一种基于无盲区数字信道化的宽带实时谱分析系统及方法

一种基于无盲区数字信道化的宽带实时谱分析系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于无盲区数字信道化的宽带实时谱分析系统及方法，一种基于 无盲区数字信道化的宽带实时谱处理系统及方法，可W缓解高速AD数字信号处理速度的 压力，特别适用于为宽带信号的频谱态势监测，属于电子侦察领域。
【背景技术】
[0002] 电子侦察接收机是电子侦察装备体系的重要组成部分，可W截获、分析、识别战场 区域内的目标福射源，在现代电子对抗中"扮演"了一个极其重要的角色。理想的电子侦察 接收机要求能在全频带范围内能W100%的截获概率精确地检测各种信号，并能达到实时 处理，基于数字信道化技术的接收机为运种应用需求提供了解决的可能。作为数字接收机 技术核屯、的数字信道化技术，是接收机研究者广泛关注的一个热点。在目前数字接收机中， 针对宽带信号均采用高速AD器件，随后产生的高速数据流对于DSP器件的处理速度提出了 很高的要求；同时，在信号频域的精细化分析中，对频谱的频域分辨率要求很高，设采样率 为fs，单次FFT分析点数为N，则频率分辨率为fs/N，而实际中硬件支持的单次FFT处理数 据段长度（点数）十分有限，严重制约着频率分辨率的提高。另外，文献中关于数字信道化 讨论较多的是其高效实现形式，且信道化划分均采用"硬边界"，即频域边界重复为〇%，且 后续处理均在独立通道处理，难W进行全景分析，很少有设及侦收跨信道信号或多信号的 频域检测问题。

【发明内容】

[0003] 本发明的技术解决问题是：克服传统数字信道化"硬边界"划分的不足，提供了一 种重叠信道划分方法，并对输出独立信道的频域分析结果进行了适应性拼接，解决了多个 信号或跨信道信号全概率监测的问题，提高了信号分析的频率分辨率。
[0004] 本发明的技术解决方案是：一种基于无盲区的数字信道化的宽带实时谱分析系 统，包括：并行抽取模块、多相滤波模块、DFT模块、FFT模块、重叠裁剪模块、信道拼接模块； 阳〇化]并行抽取模块，根据需要的信道个数D，对输入时间序列信号X(1:1:η)，进行序列 抽样，产生D个通道并行信号，每个通道并行信号序列长度J=n/D，X(a:b:C)代表从a到 C步长为b的一个序列，括号中的第一个数a、第二个数b和最后一个数均用冒号隔开，第一 个数代表输入时间序列信号的第一个数的序号，括号中的最后一个数代表输入时间序列信 号的最后一个数的序号，括号中的第二个数代表输入时间序列信号的序号的步长，D个通道 依次传输信号Xi、X2、&、…、X。依次为：
[0006] Xi=X(1 :D: (n-D+1)),
[0007] 而二X(2:D: (n-D巧）），
[0008] X3=X(3:D: (n-D+3)),
[0009] ......，
[0010]X。二X值：D:n);
[0011] 并行抽取模块将该D个通道并行信号输出到多相滤波模块；
[0012] 多相滤波模块，根据通道个数D，生成值-kl)阶低通FIR滤波器，L为设定 的每个通道滤波器的阶次，得到滤波器系数f(1:1:D·L)，滤波器系数的长度为值·L)， f(1:1:D·L)的第一个数、第二个数和最后一个数均用冒号隔开，括号中的第一个数代表滤 波器系数的第一个数的序号，括号中的D·L代表滤波器系数的最后一个数的序号，括号中 的第二个数代表滤波器系数序号的步长，对该滤波器系数f(1:1:D·?进行序列抽样，产生 D个通道的并行滤波器系数，即多相滤波器系数，每个并行滤波器系数长度为L;
[0013] f(a:b:c)函数代表从a到C步长为b的一个序列，括号中的第一个数a、第二个数 b和最后一个数均用冒号隔开，第一个数代表滤波器系数f(l: 1:D·L)的第一个数的序号， 括号中的最后一个数代表滤波器系数·L)的最后一个数的序号，括号中的第二个 数代表滤波器系数f(l:l:D-L)的序号的步长；
[0014] D个通道的并行滤波器系数，即多相滤波器系数fi、f2、f3、…，f。依次为：
[0015] fi=f(l:D:值·L-D+1))，
[0016] f2=f(2:D:(D·L-D巧）），
[0017] f3=f3:D:值·L-D+3))，
[0018] ......，
[0019] f〇=f值：D:D.L);
[0020] 根据多相滤波器系数fi、f2、fs、…，f。，对并行抽取模块输出的并行抽取后的D 个通道并行信号进行多相滤波，即进行卷积运算"*"，得到多相滤波模块输出信号hi、h2、hj、......、h。为； 阳021] hi= X
