第2章偵察和測頻

1、西安電子科技大學西安電子科技大學信息對抗技術(shù)系信息對抗技術(shù)系馮小平馮小平第第2章章 通信偵察通信偵察和通信信號頻率測量和通信信號頻率測量西安電子科技大學電子工程學院3第第2章作業(yè)章作業(yè)習題習題2-3習題習題2-7習題習題2-9習題習題2-10習題習題2-12習題習題2-14西安電子科技大學電子工程學院4第第2章章 內(nèi)容簡介內(nèi)容簡介2.1通信偵察系統(tǒng)概述通信偵察系統(tǒng)概述2.2通信系統(tǒng)和通信信號的基本特點通信系統(tǒng)和通信信號的基本特點2.3頻率測量的技術(shù)指標和分類頻率測量的技術(shù)指標和分類2.4信號頻率的直接檢測方法信號頻率的直接檢測方法2.5 信號頻率的變換域檢測方法信號頻率的變換域檢測方法2.6

2、數(shù)字化測頻方法數(shù)字化測頻方法西安電子科技大學電子工程學院52.1 通信偵察系統(tǒng)概述通信偵察系統(tǒng)概述2.1.1 通信偵察系統(tǒng)的含義、分類和特點通信偵察系統(tǒng)的含義、分類和特點2.1.2 通信偵察系統(tǒng)的任務通信偵察系統(tǒng)的任務2.1.3 通信偵察系統(tǒng)的用途通信偵察系統(tǒng)的用途2.1.4 通信偵察系統(tǒng)的發(fā)展趨勢通信偵察系統(tǒng)的發(fā)展趨勢2.1.5 通信偵察系統(tǒng)組成通信偵察系統(tǒng)組成2.1.6 通信偵察系統(tǒng)的主要技術(shù)指標通信偵察系統(tǒng)的主要技術(shù)指標西安電子科技大學電子工程學院62.1.1 含義、分類和特點含義、分類和特點1）含義）含義 通信偵察利用專門的電子接收機截獲目標輻射源的無線電通信信號，檢測分析通信輻射源信

3、號的特征參數(shù)和技術(shù)體制，測量通信輻射源的方向和位置，判斷目標的類型及其搭載平臺的屬性，為通信干擾提供技術(shù)支持，或者獲取軍事通信情報。 西安電子科技大學電子工程學院72.1.1 含義、分類和特點含義、分類和特點2）分類分類 按照通信偵察設備承擔的任務，可分為： 情報偵察、支援偵察、干擾引導偵察、反輻射引導偵察、電磁頻譜偵察。 按照偵察設備作用范圍和作戰(zhàn)級別的不同，可分為：戰(zhàn)術(shù)通信偵察、戰(zhàn)略通信偵察。 戰(zhàn)術(shù)通信偵察戰(zhàn)術(shù)通信偵察 偵察范圍相對較小，但實時性要求高 戰(zhàn)略通信偵察戰(zhàn)略通信偵察 偵察范圍包括陸、海、空、天的全球通信，主要針對國家軍事指揮中心和戰(zhàn)區(qū)指揮部之間以及與執(zhí)行特殊任務的作戰(zhàn)部隊之間的

4、通信。其他分類方法： 按照工作頻段按照工作頻段 短波、超短波、微波等； 按照偵察平臺按照偵察平臺 車載、機載、星載等； 按照偵察對象按照偵察對象 常規(guī)通信、擴頻通信、跳頻通信等； 西安電子科技大學電子工程學院82.1.1 含義、分類和特點含義、分類和特點3）特點特點 頻域覆蓋寬 偵察區(qū)域范圍廣 偵察信號環(huán)境復雜 被動偵察 實時、快速、持久西安電子科技大學電子工程學院92.1.2 2.1.2 通信偵察系統(tǒng)的任務通信偵察系統(tǒng)的任務1）通信信號的搜索和截獲通信信號的搜索和截獲 通信偵察的的首要任務就是截獲所處地域的感興趣的無線電通信信號。通信信號出現(xiàn)的方向、頻率、時間、強度等，對于通信偵察設備而言是

5、完全或者部分未知和隨機的，所以，通信偵察設備實際上是使用一個空域、頻域、時域、能量域窗口構(gòu)成的多維搜索窗，按照一定的截獲概率獲取感興趣的通信信號。 西安電子科技大學電子工程學院102.1.2 2.1.2 通信偵察系統(tǒng)的任務通信偵察系統(tǒng)的任務通信信號的搜索和截獲通信信號的搜索和截獲 截獲通信信號的四個基本條件： 空域重合 頻域重合 時域重合 能量足夠 西安電子科技大學電子工程學院112.1.2 2.1.2 通信偵察系統(tǒng)的任務通信偵察系統(tǒng)的任務2）通信信號的參數(shù)分析和檢測通信信號的參數(shù)分析和檢測 通信信號的技術(shù)參數(shù)主要有：中心頻率、帶寬、信號相對電平、調(diào)制參數(shù)、數(shù)據(jù)速率、跳頻速率和頻率集等。 通信

6、信號的技術(shù)參數(shù)獲取大多采用數(shù)字信號處理的方法實現(xiàn)，如利用頻域分析方法得到信號的中心頻率、帶寬和相對電平；利用時域分析方法得到碼元寬度、碼元速率、跳頻速率等通信信號的其它參數(shù)。近幾年也有采用時頻分析等現(xiàn)代信號處理方法，獲取通信信號的參數(shù)。 西安電子科技大學電子工程學院122.1.2 2.1.2 通信偵察系統(tǒng)的任務通信偵察系統(tǒng)的任務3）通信輻射源測向和定位通信輻射源測向和定位 測向方法主要有：比幅測向、干涉儀測向等傳統(tǒng)測向方法，近年來也采用空間譜估計測向等現(xiàn)代測向方法。 定位方法主要有：交叉定位（測向支持）；時差定位（精確時差測量）。 西安電子科技大學電子工程學院132.1.2 2.1.2 通信偵

