-Means聚类算法对HDW集合进行了聚类分选;针对高斯核参数σ的优选问题,提出了粗搜索和精估计相结合的改进方法,在得到精确的σopt同时减少了总搜索次数;利用密度分布图和领域半径、门限参数实现了KKM算法中类数目K的估计和初始聚类中心的优选;利用基于高斯核函数的K-Means对跳速和到达角均时变的跳频信号进行聚类分选,分选效果良好。


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