[0022] li2=X2*f2，
[0023] h3=X3*f3，
[0024] ......， 阳0 巧]hD=XD*f〇;
[00%] 式中hi到hD分别为第一个通道到最后一个通道的并行信号多相滤波后的信号；
[0027] 多相滤波模块将该多相滤波模块输出信号hi、h2、hs、……、h。送至DFT模块；
[0028]DFT模块，设每个多相滤波模块输出信号中包含的元素数为J，即hi包含：元素 ]11(1)、111似、111(3)、，"、111〇)，112包含：元素112(1)、112似、112(3)、，"、112〇)出3包含：元素 hs(1)、hs似、hs(3)、...，113 0) ; ...,1?包含：元素hD(l)、hD(2)、hD(3)、(J); W29]DFT模块，将每个多相滤波模块输出信号的第1个元素顺序拼接排列得到 比1 (1)，h2 (1)，h3 (1)，……，h。(1)]，将每个多相滤波模块输出信号的第2个元素顺序拼接排 列得到比1似，h2似，h3似，……，h。似]，将每个多相滤波模块输出信号的第3个元素顺序 拼接排列得到比1(3)，h2(3)，h3 (3)，……，h。(3)]，…，将每个多相滤波模块输出信号的第J 个元素顺序拼接排列得到比1 (J)，h2 (J)，h3 (J)，……，h。(J)];然后经过DFT变换后得到J个 通道的离散傅里叶变化后的信号gng2、拓……gj，每个通道的离散傅里叶变化后的信号的 序列长度为D，每个离散傅里叶变化后的信号gi、g2、g3……gj依次如下：
[0030]gi=DFT比 1(1),1?(1)山（1)，……Α(1)]， 阳的1 ]邑2=DFT比1似，hz似，h]似，……，hn似]， 柳巧g3=DFT比 1 (3)，h2 (3)，hs(3)，……，h。(3)]，
[0033] ......， W34] & =DFT比1a)，hza)，hsa)，……，h。(j)];
[0035] 设每个离散傅里叶变化后的信号中包含的元素数为D，每个元素的长度为：每个 离散傅里叶变化后的信号的长度除WD，即gi包含：元素g1(1)、gi(2)、gi(3)、…、gi值）；邑2 包含：元素g2(l)、g2似、g2(3)、…、g2值）；g3包含：元素g3(l)、拓似、g3(3)、…、g3值）；gJ 包含邑1(1)、邑1(2)、邑^3)、...、邑^0);
[0036]将每个离散傅里叶变化后的信号的第1个元素顺序拼接排列得到信号yi，即 [邑1(1)，拓(1)，拓(1)，……，gj(1)];将每个离散傅里叶变化后的信号的第2个元素顺序拼 接排列得到信号72,即虹似，邑2似，邑3似，……，gj(2)];将每个离散傅里叶变化后的信号 的第3个元素顺序拼接排列得到信号73,即[gi(3)，g2(3)，g3(3)，……，gj(3)];将每个离散 傅里叶变化后的信号的第D个元素顺序拼接排列得到信号y。，即[gi值)，拓值)，拓值)，…… ，邑1值）];则71、72、73、...、7〇如下：
[0037] γι= [g 1(1)，g2(l), g3(l),......，g;(l)]，
[0038] y2= [g1 似，邑2(2)，邑3似，......，gj似]，
[00例 y3= [g1做，拓做，拓做，......，gj做]，
[0040] ......，
[0041 ] y〇= [g1 做，拓做，拓做，......，gj做]; 阳042]DFT模块将yi、y2、y3、...'yD送至FFT模块；
[00创 FFT模块，对yi、72、73、…、y。分别进行FFT频域变化后，得到多通道的频域信息 Yi、Y2、Y3、…、Y。，即Υι=FFT(y1)，Υ2=FFT(y2)，Υ3=FFT(y3)，……，Υ0=FFT(y。），式中FFT表示FFT变换，将Yi、Υζ、Ys、…、Yd送至重叠裁剪模块；
[0044] 重叠裁剪模块，将多通道的频域信息进行裁剪，裁剪方式如下：
[0045] 对通道序号小于或等于值/2)的通道中的频域信息，裁剪为频域信息Zi、Z2、 Z3、···'Z。/如下；
[0046] Zi=Yi((J/4+l) :l:3J/4)，
[0047] Z2=Y2((J/4+1) :l:3J/4)， W48] Z3= Y3((1/4+1) :1:3J/4),
[0049] ......，