7、察系統(tǒng)的任務通信偵察系統(tǒng)的任務4 4）通信信號分選、調(diào)制分類和網(wǎng)臺識別通信信號分選、調(diào)制分類和網(wǎng)臺識別信號分選和分離：信號分選和分離：調(diào)制分類之前，需要按照通信信號的中心頻率和帶寬，對偵察頻帶中的多個通信信號進行分選和分離，把它們分離成單一的信號，信號分選和分離利用中心頻率和帶寬可調(diào)的窄帶濾波器或者信道化濾波器等方法實現(xiàn)。 西安電子科技大學電子工程學院142.1.2 2.1.2 通信偵察系統(tǒng)的任務通信偵察系統(tǒng)的任務通信信號分選、調(diào)制分類和網(wǎng)臺識別通信信號分選、調(diào)制分類和網(wǎng)臺識別調(diào)制分類識別：調(diào)制分類識別：調(diào)制分類根據(jù)通信信號各種調(diào)制方式的特點，提取反映調(diào)制類型的特征參數(shù)，構(gòu)成特征參數(shù)集，按照一

8、定的準則進行調(diào)制分類。通信網(wǎng)臺識別：通信網(wǎng)臺識別：利用通信信號的信號特征實現(xiàn)，所謂信號特征應該是信號的信息內(nèi)容、信號的技術(shù)參數(shù)和信號的通聯(lián)特征的總和。目前在通信網(wǎng)臺識別中，主要使用技術(shù)參數(shù)和聯(lián)通特征。 西安電子科技大學電子工程學院152.1.2 2.1.2 通信偵察系統(tǒng)的任務通信偵察系統(tǒng)的任務通信信號分選、調(diào)制分類和網(wǎng)臺識別通信信號分選、調(diào)制分類和網(wǎng)臺識別信號的技術(shù)參數(shù)：信號的技術(shù)參數(shù)：包括頻域參數(shù)（如工作頻率、信號帶寬、頻譜結(jié)構(gòu)等）、時域特性（如波形、傳輸速率、跳頻速率等）、空域特性（如到達方向、電波極化等）、調(diào)制域特性（如調(diào)制參數(shù)等）以及細微特征（如信號載頻的準確度和穩(wěn)定度、語音信號的語音

9、特征、信號的伴生雜散電平等，是信號的第二類技術(shù)特征，俗稱“指紋”）。信號的通聯(lián)特征：信號的通聯(lián)特征：指信號與外部的聯(lián)絡關(guān)系，如通信體制、通信對象和業(yè)務量大小、使用頻度、通信功率的大小等，以此可判斷和識別該通信網(wǎng)臺的重要程度、級別、屬性及相互關(guān)系等。等。 西安電子科技大學電子工程學院162.1.2 2.1.2 通信偵察系統(tǒng)的任務通信偵察系統(tǒng)的任務5 5）通信信號解調(diào)和信息恢復通信信號解調(diào)和信息恢復 通信信息調(diào)制在載波上，只有解調(diào)后才能獲得所傳輸?shù)男畔?nèi)容。模擬解調(diào)：模擬解調(diào)：解調(diào)和監(jiān)聽的實現(xiàn)比較容易。數(shù)字解調(diào)：數(shù)字解調(diào)：數(shù)字通信信號調(diào)制方式多，解調(diào)器應具備通用性和盲解調(diào)技術(shù)。即：應該能夠適用不同

10、的調(diào)制方式和調(diào)制參數(shù)的數(shù)字通信信號的解調(diào)；在缺乏有關(guān)信號參數(shù)先驗知識的前提下實現(xiàn)解調(diào)。 西安電子科技大學電子工程學院172.1.2 2.1.2 通信偵察系統(tǒng)的任務通信偵察系統(tǒng)的任務6 6）通信偵察情報的融合處理）通信偵察情報的融合處理 通信偵察情報融合的目的，就是將各個設備觀測到的大量的通信輻射源報告，進行綜合分析和相關(guān)處理，形成有價值的、統(tǒng)一的偵察情報，從而得出敵方通信態(tài)勢和對態(tài)勢的評價，以及對敵方兵力部署和作戰(zhàn)意圖的分析，并產(chǎn)生決策建議，上報給指揮中心。 西安電子科技大學電子工程學院182.1.3 通信偵察系統(tǒng)的用途通信偵察系統(tǒng)的用途通過通信偵察可以獲取以下信息： 作戰(zhàn)情報 包含戰(zhàn)場信息

11、技術(shù)情報 包含干擾引導信息 通信情報 戰(zhàn)場態(tài)勢信息西安電子科技大學電子工程學院192.1.4 2.1.4 通信偵察的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢通信偵察的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢1 1）通信偵察的關(guān)鍵技術(shù)）通信偵察的關(guān)鍵技術(shù)密集信號環(huán)境下的快速分選和識別技術(shù)高速跳頻信號的偵察技術(shù)（高速捕獲、跟蹤）直擴通信信號的偵察技術(shù)（低信噪比檢測）超低相位噪聲的快速頻率合成技術(shù)（混頻質(zhì)量）新體制通信信號偵察技術(shù)西安電子科技大學電子工程學院202.1.4 2.1.4 通信偵察的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢通信偵察的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢 2 2）通信偵察的發(fā)展趨勢通信偵察的發(fā)展趨勢高頻段和寬頻帶 數(shù)字化和網(wǎng)絡化 軟件無線電偵察技術(shù) 多平臺

12、、多手段綜合一體化偵察技術(shù) 新體制通信信號偵察技術(shù)西安電子科技大學電子工程學院212.1.5 2.1.5 通信偵察系統(tǒng)組成通信偵察系統(tǒng)組成 典型的通信偵察設備包括天線、射頻接收機、測向設備、通信信號分析和處理設備、通信情報分析設備、通信鏈路和控制設備等組成。其組成如下圖所示：西安電子科技大學電子工程學院222.1.5 2.1.5 通信偵察系統(tǒng)組成通信偵察系統(tǒng)組成 1 1）天線）天線 通信偵察系統(tǒng)的天線包括偵察天線和測向天線，在某些情況下測向天線和偵察天線共用。通信偵察偵察截獲天線通常使用寬頻段、寬波束天線。測向天線也是寬頻段天線，但是根據(jù)測向方法的不同，使用不同結(jié)構(gòu)形式的多元天線。 2 2）射

