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1、 黑鸟侦测无线电信号技术之一黑鸟侦测无线电信号技术之一 信号的侦测与判决技术信号的侦测与判决技术 安捷伦应用工程师安捷伦应用工程师 罗罗 建建 引 言引 言 安 捷 伦 公 司 自 从 2005 年 5 月 在 国 内 推 出 N6820E 信 号 侦 测 系 统 （ 黑鸟 ） 以 来 ， 受 到 国 内 专 家 和 工 程 师 们 的 特 别 关 注 和 讨 论 ， 广 泛 应 用 于 电 子侦 察 、 频 谱 监 测 、 卫 星 监 测 、 电 磁 兼 容 以 及 移 动 通 信 等 领 域 ， 满 足 了 当 前由 于 无 线 电 通 信 和 卫 星 技 术 的 快 速 发 展 而 带
2、来 的 复 杂 信 号 和 瞬 态 信 号 的 截获 测 量 问 题 ， 也 满 足 了 军 事 领 域 内 的 信 息 战 和 电 子 对 抗 方 面 的 需 要 。 本 系 列 文 章 从 信 号 的 检 测 与 判 决 技 术 、特 性 记 忆 与 搜 索 、速 度 与 分 辨率 、 综 合 能 力 、 应 用 案 例 五 个 方 面 详 细 介 绍 黑 鸟 的 核 心 技 术 。 本 文 是 这 个 系 列 的 第 一 篇 ， 介 绍 黑 鸟 的 信 号 检 测 与 判 决 技 术 。 第一篇第一篇 信号的检测与判决技术信号的检测与判决技术 一、概述一、概述 二 十 一 世 纪 无 线
3、 电 工 程 技 术 的 飞 速 发 展 ， 使 得 无 线 电 信 号 在 信 号 类型 、存 在 方 式 上 日 趋 复 杂 。在 军 事 领 域 ，捷 变 频 雷 达 、复 杂 调 制 雷 达 和 跳频 通 信 技 术 已 经 广 泛 应 用 于 各 个 军 兵 种 ； 在 民 用 通 信 领 域 ， GSM 、Bluetooth、RFID 以 及 TD-SCDMA 等 瞬 态（ 时 分 ）信 号 深 入 到 大 众 生 活 和工 作 的 各 个 角 落 ；在 频 谱 监 测 领 域 ，无 线 信 号 的 种 类 呈 爆 炸 式 的 增 长 ，频谱 变 得 越 来 越 拥 挤 ，拥 挤
4、的 频 谱 当 中 隐 藏 着 大 量 的 干 扰 信 号 ，影 响 着 各 种无 线 电 系 统 的 正 常 工 作 ；网 络 化 的 移 动 通 信 技 术 更 让 无 线 信 号 监 测 困 难 重重 ； 军 工 和 民 用 电 子 产 品 的 大 量 生 产 与 使 用 ， 造 成 电 磁 兼 容 问 题 非 常 多 ，使 得 系 统 间 相 互 避 免 干 扰 以 及 抗 干 扰 的 压 力 越 来 越 大 。 电 路 和 系 统 间 的 无 用 信 号 与 噪 声 已 经 让 研 发 工 程 师 、测 试 工 程 师 和 系统 工 程 师 感 到 头 疼 ，复 杂 的 有 用 信
5、号 构 成 的 瞬 态 形 式 与 干 扰 更 是 长 期 困 扰无 线 工 程 师 的 问 题 。 在 现 代 无 线 电 工 程 的 信 号 侦 测 中 ， 无 论 是 对 稳 态 信 号 、瞬 态 信 号 还 是有 用 信 号 或 干 扰 信 号 的 检 测 ， 出 现 以 下 困 难 ： 1、 信 号 类 型 复 杂 ，表 现 为 复 杂 的 调 制 方 式 ，如 数 字 调 制 、跳 频 技 术和 分 址 技 术 等 ， 造 成 信 号 的 频 谱 复 杂 。 2、 被 测 的 信 号 频 率 未 知 、功 率 未 知 、出 现 的 时 间 未 知 、持 续 的 时 间未 知 。 3
