解调方法、装置、频谱检测仪及计算机可读取存储介质与流程

本发明属于信号处理技术领域，具体涉及解调方法、装置、频谱检测仪及计算机可读取存储介质。

背景技术：

调制(modulation)就是对信息的信号源进行处理加到载波上，使其变为适合于信道传输的形式的过程，就是使载波随信号源而改变的技术。一般来说，信号源的信息(也称为信源)含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号。调制是通过改变高频载波即消息的载体信号的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。而解调则是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者(也称为信宿)处理和理解的过程。

目前的调制与解调大多是基于发送方和接收方之间的约定而进行调制与解调的，换句话说，双方事先预定了调制的类别，相应地也知道解调的方式，发送方在发送信号时按照预先的约定对信号进行调制，接收方接收到该信号后，便基于已知的解调方式对该信号进行解调。

技术实现要素：

鉴于此，本发明的目的在于提供一种解调方法、装置、频谱检测仪及计算机可读取存储介质，以有效地改善当前复杂电磁环境下，对无线电的监听/监测技术不足的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种解调方法，包括：接收无线电信号；基于预设方法判断所述无线电信号所采用的调制方式能否被识别；在为是时，判断能否找到与所述无线电信号所采用的调制方式相对应的解调方式；在为是时，基于该解调方式对所述无线电信号进行解调，反之，生成错误报告。

第二方面，本发明实施例还提供了一种解调装置，包括：接收模块，用于接收无线电信号；第一判断模块，用于基于预设方法判断所述无线电信号所采用的调制方式能否被识别；第二判断模块，用于判断能否找到与所述无线电信号所采用的调制方式相对应的解调方式；选取模块，用于基于该解调方式对所述无线电信号进行解调；生成模块，用于生成错误报告。

第三方面，本发明实施例还提供了一种频谱检测仪，包括：处理器和存储器，所述处理器与所述存储器耦合；所述存储器用于存储程序；所述处理器用于调用存储在所述存储器中的程序，执行所述解调方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读取存储介质，所述计算机可读取存储介质存储有处理器可执行的程序代码于计算机内，所述计算机可读取存储介质包括多条指令，所述多条指令被配置成使所述处理器执行所述解调方法。

本发明实施例提供的解调方法、装置、频谱检测仪及计算机可读取存储介质，与现有技术相比，极大地解决了当前复杂电磁环境下，对无线电的监听/监测技术不足的问题。进一步地，在非合作通信条件下的无线电频谱监测与信息对抗中，非合作接收方无法预知所接收到的无线电信号所使用的调制方式，因此，当接收到无线电信号时，首先基于预设方法判断该信号的调制方式能否被识别，若是，判断能否找到与之相匹配的解调方式，若是，选用该解调方式去解调，以读取该信号中携带的有用信息，而不再是只对已知信号进行解调，反之，则生成错误报告，以便提醒使用者，本地存储的解调方式需要更新了，以适用各种调制方式对应下的解调需求。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1示出了本发明实施例提供的一种频谱检测仪的结构框图。

图2示出了本发明第一实施例提供的一种解调方法的方法流程图。

图3示出了本发明实施例提供的图2中的步骤s102的方法流程图。

图4示出了本发明第二实施例提供的一种解调方法的方法流程图。

图5示出了本发明第三实施例提供的一种解调装置的模块示意图。

图6示出了本发明实施例提供的图5中的第二判断模块的模块示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，图1示出了本发明实施例提供的一种频谱检测仪100的结构框图。所述频谱检测仪100包括：解调装置110、存储器120、存储控制器130和处理器140。

所述存储器120、存储控制器130、处理器140各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述解调装置110包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器120中或固化在所述频谱检测仪100的操作系统(operatingsystem，os)中的软件功能模块。所述处理器140用于执行存储器120中存储的可执行模块，例如所述解调装置110包括的软件功能模块或计算机程序。

其中，存储器120可以是，但不限于，随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)，只读存储器(readonlymemory，rom)，可编程只读存储器(programmableread－onlymemory，prom)，可擦除只读存储器(erasableprogrammableread－onlymemory，eprom)，电可擦除只读存储器(electricerasableprogrammableread－onlymemory，eeprom)等。其中，存储器120用于存储程序，所述处理器140在接收到执行指令后，执行所述程序，后述本发明实施例任一实施例揭示的流程定义的频谱检测仪100所执行的方法可以应用于处理器140中，或者由处理器140实现。