13、頻接收機）射頻接收機 射頻接收機在寬頻帶范圍內(nèi)將射頻信號混頻、放大，為信號分析和測向處理設備通過足夠強的輸出信號變換成中頻信號輸出。通信偵察的射頻接收機可以是窄帶搜索接收機，也可以是寬帶接收機。對于測向系統(tǒng)，它的射頻接收機一般是多通道的。西安電子科技大學電子工程學院232.1.5 2.1.5 通信偵察系統(tǒng)組成通信偵察系統(tǒng)組成3）測向設備）測向設備 測向設備完成對通信輻射源信號的到達方向測量。目前常用的測向技術(shù)包括振幅測向、相位測向、多普勒測向、空間譜估計測向等技術(shù)。測向設備可以獨立工作，也可以與偵察分析設備協(xié)同工作。當測向設備獨立工作時，它也具備一定的信號分析和處理功能。當多個測向設備協(xié)同工作

14、時，還可以實現(xiàn)對通信輻射源的定位。 4）通信信號分析和處理設備）通信信號分析和處理設備 通信信號處理和分析設備完成對通信信號的參數(shù)測量和分析，獲取通信信號的頻率、帶寬、調(diào)制類型、調(diào)制參數(shù)等基本技術(shù)參數(shù)。它還擔負通信信號類型識別、網(wǎng)臺識別任務，以及對通信信號的解調(diào)、解擴和監(jiān)聽監(jiān)測任務。 西安電子科技大學電子工程學院242.1.5 2.1.5 通信偵察系統(tǒng)組成通信偵察系統(tǒng)組成5）通信情報分析設備）通信情報分析設備 通信情報分析設備利用通信信號分析和處理設備得到的通信信號技術(shù)參數(shù)，測向設備得到的通信信號的到達方向參數(shù)，進行綜合分析處理，得到通信情報。通信情報在通過通信網(wǎng)絡傳送到上級指揮中心的同時，也

15、在本地記錄和顯示。西安電子科技大學電子工程學院252.1.62.1.6通信偵察系統(tǒng)的主要技術(shù)指標通信偵察系統(tǒng)的主要技術(shù)指標1 1）系統(tǒng)總體技術(shù)指標）系統(tǒng)總體技術(shù)指標 偵察作用距離 空域覆蓋范圍 工作頻率范圍 系統(tǒng)靈敏度 測頻精度 測向精度 信號截獲概率 系統(tǒng)反應時間 西安電子科技大學電子工程學院262.1.62.1.6通信偵察系統(tǒng)的主要技術(shù)指標通信偵察系統(tǒng)的主要技術(shù)指標2 2）接收機射頻通道指標接收機射頻通道指標 接收機靈敏度 接收機瞬時帶寬頻率搜索速度 頻率搜索間隔（最小頻率間隔） 接收機動態(tài)范圍選擇性（選擇有用信號能力） 西安電子科技大學電子工程學院272.1.62.1.6通信偵察系統(tǒng)的主

16、要技術(shù)指標通信偵察系統(tǒng)的主要技術(shù)指標3 3）信號分析和處理指標信號分析和處理指標信號環(huán)境適應能力 信號處理帶寬 信號處理時間 信號正確識別概率 頻率分辯率西安電子科技大學電子工程學院282.2 通信系統(tǒng)和通信信號的基本特點通信系統(tǒng)和通信信號的基本特點2.2.1 2.2.1 通信系統(tǒng)的組成和特點通信系統(tǒng)的組成和特點2.2.2 2.2.2 模擬通信信號的基本類型和特點模擬通信信號的基本類型和特點2.2.2 2.2.2 數(shù)字通信信號的基本類型和特點數(shù)字通信信號的基本類型和特點 西安電子科技大學電子工程學院292.2.12.2.1通信系統(tǒng)的組成和特點通信系統(tǒng)的組成和特點1 1）通信系統(tǒng)組成框圖通信系統(tǒng)

17、組成框圖西安電子科技大學電子工程學院302.2.12.2.1通信系統(tǒng)的組成和特點通信系統(tǒng)的組成和特點2 2）編碼編碼/解碼解碼（a）信源編碼）信源編碼 通信系統(tǒng)的信源可以是模擬信源，如音頻信號、視頻信號等；也可以是數(shù)字信源，如字符、數(shù)據(jù)、文件等。不管是模擬信源還是數(shù)字信源，在進行信源編碼后，都轉(zhuǎn)換為二進制形式的信息碼流。 常用的信源編碼技術(shù)有：脈沖編碼調(diào)制（PCM）增量編碼調(diào)制（DPCM）、子帶編碼（SBC）、自適應變換編碼（ATC） 等。西安電子科技大學電子工程學院312.2.12.2.1通信系統(tǒng)的組成和特點通信系統(tǒng)的組成和特點2 2）編碼編碼/解碼解碼（b）信道編碼）信道編碼 信號在信道中

18、傳輸?shù)倪^程中，會受到各種信道噪聲、無意或者有意干擾，引起傳輸錯誤。信道編碼的目的是檢測或者糾正傳輸過程中的錯誤，提高信息傳輸?shù)目煽啃院唾|(zhì)量。 信道編碼有三類基本方式，一種是前向糾錯控制（FEC），其次是檢錯重發(fā)（ARQ），最后是混合方法，F(xiàn)EC和ARQ結(jié)合。 西安電子科技大學電子工程學院322.2.12.2.1通信系統(tǒng)的組成和特點通信系統(tǒng)的組成和特點3 3）加密）加密/ /解密解密 對所傳輸?shù)男畔⑦M行人為“擾亂”，即加上密碼，以滿足保密要求。 4 4）調(diào)制）調(diào)制/ /解調(diào)解調(diào)調(diào)制 調(diào)制的主要作用是將基帶信號的頻譜搬移到射頻去，使信號變換為適合于信道傳輸或者實現(xiàn)信道復用的頻帶信號。其次它可以提高

