信号识别参数提取方法-课件

,Cliquez pour modifier le style du titre,*,Cliquez pour modifier les styles du texte du masque,Deuxime niveau,Troisime niveau,Quatrime niveau,Cinquime niveau,2009 Technical Analysis 1305 (-A),echnical Analysis,1305 (-A),信号分析基础知识及,LG118,介绍,信号分析基础知识及LG118介绍,信号分析概述,LG118,简介,信号分析方法,信号分析举例,2,信号分析概述2,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,信号识别概述信号分析概念通过采用各类信号处理手段，进行信号的,信号识别概述,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,QPSK,39,路,QPSK,8FSK,QPSK,信号速率,单路,75Bd,单路,44.44Bd,125Bd,1500Bd,通信体制,CODAN9001,MIL-STD-188-110A,MIL-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,50,100,100,100,频率间隔,170,170,170,170,通信体制,Baudot,Sitor-B,PACTOR-I,GMDSS,4,信号识别概述短波信号特点短波信号种类繁多，很多复杂通信体制在,信号识别概述,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,45.4,50,75,100,150,200,频率间隔,170,170/200/250/400/500,340/400/450/500,500/850,850,500,调制方式,2FSK,信号调制,8,路信号,单路速率,100,62.5,62.5,62.5,75,单路调制,ASK,BPSK,QPSK,8PSK,QPSK,通信体制,测高仪？,CLOVER2000,CH 4+4,5,信号识别概述短波信号分析的特点即使是同一种体制也有多种调制参,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),信号识别概述短波信号应该从时频域分析、调制层分析、编码/协议,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,2,FSK,，,h=1.7,2,FSK,，,h=2,PSK,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 频域分析FSK、多载波与PSK的区分,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,4FSK,信号，小波变换谱,相位轨迹图，,QPSK,瞬时频率,4FSK,信号识别概述 调制域分析完成调制参数和调制类型的分,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,信号识别概述编码域分析完成各类通信体制的确认编码识别：信源编,信号识别概述,(1).,利用三倍冗余进行同步,误码率,0.01,正确率约,95%,误码率,0.05,正确率约,75%,信号识别概述(1).利用三倍冗余进行同步误码率0.01,正确,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,bitA1B1A24B24,进行重新排列,得到,A1A24,和,B1B24.,纠错译码,设得到的,24bit,序列,R=C+E,译码矩阵,H,=,P,T,I,12,则利用,CH,T,=0,有,RH,T,=(,C,+,E,),H,T,=,EH,T,=,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,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,信号识别概述,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,TOSAM TOSAM TOSAM TOSAM COMMAND A THISIS JOHN,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,000111,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,.,12,信号识别概述比特流转换,得到传送信息.对传送信息的合理性进行,信号识别概述,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。,13,信号识别概述对于编码层的识别具有很高的难度，短波通信大多数编,信号识别概述,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,14,信号识别概述技术类别概念技术特点适用范围主要优势主要缺点在线,信号识别相关软件,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,(Code Check),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。