一种多级数字信道化子信道输出判决方法与流程

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种多级数字信道化子信道输出判决方法。

背景技术：

随着电子技术的迅猛发展，雷达技术的一个重要发展趋势是采用宽带或超宽带发射信号，这使得传统常规模拟电子侦察接收机由于受到模拟器件的限制而不能满足实际的应用要求。数字信道化侦察接收机因其瞬时频带宽、灵敏度高，动态范围大且能处理多路同时到达信号的能力，在现代电子战中得到广泛应用，成为了最具有发展潜力的侦察接收机之一。数字信道化接收机对接收到的信号进行频域信道划分，能同时处理多路时域重叠信号，具有很高的频率分辨率，且能针对目标子信道上的信号进行详细精准的信号分析。随着数字信道化侦察接收机的广泛应用和研究的不断深入，为了获得更高的频率分辨率，人们通常采用多级数字信道化对目标信号进行处理，因此多级数字信道化子信道输出的判决方法，成为了数字信道化接收机设计的重要环节，它直接关系到我们感兴趣的目标信号能否被正确截获。

目前，多级数字信道化子信道输出的判决方法是一种基于能量积累和比较选大的传统方法。首先，分别对第一级数字信道化待判决子信道输出的数据进行n点能量积累，然后将积累的能量值与判决门限值进行比较，能量积累值超过判决门限值的子信道被视为有信号输出，能量积累值不超过门限值的子信道被视为无信号输出，将有信号输出的子信道的输出数据输入到第二级数字信道化；当相邻的两个第一级数字信道化子信道均有信号输出时，通过相邻两个子信道的积累能量比较，认为能量积累值较大的子信道为第一级数字信道化真实信号存在的子信道，将真实子信道的输出数据输入到第二级数字信道化。再用同样的方式分别对第二级数字信道化的子信道进行输出判决。

传统多级数字信道化子信道输出判决步骤如下所示：

(一)计算第一级数字信道化待判决子信道输出数据的能量：

假设第一级数字信道化子信道输出的数据为：

ykr(n),yki(n),n＝0,1,2,...,d-1；k＝0,1,2,...,k-1

其中，k为子信道标号，k为第一级数字信道化所划分的子信道总数，抽取倍数d为第一级数字信道化各子信道输出的数据点数。ykr(n)为第一级数字信道化第k个子信道输出数据的实部，yki(n)为第一级数字信道化第k个子信道输出数据的虚部，由于数字信道化接收机的瞬时监视带宽b为采样率fs的一半，即正好对应第一级数字信道化的前个子信道，也就是说目标信号只可能存在于第一级数字信道化的前个子信道中，所以只需要对第一级数字信道化的前个子信道进行判决即可。假设k1为待判决第一级数字信道化的子信道标号，则

令为第一级数字信道化第k1个待判决子信道输出数据的能量：

其中，为第一级数字信道化待判决第k1个子信道输出数据的实部，为第一级数字信道化待判决第k1个子信道输出数据的虚部。

(二)对第一级数字信道化待判决子信道的输出数据进行n点能量积累：

其中，为第一级数字信道化第k1个子信道输出数据的n点能量积累值。

(三)利用判决门限值对第一级数字信道化待判决子信道进行输出判决：

假设判决门限值为hold，如果则将标号为k1的第一级数字信道化子信道判决为有信号输出子信道，如果则将标号为k1的第一级数字信道化子信道判决为无信号输出子信道。

将第一级数字信道化有信号输出的子信道输出数据输入到第二级数字信道化：

将判决为有信号输出的第一级数字信道化子信道的输出数据输入到第二级数字信道化，如果第一级数字信道化相邻子信道kx和kx+1均判决为有信号输出子信道，则对它们的能量积累值和进行比较，认为能量积累值较大的子信道为真实信号存在的子信道，并将真实信号存在的子信道的输出数据输入到第二级数字信道化。