19、系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃院陀行浴Ｕ{(diào)制調(diào)制 可以分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩種方式，對于模擬調(diào)制，基帶信號是連續(xù)信號，而數(shù)字調(diào)制，基帶信號是離散信號。調(diào)制器需要載波信號，常用的載波信號是正弦波和脈沖波。正弦波作為載波的調(diào)制稱為正弦調(diào)制，而脈沖作為載波的調(diào)制稱為脈沖調(diào)制。西安電子科技大學電子工程學院332.2.22.2.2模擬通信信號基本類型和特點模擬通信信號基本類型和特點常用的模擬調(diào)制信號是調(diào)幅（AM）和調(diào)頻（FM）。 模擬通信信號可以表示為： （2.2-1） 式中是信號的瞬時幅度，是信號的載波頻率，是信號的瞬時相位。信號的瞬時頻率可以從（2.2-2）式確定： （2.2-2） )(2cos()()(ttf

20、tAtsc)(21)(tftfc西安電子科技大學電子工程學院342.2.22.2.2模擬通信信號基本類型和特點模擬通信信號基本類型和特點1) 調(diào)幅信號AM： 西安電子科技大學電子工程學院352.2.22.2.2模擬通信信號基本類型和特點模擬通信信號基本類型和特點 AMAM信號基本特點是：信號基本特點是：1）其包絡是變化的，且變化規(guī)律與基帶信號有關(guān)。2）其載波頻率是恒定的，與基帶信號無關(guān)。3）AM信號的帶寬是基帶信號帶寬的12倍。當它是DSB形式時，已調(diào)信號的帶寬是基帶調(diào)制信號的2倍；當它是SSB形式時，已調(diào)信號的帶寬與基帶調(diào)制信號相同；當它是VSB形式時，已調(diào)信號的帶寬處于基帶調(diào)制信號12倍之

21、間。4）AM信號中可能包含載波分量，這是DSB信號；或者不包含載波分量，這是SC-DSB信號。 西安電子科技大學電子工程學院362.2.22.2.2模擬通信信號基本類型和特點模擬通信信號基本類型和特點2) 調(diào)頻信號（FM） 調(diào)頻信號（FM）可以表示為： （2.2-11）式（2.2-11）的調(diào)頻信號表達式，可以通過在式（2.1-1）中，按照以下方式得到。令，其中 是載波幅度， 是模擬基帶信號，并且滿足 ， 是調(diào)頻斜率，它與調(diào)頻指數(shù) 的關(guān)系為： （2.2-12） )(22cos()(0dmKtfAtstfcFMdmKtAtAtf)(2)(,)(00A)(tm1)(tmfKfmmmmffffKm西安

22、電子科技大學電子工程學院372.2.22.2.2模擬通信信號基本類型和特點模擬通信信號基本類型和特點 FMFM信號基本特點是：信號基本特點是：1）其包絡是恒定的。2）其載波頻率是變化的，其變化規(guī)律與基帶信號有關(guān)。3）FM信號的帶寬與基帶信號帶寬和調(diào)頻指數(shù)有關(guān)，通常其帶寬比AM信號寬的多。西安電子科技大學電子工程學院382.2.32.2.3數(shù)字通信信號基本類型和特點數(shù)字通信信號基本類型和特點常用的數(shù)字調(diào)制信號為ASK、PSK、FSK、QAM等。下面我們來分析這些信號的基本特點。對式（2.2-1）進行三角變換，可以得到： （2.2-15）令： （2.2-16）則有： （2.2-17） 也就是說通信

23、信號可以表示成為上述的正交表達式。或者說，任何通信信號都可以利用兩個正交的基帶信號和產(chǎn)生。)2sin()(sin()()2cos()(cos()()(2cos()()(tfttAtfttAttftAtsccc)(sin()()()(cos()()(ttAtQttAtI)2sin()2cos()()(tfQtftItscc西安電子科技大學電子工程學院392.2.32.2.3數(shù)字通信信號基本類型和特點數(shù)字通信信號基本類型和特點 1） 2ASK信號信號 即二進制幅度鍵控信號，也稱為OOK。在式（2.2-17）中，令，可以得到2ASK信號的時域表達式為： （2.2-18）其中g(shù)(t) 是持續(xù)時間為的矩

24、形脈沖， 是二進制符號序列。如果在一個碼元持續(xù)時間 內(nèi)觀察時，則2ASK信號當 an 0時，不發(fā)送高頻脈沖，而當 an 1時，則發(fā)送高頻脈沖。 0)(),()(tQnTtgatIsnn)2cos()()(2tfnTtgatscsnnASK1 , 0na,0sT西安電子科技大學電子工程學院402.2.32.2.3數(shù)字通信信號基本類型和特點數(shù)字通信信號基本類型和特點 1） 2ASK信號信號(續(xù)續(xù))從上述的分析可以看出，2ASK信號的基本特點是： 其包絡是變化的，其載波頻率恒定的。 功率譜中包含載波分量。 功率譜的連續(xù)譜的形狀是sa()函數(shù)，其第一零點寬度為 。 信號帶寬是基帶脈沖波形帶寬的2倍，近

25、似為 。 sf2sf2西安電子科技大學電子工程學院412.2.32.2.3數(shù)字通信信號基本類型和特點數(shù)字通信信號基本類型和特點 2） 2PSK信號信號 即二進制相移鍵控信號。在式（2.2-17）中，令可以得到2PSK信號的時域表達式為： （2.2-18）注意到上述表述與2ASK是類似的，所不同的是符號序列的取值。對于2PSK調(diào)制， 。如果在一個碼元持續(xù)時間 內(nèi)觀察時，2PSK信號發(fā)送的是載波初始相位分別是0或者的高頻脈沖序列，因此這種方式也稱為絕對相移鍵控信號。PSK信號的另外一種形式是相對（差分）相移鍵控信號（DPSK），它利用前后相鄰碼元的載波相位差表示二進制信息。 0)(),()(tQn