处理器140可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、网络处理器(networkprocessor，np)等；还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

第一实施例

请参阅图2，为本发明实施例提供的一种应用于上述频谱检测仪100的解调方法，下面将结合图2对其所包含的步骤进行说明。

步骤s101：接收无线电信号。

该频谱检测仪探测到无线电信号时，接收探测到的无线电信号。

步骤s102：基于预设方法判断所述无线电信号所采用的调制方式能否被识别。

接收到无线电信号后，要想进一步获知该信号中所包含的内容，首先需要对接收到的信号进行解调，由于接收到的无线电信号不是按照事先约定的调制方式进行调制的信号，而是未知信号。因此，需要判断该无线电信号所采用的调制方式能否被识别。进一步地，以图3所示的方法流程图对该步骤进行说明。

步骤s201：对所述无线电信号进行预处理，得到预处理信号。

由于目前的调制信号按照形式可以分为模拟调制信号和数字调制信号，若该无线电信号为数字调制信号，则可以直接对其进行采样，得到采样信号，若该无线电信号为模拟调制信号，则需要先将其进行ad转换，得到数字信号，再对其进行采样，得到采样信号。即上述的预处理根据接到的信号的不同而不同，即该预处理为ad转换和/或采样。

步骤s202：基于所述预处理信号提取表征调制方式的特征量。

对经过ad转换和/或采样的预处理信号，提取特征量，其中，该特征量可以是能够表征调制方式的任何特征量，例如：基于累积量的分类特征、基于谱线的分类特征、基于幅度包络平坦度的分类特征等。

步骤s203：基于预设方法判断所述特征量能否被识别。

获得信号的特征量后，从方法数据库中选取一方法对该特征量所对应的调制方式进行识别，若该方法不能识别出该特征量对应的调制方式，则从剩余方法中选取一方法对该特征量所对应的调制方式进行识别，直至识别出该特征量所对应的调制方式，或者将方法数据库中的方法全部选取完为止。其中，该预设方法可以是径向基函数神经网络(radialbasisfunctionneuralnetwork，rbfnn)或基于通联特征参数的信号匹配识别算法。

其中，基于通联特征参数的信号匹配识别算法是利用探测信号频率指数s、chirp信号特征指数p、频谱峰值指数t来准确、快速地识别无线电的调制方式。由于不同调制方式对应下的特征参数不同，因此利用上述三个特征参数，能够快速识别出满足参数规格的该类信号。

其中，在基于预设方法判断所述特征量能否被识别时，若能识别，则执行步骤s103，若不能识别则结束。

步骤s103：判断能否找到与所述无线电信号所采用的调制方式相对应的解调方式。

在识别出该无线电信号的调制方式属于何种调制方式时，例如，fsk、mfsk、psk、bpsk、qpsk、8psk、dbpsk、dqpsk、8dpsk、16dpsk、mpsk、bpsm、qpsm、8psm、qam16、qam32、qam64等。判断能否找到与该调制方式相对应的解调方式。若不能找到与之相对应的解调方式，则执行步骤s105；若能找到与之相对应的解调方式，则执行步骤s104。

步骤s104：基于该解调方式对所述无线电信号进行解调。

在能找到与该无线电信号所采用的调制方式相对应的解调方式时，便基于找到的解调方式对该信号进行解调，得到解调信号，以便进行后续的处理。进一步地，由于调制信号可以采用并行突发方式传输信息，所以在识别到目标信号后，需要进行突发捕获，准确定位到突发的起止位置，采用基于谱熵的突发检测算法来有效实现低信噪比条件下的突发信号定位。其中，该算法的基本原理为：设观测数x(n)含有l个样点，对其进行分段处理。设每段含有n个样点，共段，其中表示向下取整。把观测数据x(n)写成矩阵形式，即

然后对观测数据进行短时傅氏变换(short－timefouriertransform，stft)，即：

其中，k＝0,1,…,n-1表示stft的频点。w(n)是长度为n的滑动窗。h表示相邻两窗间隔的样点个数。xk(m)可以表示成如下形式：

其中，|xk(m)和分别表示幅度谱和相位谱。

从信号与噪声幅度谱的统计特性出发，首先对|xk(m)|²定义每个频率分量的归一化谱概率密度函数；

其中，pk是某频率分量k对应的概率密度。因为突发信号一般都是正弦波调制的，其在频谱上会有重复的谐波结构，而噪声则不具备这种特征，因此可以使用频谱的熵(entropy)来进行检测。与语音信号处理类似，对第m段信号定义如下形式的谱熵：