用同样的判决方法分别对第二级数字信道化的子信道进行输出判决：

用同样的判决方法分别对第二级数字信道化的子信道进行输出判决，得到目标信号位于第二级数字信道化中的子信道标号。

传统多级数字信道化子信道输出判决方法的流程，如图1所示。

这种传统的多级数字信道化子信道输出判决方法的优点是，逻辑和结构非常简单，便于实现。但是缺点是，在目标信号的频率值靠近第一级数字信道化子信道交界处时，相邻子信道输出的能量积累值会很相近，虚假子信道的能量积累值有时甚至会超过真实子信道的能量积累值，单纯的依靠比较能量积累值大小的方法往往会造成第一级数字信道化子信道输出判决的不准确，进而造成第一级数字信道化错误子信道的输出数据输入到第二级数字信道化，导致第二级数字信道化的子信道输出判决错误。当目标信号的频率值很靠近第一级数字信道化子信道交界处时，这种传统的多级数字信道化子信道输出判决方法就会产生很大的误差，因此传统的多级数字信道化子信道输出判决方法不具有很好的稳定性和实际应用性。

目标信号的频率值靠近第一级数字信道化子信道交界处示意图，如图2所示，其中第一级数字信道化子信道采用偶排列和50％交叠方式，fs为采样率，k为第一级数字信道化所划分的子信道总数。

技术实现要素：

本发明针对现有技术问题，提出一种在目标信号频率值靠近第一级数字信道化子信道交界处时，依然可以高准确性的对多级数字信道化的子信道输出进行判决的方法，并且非常适合在软件和硬件平台中实现。本发明方法当目标信号的频率值靠近第一级数字信道化子信道交界处时，依然可以保证多级数字信道化子信道输出判决的准确性，实现流程包括以下步骤：

s1、设第一级数字信道化子信道输出的数据为：ykr(n),yki(n)，设k1为待判决第一级数字信道化的子信道标号，其中，n＝0,1,2,...,d-1，ykr(n)为第一级数字信道化第k个子信道输出数据的实部，yki(n)为第一级数字信道化第k个子信道输出数据的虚部，k为第一级数字信道化子信道标号，k为第一级数字信道化所划分的子信道总数，k＝0,1,2,...,k-1，d为第一级数字信道化各子信道输出的数据点数，抽取倍数由于数字信道化接收机的瞬时监视带宽b为采样率fs的一半，即正好对应第一级数字信道化输出的前个子信道，也就是说目标信号只可能存在于第一级数字信道化的前个子信道中，所以我们只需要对第一级数字信道化的前个子信道进行判决即可；

s2、对第一级数字信道化待判决子信道的输出数据进行n点能量积累，具体为：

s21、计算第一级数字信道化待判决子信道输出数据的能量其中，为第一级数字信道化第k1个待判决子信道输出数据的能量，为第一级数字信道化第k1个待判决子信道输出数据的实部，为第一级数字信道化第k1个待判决子信道输出数据的虚部；

s22、对第一级数字信道化待判决子信道输出数据的能量进行n点能量积累其中，为第一级数字信道化第k1个待判决子信道输出数据的n点能量积累值，

s3、利用判决门限值对第一级数字信道化待判决子信道的输出进行判决：设判决门限值为hold，如果则将第一级数字信道化标号为k1的待判决子信道判决为有信号输出子信道，如果则将第一级数字信道化标号为k1的待判决子信道判决为无信号输出子信道，其中，所述判决们限值hold为经验值；

s4、将有信号输出的第一级数字信道化子信道的输出数据输入到第二级数字信道化，如果第一级数字信道化相邻待判决子信道kx和kx+1均判决为有信号输出子信道，则将标号为kx和kx+1的子信道对应的输出数据分别输入到第二级数字信道化；

s5、利用判决门限值对第二级数字信道化待判决子信道的输出进行判决：设判决门限值为hold，如果则将第二级数字信道化标号为k1的待判决子信道判决为有信号输出子信道，如果则将第二级数字信道化标号为k1的待判决子信道判决为无信号输出子信道；

s6、结合第一级和第二级数字信道化子信道的输出判决结果得到目标信号位于第一级和第二级数字信道化的真实子信道标号：

设第二级数字信道化所划分的子信道数为k1，如果第一级数字信道化标号为kx的子信道的输出数据，在第二级数字信道化过渡带所对应的子信道，即标号为的子信道中判决出有信号输出，则说明第一级数字信道化标号为kx的子信道为虚假子信道，在第二级数字信道化中所判决出的子信道标号为目标信号在第二级数字信道化中的虚假子信道；