,15,信号识别相关软件调制域及实时(自动分析)离线(手动分析)覆盖,信号解码相关软件,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,PC HFDL-,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,16,信号解码相关软件实时信号W51/61PC各类解码软件类型丰富,信号分析概述,LG118,简介,信号分析方法,信号分析举例,2009 Technical Analysis 1305 (-A),17,信号分析概述2009 Technical Analysi,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。,LG118介绍LG118是一款信号离线分析软件，通过各类数字,19,LG 118 presentation,Thales Communications France,LG118,介绍,主视窗,菜单,状态列,档案及管理功能按键,工作位置,19LG 118 presentationThales Co,20,LG 118 presentation,Thales Communications France,LG118,介绍,Time/frequency display,时间,/,频率,Amplitude/time display,波幅,/,时间,Polar view,星座,图,Spectral display,频谱,Phase trajectory,相位轨迹,Eye diagram,眼图,20LG 118 presentationThales Co,21,LG 118 presentation,Thales Communications France,LG118,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。,21LG 118 presentationThales Co,信号分析概述,LG118,典型信号分析方法,信号分析举例,2009 Technical Analysis 1305 (-A),22,信号分析概述2009 Technical Analysi,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,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,调制参数提取,-,波特率,信号的谱相关的,f,=,f,0,的,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,BPSK,俯视图,BPSK,三维图,调制参数提取-波特率信号的谱相关的f=f0的截面谱在波特率,调制参数提取,-,波特率,QPSK,4FSK,AM,调制参数提取-波特率 QPSK,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。,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-波特率瞬时幅度谱在波特率的整数倍处呈现衰减的离,调制参数提取,-,波特率,典型方法,3,-,小波变换谱,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,计算量较小：,简单的滤波与傅立叶变换,QPSK,信号，小波变换谱,接收环境适用范围较广：,衰落和低信噪比,调制参数提取-波特率典型方法3-小波变换谱瞬时幅度谱在波特率,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,调制参数提取,-M,次方谱,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次方谱典型方法1-M次方谱接收环境适用范围广,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。,8PSK,PSD of s,8,16QAM,PSD of s,4,特征,1,V,S,V,S,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,调制参数估计,-M,次方谱,/2DBPSK,信号的平方谱呈现两个幅度相近的离散谱线。分别对应,-V,s,/2+2f,c,与,V,s,/2+2f,c,；,/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,-V,s,/2+4f,c,与,V,s,/2+4f,c,；,OQPSK,信号的平方谱呈现两个幅度相近的离散谱线。分别对应,-V,s,+2f,c,与,V,s,+2f,c,；,特征,2,OQPSK,PSD of s,2,2,V,S,V,S,Pi/2DBPSK,PSD of s,2,Pi/4DQPSK PSD of s,4,V,S,调制参数估计-M次方谱/2DBPSK信号的平方谱呈现两个幅,调制参数提取,-,调制进制,典型方法,2-,瞬时相位,适用范围广：,线性与非线性调制数字信号,计算量较小：,简单的数字处理,信道适用范围较广：,衰落信道和较低信噪比,调制参数提取-调制进制典型方法2-瞬时相位适用范围广：线性与,调制参数提取,-,瞬时相位,MFSK,信号的相位轨迹图为线性特征，分叉数为,M,。