6、、 频 谱 拥 挤 ，宽 带 、窄 带 信 号 同 时 存 在 ，几 百 个 信 号 中 只 有 几 个 信号 是 关 注 的 。 4、 干 扰 类 型 复 杂 。一 类 干 扰 是 有 用 信 号 引 起 的 ，如 谐 波 干 扰 、交 调干 扰 、 互 调 干 扰 、 邻 信 道 干 扰 、 邻 系 统 干 扰 以 及 不 规 范 操 作 误 发干 扰 等 ； 另 外 一 类 是 由 于 电 路 的 缺 陷 、 设 计 原 理 的 不 完 善 以 及 不可 控 制 因 素 或 自 然 界 产 生 的 ， 比 如 毛 刺 、 振 铃 、 电 网 中 的 冲 击 、浪 涌 、 火 花 放 电
7、、 爆 炸 、 闪 电 、 核 磁 脉 冲 、 宇 宙 射 电 等 。 因 此 高 概 率 搜 索 截 获 技 术 以 及 强 大 的 判 决 识 别 技 术 是 现 代 信 号 侦 测的 关 键 技 术 。 二 、 黑 鸟 的 信 号 检 测 与 判 决 技 术二 、 黑 鸟 的 信 号 检 测 与 判 决 技 术 安 捷 伦 公 司 设 计 生 产 的 N6820E（ 黑 鸟 ）信 号 侦 察 与 监 测 系 统 提 供 了 多种 信 号 的 截 获 判 决 工 具 ， 包 括 能 量 判 决 和 信 号 判 决 。 先 通 过 能 量 判 决 在 功率 谱 上 搜 索 到 满 足 条 件
8、 的 能 量 ， 再 通 过 信 号 判 决 确 定 是 否 为 信 号 。 这 些 工具 既 可 独 立 使 用 ， 也 可 以 综 合 配 置 使 用 ， 特 别 是 对 瞬 态 有 用 信 号 和 瞬 态 干扰 信 号 的 截 获 与 测 量 。 1、 电 平 判 决 （ 能 量 判 决 ）电 平 判 决 （ 能 量 判 决 ） 这 是 信 号 侦 测 判 决 技 术 中 最 简 单 的 一 种 方 法 。 这 种 方 法 是 在 频 域 上 设置 一 个 功 率 门 限 ， 搜 索 全 频 段 信 号 ， 超 过 门 限 的 信 号 作 为 截 获 的 结 果 。 如下 图 所 示 ，
9、 黄 色 直 线 为 判 决 电 平 ， 蓝 色 迹 线 为 频 谱 测 量 结 果 。 电 平 判 决 的 方 法 简 单 ， 容 易 实 现 ， 但 是 如 何 选 取 电 平 门 限 是 困扰 测 试工程师的问题。从上图中还可以看出低于门限的频谱中有很多 信 号，如果按照电平判决，则很多信号没有被检测到。 另 外 ， 对 于 频 谱 测 量 来 说 ， 一 个 具 有 一 定 带 宽 的 信 号 超 过 单 一门 限 的功率点会非常多，造成一个信号判决成多个信号。 对 于 信 道 测 量 来 说 ， 由 于 接 收 带 宽 固 定 ， 造 成 测 试 分 辨 率 受 限制 和 本底噪声高
10、的问题。 2、 电 磁 谱 背 景 判 决 （ 能 量 判 决 ）电 磁 谱 背 景 判 决 （ 能 量 判 决 ） 这 是 信 号 侦 测 判 决 技 术 中 最 常 用 的 一 种 方 法 。 这 种 方 法 是 将 测 量 的 电磁 谱 环 境 作 为 判 决 条 件 ， 可 以 用 当 前 的 电 磁 环 境 数 据 ， 也 可 以 用 积 累 一 段时 间 后 的 电 磁 环 境 作 为 判 决 条 件 ， 然 后 将 测 量 的 频 谱 数 据 与 电 磁 环 境 数 据作 比 较 ， 发 现 电 磁 环 境 之 外 的 信 号 或 干 扰 。 下 图 是 黑 鸟 系 统 采 用
11、电 磁 谱 背 景 判 决 对 20MHz1GHz 频 率 范 围 内 的判 决 的 结 果 ，黄 色 曲 线 为 电 磁 环 境 背 景（ 判 决 条 件 ） ，蓝 色 的 曲 线 为 测 量 的频 谱 数 据 ， 比 较 之 后 的 结 果 记 录 在 能 量 历 史 数 据 库 中 。 电 磁 谱 背 景 判 决 主 要 用 于 搜 索 新 的 信 号 或 干 扰 信 号 ， 不 能 对 已 知 信 号进 行 搜 索 判 决 获 得 相 关 信 息 。 另 外 被 测 电 磁 谱 是 变 化 的 ， 特 别 是 在 出 现 新能 量 或 信 号 时 噪 声 基 底 会 发 生 变 化 ，