[0050] Z〇/2 =Yd/2 ((J/4+1) : 1:3J/4);
[0051] 对通道序号大于D/2的通道中的频域信息，裁剪为频域信息Zw2+u、Zw2+2>、 Z(D/2+3)、如下： 阳05引Z(D/2+i)二Y (D/2+1) (J/4:1: (3J/4-1))， 阳化引Z(D々巧=Y(D/2巧α/4:1:加/4-1))，
[0054]Z(D々巧=Υ(0/2+3) (J/4:1: (3J/4-1))， 阳化5] ......，
[0056] Zd=Yd(J/4:1: (3J/4-D)；
[0057] 重叠裁剪模块将裁减后的Zi、Z2、Z3、…、Zd送至信道拼接模块；信道拼接模块，对 重叠裁剪模块输出的多通道频域信息Zi、Z2、Z3、…、Zd中通道序号小于或等于D/2的通道 中的频域信息，保持不变，得到频域信息Pi、P2、P3、…、P〇)/? ;
[0058] Pi= Z1，
[0059] ?2= Z2,
[0060] ?3= Z3,
[0061] ......，
[00创 P (D/2尸Z (0/幻；
[0063] 对重叠裁剪模块输出的多通道频域信息中通道序号大于D/2的通道，进行反序操 作，得到频域?曰息P(D/2+l)、P(D/2+2)、P(D/2+リ、…、P(D)如下： W64]P (D/24) = WREV狂（D/24))， W65] P(d々^=WREVG(d/2"))， 阳066] PW2巧=WREV狂W2巧），
[0067] ......， W側 P(的=WREAKZw); W例式中WREV( ·)表示对（·）中的序列元素进行反序操作，Zw2+i>包含的元素Z(D/2+l)(1)、Z(D/2+:〇(2)、Z(D/2+i)(3)、…、Z(D/2+i)(J/2),反序调整为P(D/2+。的兀素Z (D/2+1)(J/。、 Z(D/2+l) 、Z(D/2+i) (j/2-2)、…、Z(D/2+i)(1);Z(d/2+2)包含的兀素Z (d/2+2)(1)、Z(D々巧（2)、 Z(D々^(3)、…、Z(d/2+2)(J/2)，反序调整为P(D/2+2)的兀素Z (D々巧（J/2)、Z(d/2+2)(j/2-l)、Z(D々巧 (J/2_1)、…、Z(d/2+2) (1) ;Z(d/2+3)包含的兀素Z(d/2+3) (1)、Z(d/2+；5) (2)、Z(d/2+3) (3)、…、Z(d/2+3) (j/2), 反序调整为P(D/2+；5)的兀素Z(D仲3) (J/2)、Z(d/2+3) (j/2-1)、Z(D仲3) (j/2-1)、···、Z(D々巧（1);Z抑 包含的元素Zw(1)、Zw似、Zw(3)、…、Zw(J/2)，反序调整为Pw的元素zw(J/2)、ZfD：) (J/2-1)、z(d)(J/2-2)、…、Z(D)(1);即将Z(d/24)、Z(d/2巧)、Z(D/2巧)、--,2(的中的元素由从小到 大排列变为从大到小排列后，得到P(；D/2+l；)、P(；D/2+2；)、Ρφ/2+3；)、…、;
[0070] 对反序调整后的各通道序列Pi、？2、Ρ3、…、Pd，根据序号大小进行重排拼接，即： 通道序号小于或等于值/2)的通道，进行通道逆序，得到序列M= [Pw2>，P0)/2U，Pa)/2 2>，… …，Pw]，通道序号大于值/2)的通道，通道序号保持不变，得到序列N= [Pw2W，P0)/2+2：)，P (D/2.3),……，Ρ00]，对N、Μ序列进行交叉排列，得到无盲区数字信道化输出的宽带实时谱Q :
[0071]Q- [Ρφ/2+l), P(D/2), P(D/2+2), P(D々1), P(D/2+3), P(D々幻，......，Ρφ), P(l)]。
[0072] 系统还包括频域分析模块，频域分析模块根据信号分析的需求，对信号频域做检 测与提取，得到需要的信息。
[0073] 一种基于无盲区的数字信道化的宽带实时谱分析方法，包括步骤如下：
[0074] 步骤1 :根据设定的信道个数D，对输入时间序列信号X(1:1:η)，进行序列抽样，产 生D个通道并行信号，每个通道并行信号序列长度J=n/D，X(1:1:η)的括号中的第一个 数、第二个数和最后一个数均用分号隔开，第一个数代表输入时间序列信号的第一个数的 序号，括号中的最后一个数代表输入时间序列信号的最后一个数的序号，括号中的第二个 数代表输入时间序列信号的序号的步长，D个通道并行信号XI、而、&、…、Xd依次为：
[00巧]Xi=X(1 :D: (n-D+1))，
[0