26、TtgatIsnn)2cos()()(2tfnTtgatscsnnASK1 , 1na, 0sT西安電子科技大學電子工程學院422.2.32.2.3數(shù)字通信信號基本類型和特點數(shù)字通信信號基本類型和特點 2） 2PSK信號信號從上述的分析可以看出，2PSK信號的基本特點是： 其包絡是恒定的，其載波頻率恒定的。 信號中個碼元的初始相位與信息碼有關(guān)。 功率譜可能不包含載波分量，其連續(xù)譜的形狀是sa()函數(shù)，其第一零點寬度為 。 信號帶寬是基帶脈沖波形帶寬的2倍，近似為sf2sf2西安電子科技大學電子工程學院432.2.32.2.3數(shù)字通信信號基本類型和特點數(shù)字通信信號基本類型和特點 3） 2FSK信

27、號信號2FSK信號，即二進制頻移鍵控信號。2FSK信號的時域表達式為： （2.2-22）其中 ， 是 的反碼， 和 分別時碼元載波初始相位。如果在一個碼元持續(xù)時間 內(nèi)觀察時，2FSK信號當 1時，發(fā)送高頻脈沖的載波頻率是 ，而當 0時，發(fā)送高頻脈沖的載波頻率是 。)2cos()()2cos()()(212nsnnnsnnFSKtfnTtgatfnTtgats1 , 0nananann, 0sTnana1f2f西安電子科技大學電子工程學院442.2.32.2.3數(shù)字通信信號基本類型和特點數(shù)字通信信號基本類型和特點 3） 2FSK信號信號2FSK信號的基本特點是： 其包絡是恒定的，其載波頻率是變化

28、的，它有兩個發(fā)送頻率 和 。 信號的發(fā)送頻率與信息碼有關(guān)。 功率譜可能包含載波分量，位于其兩個發(fā)送頻率 和 。 信號帶寬為 。1f2f1f2fsfffB212西安電子科技大學電子工程學院452.2.32.2.3數(shù)字通信信號基本類型和特點數(shù)字通信信號基本類型和特點 4） QAM信號信號QAM信號，即正交幅度調(diào)制信號，也稱為幅度相位聯(lián)合鍵控信號。在式（2.2-17）中，令，可以得到QAM信號的時域表達式為： （2.3-24） 從上式可以看出，QAM信號可以看成是兩個正交信號的和。目前常用的QAM信號主要是16QAM和64QAM信號。 nsnnnsnnnTtgatQnTtgatIsin)()(,co

29、s)()()2cos(sin)()2cos(cos)()(tfnTtgatfnTtgatscnsnncnsnnQAM西安電子科技大學電子工程學院462.2.32.2.3數(shù)字通信信號基本類型和特點數(shù)字通信信號基本類型和特點4） QAM信號信號QAM信號的基本特點是： 其包絡是變化的，載波頻率是恒定的。 碼元初始相位與信息碼有關(guān)。 功率譜形狀與PSK信號類似，信號帶寬與PSK信號相同。西安電子科技大學電子工程學院472.2.32.2.3數(shù)字通信信號基本類型和特點數(shù)字通信信號基本類型和特點5）數(shù)字通信信號的星座圖數(shù)字通信信號的星座圖 數(shù)字通信信號都可以利用正交形式表示。如果以 為橫坐標， 為縱坐標，

30、將 和 的取值打點畫出來，這種圖形稱為星座圖。常見數(shù)字通信信號的星座圖如下圖所示： ASK信號的星座圖最簡單，只有分量，QAM信號的最復雜。)(tI)(tQ)(tI)(tQ西安電子科技大學電子工程學院482.3 2.3 頻率測量的技術(shù)指標和分類頻率測量的技術(shù)指標和分類2.3.1 頻率測量的技術(shù)指標2.3.2測頻技術(shù)分類西安電子科技大學電子工程學院492.3 2.3 頻率測量的技術(shù)指標和分類頻率測量的技術(shù)指標和分類 通信信號的頻域參數(shù)包括載波頻率、帶寬、碼元速率、擴頻/跳頻速率等。本節(jié)介紹通信信號載波頻率的測量，載波頻率是通信信號的基本和重要特征，它具有相對穩(wěn)定性，也是通信對抗系統(tǒng)進行信號分選、

31、識別、干擾的基本參數(shù)之一。西安電子科技大學電子工程學院502.3.1 頻率測量的技術(shù)指標 測頻時間：測頻時間是指從接收機截獲信號至測頻輸出測頻結(jié)果所需的時間。對于通信偵察系統(tǒng)，希望測頻時間越短越好。測頻時間直接影響到偵察系統(tǒng)的截獲概率和截獲時間。頻域截獲概率：即頻率搜索概率，信號的頻率搜索概率定義為 （2.3-1）其中 是測頻接收機瞬時帶寬， 是測頻范圍，即偵察頻率范圍。 例如， 10MHz， 1000MHz，則頻率搜索概率1105，可見搜索接收機的頻率搜索概率很低。121fffPrIFrf 12ff rf12ff 西安電子科技大學電子工程學院512.3.1 頻率測量的技術(shù)指標 截獲時間：達到

32、給定的截獲概率所需的時間。如果采用非搜索測頻接收機，則信號的截獲時間為 （2.3-2）其中 偵察系統(tǒng)的通過時間， 是測頻時間。fmTHIFTTT1THTfmT西安電子科技大學電子工程學院522.3.1 頻率測量的技術(shù)指標 測頻范圍：測頻范圍：測頻系統(tǒng)最大可測的信號的頻率范圍； 瞬時帶寬瞬時帶寬： 測頻系統(tǒng)在任一瞬間可以測量的信號的頻率范圍；頻率分辨力：頻率分辨力：測頻系統(tǒng)所能分開的兩個同時到達信號的最小頻率差；測頻精度：測頻精度： 測頻誤差的均方根誤差稱為測頻精度。 不同的測頻系統(tǒng)的測頻范圍、瞬時帶寬、頻率分辨力差異很大。 傳統(tǒng)的寬帶測頻接收機的瞬時帶寬很寬，其頻率截獲概率高，但頻率分辨率很低