熵h(m)代表了|xk(m)|²的信息量，且熵函数具有如下性质，即当观测数据x(n)是白噪声时，x(n)各个频率分量的概率相等，其不确定性最大，此时熵为最大值；当观测数据为突发信号时，样点之间具有较大的相关性，其不确定性较小，此时熵值也较小。这说明|xk(m)|²的概率分布越模糊，熵值越大。设h是由各段观测数据的谱熵组成的行向量，即h＝[h(1),h(2),…,h(m)]，将h与预设的门限比较，如果小于该门限值则认为突发信号开始出现，直到谱熵大于该门限时认为信号结束。

其中，门限的选择将直接影响到算法的检测性能。与固定门限相比，自适应门限检测算法能够根据信号的时变特性，自适应调节门限值。判决门限γ定义为：

其中，n表示数据窗口长度，α是与虚警概率有关的比例系数，当恒定的虚警概率为pfa时，有

其中，在利用谱熵法进行突发定位后，可以进一步利用突发的同步头信息，将同步头与观测数据进行时域相关，两者相结合即可实现低信噪比下的突发信号有效定位。

其中，考虑到短波信道衰落特性对信号传输的影响(加性噪声和乘性干扰)，其中，乘性干扰包括由多径效应引起的频率选择性衰落和由径间多普勒频差效应引起的非线性时间选择性衰落。因此可以采用多策略联合抗衰落非合作方盲接收算法来获取解调时所需的信道参数。其中，该多策略联合抗衰落非合作方盲接收算法包括：基于信号包络平方谱的符号速率估计、基于非数据辅助的载波频偏最大似然估计和基于非数据辅助的载波初始相位估计。

对于非合作方盲接收条件下的低信噪比短波信号，在载波同步参数(载波频率、载波相位)估计时，可以采用非数据辅助的前向估计算法，即从接收信号的样本中基于某项准则(例如，最大似然准则)直接估计出参数。对于非合作方盲接收条件下信号捕获和识别，首先基于探测信号进行载波频偏的粗估计，实现载波的快速捕获，并且将估计误差限制在±0.5hz以内；然后进行下变频及匹配滤波处理；再针对每一路子载波进行符号速率、载波频偏、载波相位的精细估计，以得到每一路的解调信息比特流。

考虑到衰落对短波突发信号的影响是随机的，衰落可能出现在突发头部，也可能出现在突发中部或者尾部。此时，如果采用单一方式估计解调参数(例如，均利用突发头部数据进行解调参数估计)，结果很可能不准确。针对这个问题，采取从突发信号不同位置入手，分别进行解调处理，再将结果进行融合判决的多策略联合抗衰落非合作方盲接收算法，分别利用突发的头部、中部、尾部数据估计解调参数、再结合crc校验结果确定最佳的解调结果。进一步地，针对某一路子载波的某个突发信号，将该突发分成头部、中部、尾部三部分进行考虑，分别进行解调参数估计，并通过crc校验确定该数据帧是否解调正确，只要有一类处理结果crc校验ok，则认为该帧数据解调正确，否则将三类处理结果均保留，以备多重纠错译码阶段使用。使用这种策略，能够有效减小短波信道衰落特性给信号盲接收造成的影响。

1)基于信号包络平方谱的符号速率估计：

其中，考虑到通信双方的晶振会存在一定误差，所以接收到的信号符号速率将在理论值附近有所偏差。这就需要在符号定时估计之前，进行符号速率的估计，采用基于信号包络平方谱的符号速率估计算法。

对高斯白噪声w(t)中的观测数据x(t)，即：

其中，an和bn表示信息符号的实部和虚部，tb为符号周期，fc为载频。首先进行hilbert变换得到解析信号然后计算的平方包络信号z(t)，即：

经过适当推导，可以得到：

其中，并且u(t)的fourier变换可以表示为：

因此可以从z(t)的傅氏变换幅度谱中检测到符号速率所对应的离散谱线。

2)基于非数据辅助的最大似然估计：

其中，对于经过频偏粗估计、下变频、匹配滤波处理后的准基带信号，采用基于非数据辅助的最大似然估计算法进行载波频偏精细估计。

假设已经获得精确符号同步的接收数据为：

其中，ak是独立同分布的等概dqpsk数据(假设该信号为采用dqpsk调制方式的16音信号)，t为符号周期，fe是未知的载波频偏，θ0是未知的载波相位，nk是实部与虚部统计独立的复高斯白噪声，方差为σ²。经过适当推导，可知xk的对数似然函数为：