,MPSK,信号的相位轨迹图为非线性特征，分叉数为,M+1,。,相位轨迹图，,8FSK,相位轨迹图，,QPSK,MPSK,信号在码元间隔产生相位变化,在码元内相位不变。,MFSK,信号在码元内相位线性变化，码元间隔变换方向。,瞬时相位,QPSK,瞬时相位,4FSK,调制参数提取-瞬时相位MFSK信号的相位轨迹图为线性特征，分,调制参数提取,-,调制进制,典型方法,3-,瞬时频率,信号适用范围广：,所有,MFSK,数字调制信号,计算量较小：,简单的数字处理,信道适用范围较广：,衰落信道和较低信噪比,调制参数提取-调制进制典型方法3-瞬时频率信号适用范围广：所,调制参数提取,-,瞬时频率,对,MFSK,信号的瞬时频率进行直方图统计，则应有,M,个,状态。,4FSK,瞬时频率统计图,QPSK,瞬时频率统计图,由于成型滤波的影响，,MPSK,信号瞬时频率连续变化，无明显规律。,MFSK,信号在码元间隔频率跳变，码元内频率不变，呈现阶梯分布。,MPSK,信号,频率统计图没有明显特征。,瞬时频率,4FSK,瞬时频率,QPSK,调制参数提取-瞬时频率对MFSK信号的瞬时频率进行直方图统计,谱相关存在性,瞬时幅度谱存在性,M,次方谱存在性,(,有两种特征,),小波变换谱存在性,瞬时频率,分布图,相位轨迹图特征,MFSK,是,否,否,强,M,个瞬时频率,线性，,M,分叉,MPSK,是,是,M,调制进制,1,较弱,无明显分布,非线性,M+1,分叉,MQAM,(,方形,),是,是,M,4,1,较弱,无明显分布,非线性,M,分叉,（较杂乱）,MQAM,(,圆形,),是,是,M,M0,，,M0,为相位状态数,1,较弱,无明显分布,非线性,M,分叉,（较杂乱）,Pi/2DBPSK,是,是,M=2,2,弱,无明显分布,非线性,2,分叉,Pi/4DQPSK,是,是,M=4,2,弱,无明显分布,非线性,4,分叉,OQPSK,弱,否,M=2,2,弱,无明显分布,非线性,较杂乱,MSK,(GMSK),弱,否,M=2,2,弱,2,个瞬时频率,线性，两分叉,36,谱相关存在性瞬时幅度谱存在性M次方谱存在性 小波变,37,2009 T,echnical Analysis,1305 (-A),Thales Communications France,信号分析概述,LG118,简介,信号分析方法,信号分析,举例,372009 Technical Analysis,38,2009 T,echnical Analysis,1305 (-A),Thales Communications France,手动,信号分析一般流程,听信号时域的声音,(,略，对采集有要求,),信号分析方法,看信号的频谱,（笔记：这里指的是幅度,-,频率谱）,对信号进行适当的去噪和抽取滤波,运用信号处理方法,估计信号参数和调制类型,PSK/QAM,：波特率，中心频率，调制类型,对信号进行解调,FSK,：波特率，中心频率，调制偏移,，调制类型,CPM,：波特率，中心频率，调制指数,，调制类型,FDM:,载波数，载波间隔，中心频率，子载波的调制参数,(,波特率，中心频率，调制指数等,),382009 Technical Analysis,参数测量辨别,:OOK modulation,中心频率测量,功率谱密度,(,或频谱,),波特率测量,瞬时幅度,功率谱密度,(,或频谱,),Central frequency,Carrier frequency,PSD of OOK(MORSE),5938.65 ms,6009.18 ms,Instantaneous Amplitude of OOK(MORSE),Signal anal,ysis(4/12),2009 Technical Analysis 1305 (-A),echnical Analysis,1305 (-A),39,参数测量辨别:OOK modulation中心频率测量功率,听信号音频声音，观察信号功率谱，确认为,OOK,信号,滤除信号带外噪声,进行波特率估计（功率谱密度）,解调,OOK modulation,识别和参数提取方法,听信号音频声音，观察信号功率谱，确认为OOK信号OOK mo,参数测量辨别,:BFSK/MFSK modulation,状态数和频移,瞬时频率统计图,Instantaneous frequencies histogram,FSK-4 100 bauds modulation index 0.9,波特率估计,瞬时频率,(,差分,),谱,谱相关,中心频率的估计,相位树状图,Signal anal,ysis(5/12),功率谱密度,PSD,FSK-2,h=1.8,Instantaneous frequencies histogram,FSK-2 modulation index 1.8,相位树状图，,FSK-8,h=2,瞬时频率统计图,2009 Technical Analysis 1305 (-A),echnical Analysis,1305 (-A),41,参数测量辨别:BFSK/MFSK