33、，等于瞬時帶寬。 而窄帶搜索接收機的瞬時帶寬很窄，頻率截獲概率很低，但頻率分辨率很高。 傳統(tǒng)搜索接收機的最大測頻誤差為： （2.3-3） 瞬時帶寬越寬，測頻誤差越大。rff21max西安電子科技大學電子工程學院532.3.1 頻率測量的技術(shù)指標可測頻信號類型可測頻信號類型通信信號可以分成常規(guī)通信信號和擴頻（特殊）通信信號。n常規(guī)通信信號包括模擬調(diào)制信號，如AM、FM，數(shù)字調(diào)制信號如2ASK、2PSK、QPSK、2FSK、8FSK等，n 擴頻（特殊）通信包括DS-SS，F(xiàn)H-SS，QAM、FDMA、CDMA、TDMA等。 一般而言，常規(guī)通信信號測頻比特殊通信信號的測頻容易。擴頻通信信號的測頻比較

34、困難，特別是跳頻和跳時擴頻通信信號、突發(fā)通信信號等。 西安電子科技大學電子工程學院542.3.2測頻技術(shù)分類測頻通常是在偵察系統(tǒng)的前端完成的。按照測頻系統(tǒng)采用的技術(shù)原理，可以把測頻技術(shù)分為三類，它們分別是直接測量法、變換測量法，其分類如下圖所示：測頻技術(shù)直接測頻變換測頻搜索頻率窗毗鄰頻率窗窄帶搜索法寬帶搜索法模擬信道化數(shù)字信道化傅立葉變換Chirp變換聲光相關(guān)器數(shù)字DFT測頻壓縮接收機西安電子科技大學電子工程學院552.4 通信信號頻率的直接測量通信信號頻率的直接測量2.4.1 2.4.1 頻率搜索接收機的基本原理頻率搜索接收機的基本原理2.4.2 2.4.2 頻率搜索方式頻率搜索方式2.4.

35、3 2.4.3 頻率搜索時間和速度頻率搜索時間和速度2.4.4 2.4.4 信道化接收機信道化接收機西安電子科技大學電子工程學院562.4.12.4.1頻率搜索接收機的基本原理頻率搜索接收機的基本原理1) 頻率搜索接收機概述頻率搜索接收機概述頻率搜索接收機通常利用超外差接收機完成。按照頻率搜索的瞬時帶寬，可以將搜索接收機分為寬帶搜索和窄帶搜索。n寬帶搜索是指在接收機的瞬時帶寬同時存在多個不同頻率的通信信號，或者說接收機的瞬時帶寬大于信號帶寬。n而窄帶搜索是指在接收機的瞬時帶寬內(nèi)只存在一個信號。西安電子科技大學電子工程學院572.4.12.4.1頻率搜索接收機的基本原理頻率搜索接收機的基本原理2

36、) 頻率搜索接收機組成頻率搜索接收機組成搜索式超外差接收機原理如下圖所示 主要優(yōu)點：由于中頻頻率很低，所以可以到達良好的頻率選擇性和接收機靈敏度，同時中頻信號保持著通信信號的幅度、頻率和相位信息；主要缺點：存在寄生信道干擾，窄帶搜索接收機搜索時間長，降低了系統(tǒng)頻率截獲概率。西安電子科技大學電子工程學院582.4.12.4.1頻率搜索接收機的基本原理頻率搜索接收機的基本原理3) 頻率搜索接收機寄生信道及其消除方法頻率搜索接收機寄生信道及其消除方法 （1）微波預選-本振統(tǒng)調(diào)（2）寬帶濾波-高中頻（3）常用鏡像抑制混頻器（4）采用零中頻技術(shù) fIfRfLfmf中頻主頻本振鏡頻西安電子科技大學電子工程

37、學院592.4.22.4.2頻率搜索方式頻率搜索方式 連續(xù)搜索和步進搜索兩種方式：連續(xù)搜索又分為單程搜索和雙程搜索方式，步進搜索又分為等間隔搜索和靈巧搜索方式。西安電子科技大學電子工程學院602.4.32.4.3頻率搜索時間頻率搜索時間頻率搜索時間頻率搜索時間頻率搜索時間是指搜索完給定頻率范圍所需的時間。它與頻率搜索范圍、頻率步進間隔、信道間隔、本振換頻時間、搜索駐留時間等因素有關(guān)。寬帶搜索接收機，頻率步進間隔為搜索帶寬（中頻帶寬）的二分之一。頻率步進搜索過程中的本振頻率點數(shù)為： （2.3-9）寬帶接收機一次完成多個通信信道的搜索，它的頻率搜索時間為： （2.3-10）窄帶搜索接收機，頻率步進

38、間隔為通信信號的最小信道間隔。相應的頻率步進搜索過程中的本振頻率點數(shù)為： （2.3-11）窄帶搜索接收機一次完成單個通信信道的搜索，它的頻率搜索時間為：IwbfffN122)(strswbfwbTTNTfffNnb12)(strsnbfnbTTNT西安電子科技大學電子工程學院612.4.32.4.3頻率搜索時間頻率搜索時間頻率搜索時間計算舉例頻率搜索時間計算舉例設超短波通信電臺的頻率范圍為3090MHz，信道間隔為25kHz，本振換頻時間為100s，搜索駐留時間為1000s。如果利用窄帶頻率搜索接收機，那么本振頻率點數(shù)為： (9030)106/(25103)=2400 頻率搜索時間為: 240