若在第二级数字信道化通带所对应的子信道，即标号为和的子信道中判决出有信号输出，则说明第一级数字信道化标号为kx的子信道为真实子信道，在第二级数字信道化中所判决出的子信道标号为目标信号在第二级数字信道化中的真实子信道；

设第二级数字信道化所划分的子信道数为k1，如果第一级数字信道化标号为kx+1的子信道的输出数据，在第二级数字信道化过渡带所对应的子信道，即标号为的子信道中判决出有信号输出，则说明第一级数字信道化标号为kx+1的子信道为虚假子信道，在第二级数字信道化中所判决出的子信道标号为目标信号在第二级数字信道化中的虚假子信道；

若在第二级数字信道化通带所对应的子信道，即标号为和的子信道中判决出有信号输出，则说明第一级数字信道化标号为kx+1的子信道为真实子信道，在第二级数字信道化中所判决出的子信道标号为目标信号在第二级数字信道化中的真实子信道。

本发明的有益效果是：

本发明方法在目标信号的频率值很靠近第一级数字信道化子信道的交界处时，依然可以保证多级数字信道化子信道输出判决的高准确性，在实际应用中具有很好的稳定性，很适合在软件平台和fpga、dsp等硬件平台中应用，实现多级数字信道化子信道的输出判决。

附图说明

图1为传统多级数字信道化子信道输出判决流程图。

图2为目标信号频率值靠近第一级数字信道化子信道交界处示意图。

图3为本发明方法流程图。

图4为实施例1中第一级数字信道化结构图。

图5为实施例1中第二级数字信道化结构图。

图6为实施例1中第一级数字信道化真实子信道的频谱搬移和第二级数字信道化子信道对应示意图。

图7为实施例1中第一级数字信道化虚假子信道的频谱搬移和第二级数字信道化子信道对应示意图。

图8为实施例2中本发明和传统方法在目标信号不同频率时的检测成功概率图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

实施例1、

如图3所示：

考虑1个频率为f＝9mhz的单频信号作为目标信号，假定采样率fs＝500mhz，采样周期ts＝2ns，采样点数为u＝16384，信号噪声为高斯白噪声，信噪比snr＝15db。

第一级数字信道化采用子信道偶排列和50％交叠方式划分为32个子信道，即k＝32，抽取倍数第一级数字信道化各子信道的输出数据点数第二级数字信道化采用子信道偶排列和50％交叠方式划分为16个子信道，即k1＝16，抽取倍数为

第一级数字信道化结构如图4所示，其中，x(n),n＝0,1,2,...,16383为第一级数字信道化的输入数据，h(n),n＝0,1,2,...,255为256阶低通原型滤波器系数，ykr(n)为第一级数字信道化标号为k的子信道输出数据的实部，yki(n)为第一级数字信道化标号为k的子信道输出数据的虚部，k＝0,1,2,...,31；n＝0,1,2,...,1023，z^-16表示延时16个数据单元，32↓表示抽取32倍。

第二级数字信道化结构如图5所示，其中，为第二级数字信道化输入数据的实部，为第二级数字信道化输入数据的虚部，为第二级数字信道化标号为k2的子信道输出数据的实部，为第二级数字信道化标号为k2的子信道输出数据的虚部，其中：其中，h1(n),n＝0,1,2,...,127为128阶低通原型滤波器系数，z^-8表示延时8个数据单元，16↓表示抽取16倍。