modulation状态,听信号音频声音，观察信号功率谱，确认为,FSK,信号,滤除信号带外噪声,进行波特率估计（谱相关等）,进行调制进制、频率数和中心频率的统计,(,信号瞬时频率直方图等,),信号解调,FS,K modulation,识别和参数提取方法,听信号音频声音，观察信号功率谱，确认为FSK信号FSK mo,参数测量辨别,:,M,PSK modulation,调制进制测量,M,律方法活,M/2,律后谱相关方法,波特率测量,谱相关,Zero-crossing,瞬时包络的功率谱,QPSK,，,1200Bd,1,次方和,2,次方后谱相关,中心频率测量,相位树状图,M,律方法,Signal anal,ysis(6/12),PSD(or Spectrum),瞬时频率差分谱,观察星座图,相位树状图,(M+1,个分支,),QPSK,，相位树状图,2009 Technical Analysis 1305 (-A),echnical Analysis,1305 (-A),43,参数测量辨别:MPSK modulation调制进制测量M,参数测量辨别,:QAM modulation,Spectral correlation,1200 Hz,调制进制测量,信号极化图,波特率测量,中心频率测量,相位图,M/2,次方后进行谱相关,(,圆形,),2,次方后进行谱相关,(,方形,),Signal anal,ysis(8/12),功率谱,谱相关,Zero-crossing,瞬时频率差分谱,包络的功率谱,星座图,2009 Technical Analysis 1305 (-A),echnical Analysis,1305 (-A),44,参数测量辨别:QAM modulationSpectral,听信号音频声音，观察信号功率谱，确认为,FSK,外其它单载波信号,滤除信号带外噪声,进行波特率估计（谱相关、瞬时幅度谱等）,根据,M,律,(,或,M/2,律后谱相关运算,),的特征频谱，判断是否属于,MPSK,或,QAM,信号。,(,也可通过相位轨迹图等确认,),估计载波频偏,(M/2,律后进行谱相关,再通过极化图进行细估计,),信号解调后续处理,PS,K,/QAM,modulation,识别和参数提取方法,听信号音频声音，观察信号功率谱，确认为FSK外其它单载波信号,参数测量,识,别,:OQPSK,pi/2DBPSK,pi/4DQPSK,modulation,PSD of s,2,2,V,S,Phase trellis,/2-,DBPSK,Signal anal,ysis(7/12),Phase trellis,/4-,DQPSK,Phase trellis,O,QPSK,/2-DBPSK,/4-DQPSK,OQPSK,V,S,PSD of s,2,PSD of s,4,V,S,2009 Technical Analysis 1305 (-A),echnical Analysis,1305 (-A),46,参数测量识别:OQPSK,pi/2DBPSK,pi/4DQ,听信号音频声音，观察信号功率谱，确认为,FSK,以外的单载波信号。,滤除信号带外噪声,进行波特率估计（谱相关等）,根据,M/2,律后谱相关运算的特征频谱，判断是否属于,OQPSK,，,pi/2DBPSK,或,pi/4DQPSK,信号，并确认信号类型。,(,也可通过相位轨迹图等确认,),估计载波频偏,(M/2,律后进行谱相关,再通过极化图进行细估计,),信号解调后续处理,OQPSK,，,pi/2DBPSK,pi/4DQPSK,modulation,识别和参数提取方法,听信号音频声音，观察信号功率谱，确认为FSK以外的单载波信号,TECHNICAL PARAMETERS MEASUREMENT,参数测量辨别,:CPM modulation,Measurement of the central frequency,Measurement of the Baud rate,谱相关,过零点统计,Modulation index measurement,(s,1/h,),谱,瞬时频率统计图,Signal anal,ysis(9/12),功率谱,(s,1/h,),谱,CPFSK(1REC),h h0,CPFSK(1REC),h h0,CPFSK(1REC),h=h0,2009 Technical Analysis 1305 (-A),echnical Analysis,1305 (-A),48,TECHNICAL PARAMETERS MEASUREME,听信号音频声音，观察信号功率谱，确认为,FSK,外的单载波信号。,滤除信号带外噪声,进行波特率估计（谱相关等）,变化信号幂次,h,当特征谱变化呈现上页的趋势时，可以基本确定为,CPM,信号,并估计调制指数和中心频率。,如果此时极化图或星座图仍不能呈现二维星座图特征，而为一圆圈，则可以进一步确定其调制方式为,CPM,信号解调后续处理,CPM,modulation,识别和参数提取方法,听信号音频声音，观察信号功率谱，确认为FSK外的单载波信号。,参数测量辨别,:FDM modulation,各载波频率间隔,自相关,波特率估计,谱相关,第一个音的频率,载波数估计,AUTOCORRELATION,Signal anal,ysis(10/12),功率谱,功率谱,功率谱,2009 Technical Analysis 1305 (-A),echnical Analysis,1305 (-A),50,参数测量辨别:FDM modulation各载波频率间隔自,