39、0(1001000)2640000s2640ms為了減小頻率搜索時間，有4個可能的途徑。n 通過采用并行多信道搜索方式，減小頻率搜索范圍。n 采用寬帶搜索方式，減小頻率步進搜索過程中的本振頻率點數(shù)。n 采用換頻時間短的高速頻率合成本振。n 減小搜索駐留時間。為了減小搜索駐留時間，需要采用高速、高性能的信號處理器。西安電子科技大學電子工程學院622.4.4信道化接收機信道化接收機1) 純信道化接收機純信道化接收機 西安電子科技大學電子工程學院632.4.4信道化接收機信道化接收機1）純信道化接收機）純信道化接收機 信道化接收機利用波段分路器將偵察頻帶劃分為m1路，各個波段分路器輸出的信號經(jīng)過第一

40、變頻器變頻，將射頻頻率變換為第一中頻頻率，第一本振組輸出等間隔的頻率，使各路中頻輸出頻率和帶寬相同。 各路中頻輸出經(jīng)過放大后分成兩路，一路送給門限檢測Dt，確定信號頻率屬于哪個波段。另一路輸出送給各自的子波段分路器，再分成m2路。各個子波段分路器輸出的信號經(jīng)過第二變頻器變頻，將第一中頻變換為第二中頻頻率，各路中頻輸出進行給門限檢測，檢測信號的頻率，同時輸出中頻信號。西安電子科技大學電子工程學院642.4.4信道化接收機信道化接收機1）純信道化接收機）純信道化接收機 第k分路器輸出信號的頻率分辨力： （2.3-17）根據(jù)接收信號通過的各檢測信道進行頻率估計： （2.3-18）純信道化接收機的波段

41、分路器個數(shù)是 （2.3-19）純信道化接收機可以得到很高的頻率分辨率和頻率覆蓋范圍，但是其體積大、重量重、成本高，系統(tǒng)復雜。kkmfff1221ffnffkrkk2111mmmL西安電子科技大學電子工程學院652.4.4信道化接收機信道化接收機2）頻帶折疊信道化接收機頻帶折疊信道化接收機的原理與純信道化接收機類似，它的第一級波段分路器與純信道化的相同。其余各層的分路器輸出取和，經(jīng)過混頻放大后再進入下層的分路器。也就是說，每層只設一個通道，采用這種結(jié)構(gòu)大大減少了設備量。由于分路器輸出取和，在減少分路器的同時，各頻段的噪聲也合成，使接收機靈敏度下降。此外當存在同時到達信號時，會引起測頻模糊。西安電

42、子科技大學電子工程學院662.4.4信道化接收機信道化接收機3）時分制信道化接收機 時分制信道化接收機的結(jié)構(gòu)與頻帶折疊信道化接收機基本相同，說不同的是用快速分路開關(guān)取代了取和電路。在同一時刻，訪問開關(guān)只與一個波段接通，其它波段被斷開，避免了頻帶折疊帶來的噪聲增加和同時到達信號的影響。 時分制結(jié)構(gòu)因為每層中頻輸出由訪問開關(guān)轉(zhuǎn)換，因此存在信號的漏截獲問題。西安電子科技大學電子工程學院672.4.4信道化接收機信道化接收機4）中頻信道化接收機典型的中頻信道化接收機原理框圖如圖中頻信道化接收機是在中頻部分使用中頻濾波器組實現(xiàn)寬帶與高靈敏度的超外差接收機。其射頻前端的射頻預選器的帶寬和本振頻率步進間隔與

43、中頻濾波器組的帶寬匹配。其特點是濾波器組的設計可以通用化、模塊化，具有較強的適應性。西安電子科技大學電子工程學院682.4.4信道化接收機信道化接收機5）模擬信道化接收機特點n信道化接收機實際上是利用一級或者多級濾波器組，將偵察頻段分成多個信道，最小信道間隔一般為25kHz（也有12.5kHz）。它具有靈敏度高、動態(tài)范圍大、搜索速度快、同時信號能力強等優(yōu)點。n缺點是結(jié)構(gòu)復雜、體積大、成本高。n信道化接收機存在的另一個問題是寬帶信號檢測的問題。當信號帶寬大于信道化間隔時，相鄰的多個信道都會有信號輸出，如果不進行處理，會引起虛假頻率輸出。西安電子科技大學電子工程學院692.5通信信號頻率的變換域測

44、量通信信號頻率的變換域測量2.5.1 聲光接收機聲光接收機2.5.2 壓縮接收機壓縮接收機西安電子科技大學電子工程學院702.5通信信號頻率的變換域測量通信信號頻率的變換域測量偵察系統(tǒng)中還采用各種特殊的器件，實現(xiàn)傅立葉變換，間接實現(xiàn)頻率測量，這就是變換域方法。使用不同的器件，就構(gòu)成了聲光接收機和壓縮接收機。變換域測量屬于寬帶通信偵察接收機。西安電子科技大學電子工程學院712.5.1 聲光接收機聲光接收機1) 聲光接收機聲光接收機利用聲光偏轉(zhuǎn)器（布拉格小室）使入射光束受信號頻率調(diào)制發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度正比于信號頻率，用一組光檢測器件檢測偏轉(zhuǎn)之后的光信號，從而完成測頻目的。西安電子科技大學電子工程學

45、院722.5.2 壓縮接收機壓縮接收機2) 壓縮接收機 壓縮接收機是利用快速微掃本振，截獲偵察頻帶內(nèi)所有信號，再通過色散延遲線壓縮，轉(zhuǎn)換到時域進行測頻的接收機。聲表面波色散延遲線的頻率分辨率是延遲時間的倒數(shù)，它相當于一個濾波器組，濾波器數(shù)目等于帶寬和延遲時間的乘積。西安電子科技大學電子工程學院732.6通信信號的數(shù)字化測頻通信信號的數(shù)字化測頻2.6.1 數(shù)字化技術(shù)基礎數(shù)字化技術(shù)基礎2.6.2 寬帶數(shù)字化接收機寬帶數(shù)字化接收機2.6.3 數(shù)字信道化接收機數(shù)字信道化接收機2.6.4 數(shù)字測頻算法數(shù)字測頻算法西安電子科技大學電子工程學院742.6通信信號的數(shù)字化測頻通信信號的數(shù)字化測頻傳統(tǒng)的接收機朝