12、 导 致 判 决 条 件 失 效 ； 如 果 在 记 录 电 磁谱 背 景 数 据 时 就 已 经 存 在 新 的 信 号 或 干 扰 信 号 ，则 同 样 导 致 判 决 条 件 失 效 。 3、 噪 声 自 适 应 判 决 （ 能 量 判 决 ）噪 声 自 适 应 判 决 （ 能 量 判 决 ） 这 是 信 号 侦 测 判 决 技 术 中 最 理 想 的 也 是 最 难 实 现 的 一 种 方 法 。 这 种 方法 是 实 时 地 估 计 电 磁 谱 的 噪 声 基 底 ，产 生 一 个 可 以 随 时 间 变 化 的 噪 声 基 底 ，将 这 个 随 时 间 变 化 的 噪 声 基 底
13、计 算 出 一 个 门 限 电 平 作 为 判 决 条 件 ， 超 过 门限 电 平 的 测 量 结 果 都 作 为 截 获 的 能 量 记 录 在 能 量 历 史 数 据 库 中 。 实 际 使 用 时 超 过 噪 声 基 底 的 结 果 是 一 些 功 率 点 ， 因 此 这 种 方 法需 要 和其他信号判决方法综合使用，才能完成对信号最终的截获。 4、 用 户 自 定 义 判 决 （ 能 量 判 决 ）用 户 自 定 义 判 决 （ 能 量 判 决 ） 提 供 一 个 用 户 定 义 判 决 条 件 的 方 法 ， 用 户 可 以 根 绝 需 要 定 义 或 生 成 自己 的 频 谱 模
14、 板 、算 法 等 作 为 判 决 条 件 。如 下 图 所 示 ，桔 黄 色 的 曲 线 是 用 户定 义 的 频 谱 模 板 ， 蓝 色 曲 线 是 频 谱 测 量 结 果 。 5、 频 谱 相 关 判 决 （ 信 号 判 决 ）频 谱 相 关 判 决 （ 信 号 判 决 ） 频 谱 相 关 判 决 是 通 过 互 相 关 的 算 法 来 检 测 信 号 的 。先 生 成 一 个 目 标 信号 的 频 谱 ， 可 以 是 已 有 的 信 号 频 谱 ， 或 是 用 户 定 义 的 信 号 频 谱 ， 然 后 把每 次 扫 描 截 获 的 能 量 数 据 与 目 标 信 号 进 行 互 相
15、关 运 算 ， 根 据 频 谱 形 状 的相 关 性 进 行 判 决 。 这 种 方 法 解 决 了 功 率 判 决 门 限 选 取 困 难 的 问 题 ，适 用 于 在 复 杂 拥 挤 的频 谱 中 对 特 定 信 号 的 截 获 ， 。 6、 调 制 识 别 判 决 （ 信 号 判 决 ）调 制 识 别 判 决 （ 信 号 判 决 ） 先 定 义 好 要 捕 获 的 信 号 的 条 件 ，如 调 制 类 型 、符 号 率 、带 宽 以 及 频 率间 隔 ， 然 后 对 截 获 的 能 量 进 行 调 制 识 别 ， 识 别 出 信 号 的 调 制 类 型 、 符 号率 、 带 宽 以 及
16、频 率 间 隔 ， 再 与 事 先 定 义 的 参 数 进 行 比 较 ， 判 决 是 否 为 要捕 获 的 信 号 。 这 种 判 决 方 法 和 能 量 判 决 方 法 配 合 使 用 ，可 以 对 指 定 信 号 进 行 捕 获 ，也 可 以 捕 获 到 调 制 类 型 变 化 的 信 号 。 黑 鸟 系 统 能 够 识 别 下 列 调 制 类 型 的 信 号 ， 并 可 以 单 独 指 定 对 这 些 信号 的 截 获 ， 也 可 以 同 时 截 获 28 类 信 号 。 7、 频 谱 模 板 判 决 （ 信 号 判 决 ）频 谱 模 板 判 决 （ 信 号 判 决 ） 可 以 同 时 定 义 上 限 模 板 和 下 限 模 板 。 信 号 功 率 超 过 模 板 进 行 触 发判 决 ， 或 信 号 功 率 低 于 模 板 进 行 触 发 判 决 ， 或 信 号 功 率 在 模 板 范 围 内 进行 触 发 判 决 。 8、