其中，n表示数据符号长度，并且有：

其中，表示对函数y(ak,…)中的ak取均值。将式(2)代入式(1)，并略去无关项，可得：

对于2π/m旋转对称星座，可以进一步简化为：

从而得到载波频偏的最大似然估计为：

则令：

对上式求导，仅对导数为0的必要条件，即虚部为0进行分析，即：

其中，自相关函数r(k)定义为：

并且有可以看出，自相关函数r(k)包含了载波频偏的全部信息，再采用经典m&m算法估计频偏，即：

其中，权重w(k)为：

3)基于非数据辅助的载波初始相位估计：

其中，如果突发时间较短，在一个突发时间内进行一次相位估计就足够了，但如果突发时间较长，再假设一个突发时间内无频偏就不太合理了，此时需要将整个突发分成若干个时段，在每一段内假定无频偏，并针对每一段数据进行相偏估计。这种处理方法会产生段与段之间的相位跳变，也就是段与段之间的相位模糊。

针对这个问题，首先要基于v&v算法得到载波相位估计值。v&v算法的实现过程可以概括为：非线性去调制变换一＞实部和虚部信号分别求和一＞计算相位。如果该段突发较短，就认为这个值即为该段突发的载波相位估计结果；如果该段突发较长，那么就要判断是否会有相位跳变，并进一步消除相位跳变。

设v&v算法输出的第i段数据的相位估计值为其取值范围在±π/m，m表示dqpsk信号的调制阶数，而实际相位是k＝0,1,…,m-1中的一个。假设一个突发内的第i-1段信号的实际相位是：

那么，第i段信号的实际相位：

一定是最接近的那个相位值，即：

采用该方法，可以有效地降低相位连续跳变的概率，提高算法的抗噪声性能。

步骤s105：生成错误报告。

当不能找到与调制方式相对应的解调方式时，则不能进行解调，此时，生成错误报告。其中该错误报告可以包含：无线接收信号的调制类型、未找到解调的原因等，此时，说明本地存储的解调方式需要更新了。

第二实施例

作为一种实施方式，请参照图4，本实施例提供了一种应用于上述频谱检测仪100的解调方法，下面将结合图4对其所包含的步骤进行说明。

步骤s301：接收无线电信号。

该步骤与步骤s101相同，具体说明请参阅步骤s101。

步骤s302：基于预设方法判断所述无线电信号所采用的调制方式能否被识别。

该步骤与步骤s102相同，具体说明请参阅步骤s102，其中，在不能识别该无线电信号所采用的调制方式时，则执行步骤s306。

步骤s303：判断能否找到与所述无线电信号所采用的调制方式相对应的解调方式。

该步骤与步骤s103相同，具体说明请参阅步骤s103。

步骤s304：基于该解调方式对所述无线电信号进行解调。

该步骤与步骤s104相同，具体说明请参阅步骤s104。

步骤s305：生成错误报告。

该步骤与步骤s105相同，具体说明请参阅步骤s105。

步骤s306：对所述无线电信号进行录音或采样保存。

当无法对所述无线电信号所采用的调制方式进行识别时，便对该无线电信号进行录音或采样保存，作为后续信号调制分析素材，以便后续研发出新的识别方式对此进行识别。

第三实施例

本发明实施例还提供了一种解调装置，如图5所示。该解调装置110包括：接收模块111、第一判断模块112、第二判断模块113、选取模块114、生成模块115和保存模块116。

所述接收模块111，用于接收无线电信号。

第一判断模块112，用于基于预设方法判断所述无线电信号所采用的调制方式能否被识别。进一步地，如图6所示，该第一判断模块112还包括：预处理子模块1121、特征提取子模块1122、判断子模块1123。

其中，预处理子模块1121，用于对所述无线电信号进行预处理，得到预处理信号。

特征提取子模块1122，用于基于所述预处理信号提取表征调制方式的特征量。

判断子模块1123，用于基于预设方法判断所述特征量能否被识别。

第二判断模块113，用于判断能否找到与所述无线电信号所采用的调制方式相对应的解调方式。

选取模块114，用于基于该解调方式对所述无线电信号进行解调。

生成模块115，用于生成错误报告。

保存模块116，用于对所述无线电信号进行录音或采样保存。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本发明实施例所提供的解调装置110，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，笔记本电脑，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read－onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。