46、著軟件化和數(shù)字化進步，這就是軟件無線電的思想。軟件無線電數(shù)字接收機的設計思想是：n將寬帶A/D和D/A變換器盡可能靠近天線，即把A/D和D/A從基帶移到中頻甚至射頻，把接收到的模擬信號盡早數(shù)字化；n然后用實時高速FPGA/DSP做A/D后的一系列處理，使無線電系統(tǒng)的各種功能通過軟件進行定義。中頻數(shù)字化技術(shù) 接收機采用模擬寬帶射頻前端的外差接收機技術(shù)，在中頻采樣后，利用各種數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)通信信號頻率的測量。西安電子科技大學電子工程學院752.3.3通信信號的數(shù)字化測頻通信信號的數(shù)字化測頻1) 寬帶數(shù)字化接收機 寬帶數(shù)字化接收機= 信道化數(shù)字化的搜索接收機射頻信號經(jīng)過放大、混頻后，變換為第一中頻，

47、然后經(jīng)中頻分路器分為M路，分別送給M路中頻濾波器組濾波，再轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的二中頻。M路第二中頻具有相同的頻率，它們分別放大后，利用M路數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ADC）進行高速采樣數(shù)字化，利用FFT實現(xiàn)頻率測量。西安電子科技大學電子工程學院762.3.3通信信號的數(shù)字化測頻通信信號的數(shù)字化測頻1) 寬帶數(shù)字化接收機分路數(shù)目設搜索波段的頻率范圍為，單路處理瞬時帶寬，則分路器路數(shù)為： (2.3-36) 可見，分路器路數(shù)與頻率范圍和中頻帶寬決定。 當頻率范圍一定時，M由中頻帶寬確定。而中頻帶寬與ADC器件、數(shù)字信號處理器的處理能力等因素有關(guān)。IBffM12西安電子科技大學電子工程學院772.3.3通信信號的數(shù)字化測頻

48、通信信號的數(shù)字化測頻1) 寬帶數(shù)字化接收機ADCADC采樣頻率采樣頻率數(shù)字接收機通常按照帶通采樣設計，其采樣頻率必須滿足： 采樣頻率選擇時一般選擇一個同時滿足上述兩個條件的最低采樣頻率。否則可能會引起所謂混疊效應，導致采樣錯誤，使后續(xù)的數(shù)字處理無法正確完成。 設中頻頻率fI=70MHz，中頻帶寬BI20MHz，矩形系數(shù)r1.5。那么按照條件1，采樣頻率2.52050MHz，而按照條件2，可以選擇的采樣頻率為280、93.33、56、40MHz等。因此同時滿足兩個條件的采樣頻率為56MHz。, 3 , 2 , 1 , 0,124) 1(nnffBrfIsIs西安電子科技大學電子工程學院782.3

49、.3通信信號的數(shù)字化測頻通信信號的數(shù)字化測頻1) 寬帶數(shù)字化接收機ADC采樣分辨率和動態(tài)范圍設ADC為b位，量化電平為q，輸入為單頻正弦信號，ADC允許的最大輸入電壓為Vmax，則ADC輸入最大信號的功率和量化噪聲功率分別為： (2.3-38) (2.3-39) ADC允許的最小輸入信號電平受ADC量化噪聲的限制。因此ADC的動態(tài)范圍為： (2.3-40) (2.3-41)822222maxmaxqVPb122qNqbqADCNPNSD2maxmax223)(02. 676. 1dBbDADC西安電子科技大學電子工程學院792.3.3通信信號的數(shù)字化測頻通信信號的數(shù)字化測頻1) 寬帶數(shù)字化接收

50、機頻率分辨率和瞬時處理帶寬頻率分辨率和瞬時處理帶寬 如數(shù)字接收機利用FFT進行頻率分析測量，那么頻率分辨率、采樣頻率、瞬時處理帶寬（中頻帶寬）、采樣間隔和FFT長度N滿足下面的關(guān)系： (2.3-42)因此，當采樣頻率一定時，F(xiàn)FT長度越長，頻率分辨率越高。而FFT長度N為： (2.3-43)可見，F(xiàn)FT的長度與瞬時處理帶寬和頻率分辨率有關(guān)。在處理帶寬一定的情況下，要求的頻率分辨率越高，F(xiàn)FT長度越大，當然完成FFT所需的運算時間就越長。處理時間與搜索速度、頻率分辨率會產(chǎn)生矛盾。NBrNtNffIss)1 (1fBrNI)1 ( 西安電子科技大學電子工程學院802.3.3通信信號的數(shù)字化測頻通信

51、信號的數(shù)字化測頻1) 寬帶數(shù)字化接收機頻率搜索速度頻率搜索速度設搜索接收機的以中頻帶寬為進行搜索，數(shù)字接收機利用長度為N的FFT進行頻率分析，系統(tǒng)頻率分辨率為f。此時采集N點數(shù)據(jù)的時間即采樣時間為： (2.3-44)當數(shù)字接收機在瞬時搜索帶寬上的駐留時間等于采樣時間，它到達最高搜索速度，即 (2.3-45)ffNTss1fBTBVIsIfmax西安電子科技大學電子工程學院812.3.3通信信號的數(shù)字化測頻通信信號的數(shù)字化測頻1) 寬帶數(shù)字化接收機對對DSPDSP處理能力的要求處理能力的要求要求DSP能夠在一個采樣時間內(nèi)完成對瞬時處理帶寬的FFT分析。我們知道，完成N點FFT需要進行 2Nlog2N次實數(shù)乘加運算，如果DSP完成一次實數(shù)乘加運算的時間為tma ，則要求DSP的運算速度至少有關(guān)滿足： (2.3-46)將式(2.3-43)代入上式，可以得到： (2.3-48)將r2代入上式 fTtN