由于目标信号的频率值真实处于第一级数字信道化子信道1的通带内，若第一级数字信道化子信道1的输出数据输入到第二级数字信道化，则由第一级数字信道化子信道和第二级数字信道化子信道的对应关系可知，这个真实信号会出现在第二级数字信道化对应的通带子信道(即标号为0,1,2,3和12,13,14,15的子信道)中，在本实施例中真实信号会出现在第二级数字信道化的标号为13的子信道中。

本实施例中第一级数字信道化真实子信道，即子信道1的频谱搬移和第二级数字信道化的子信道对应方式，如图6所示。

由于目标信号的频率值同时也处于第一级数字信道化子信道0的过渡带内，所以第一级数字信道化的子信道0会输出一个虚假信号，若第一级数字信道化子信道0的输出数据输入到第二级数字信道化，则由第一级数字信道化子信道和第二级数字信道化子信道的对应关系可知，这个虚假信号会出现在第二级数字信道化对应的过渡带子信道(即标号为4,5,6,7和8,9,10,11的子信道)中，在本实施例中虚假信号会出现在第二级数字信道化的标号为5的子信道中。

本实施例中第一级数字信道化虚假子信道，即子信道0的频谱搬移和第二级数字信道化的子信道对应方式，如图7所示。

若最终的判决结果为：第一级数字信道化真实子信道为标号1的子信道，第二级数字信道化有信号输出的子信道为标号13的子信道，则判决成功，否则判决失败。

独立重复试验100次，计算本发明的判决成功概率其中ts为试验成功次数，t为独立重复试验总次数。

实施例1中本发明的子信道输出判决性能用试验成功概率pd来衡量。

实施例1中本发明的实现方法包括以下步骤：

(一)产生输入信号模型：由下式产生输入信号x(n)＝[x(0)x(1)…x(u-1)]，其中，n(n)为高斯白噪声。

(二)对第一级数字信道化待判决子信道的输出数据进行n＝8点能量积累：

假设第一级数字信道化子信道的输出数据为：ykr(n),yki(n),n＝0,1,2,...,1023；k＝0,1,2,...,31，其中，k为第一级数字信道化子信道标号，ykr(n)为第一级数字信道化第k个子信道输出数据的实部，yki(n)为第一级数字信道化第k个子信道输出数据的虚部。

由于数字信道化接收机的瞬时监视带宽b为采样率fs＝500mhz的一半，即b∈[0,250mhz]，正好对应第一级数字信道化的前个子信道，也就是说目标信号只可能存在于第一级数字信道化的前16个子信道中，所以我们只需要对第一级数字信道化的前16个子信道进行输出判决即可。假设k1为第一级数字信道化待判决的子信道标号，则

令为第一级数字信道化第k1个待判决子信道输出数据的能量：

其中，为第一级数字信道化待判决第k1个子信道输出数据的实部，为第一级数字信道化待判决第k1个子信道输出数据的虚部。

对第一级数字信道化待判决子信道的输出数据进行n＝8点能量积累：

其中，为第一级数字信道化第k1个待判决子信道输出数据的8点能量积累值。

(三)利用判决门限值对第一级数字信道化待判决子信道的输出进行判决：

假设判决门限值为hold，如果则将第一级数字信道化标号为k1的待判决子信道判决为有信号输出子信道，如果则将第一级数字信道化标号为k1的待判决子信道判决为无信号输出子信道。

将第一级数字信道化有信号输出的子信道数据分别输入到第二级数字信道化：

将第一级数字信道化有信号输出的子信道数据分别输入到第二级数字信道化。本实施例中，第一级数字信道化相邻子信道0和子信道1均判决为有信号输出子信道，则将标号为0和1的子信道对应的输出数据分别输入到第二级数字信道化。

用同样的方法分别对第二级数字信道化的子信道进行输出判决：

用同样的方法分别对第二级数字信道化子信道的输出进行判决，得到第二级数字信道化子信道的输出判决结果。

(六)结合第一级和第二级数字信道化的子信道输出判决结果得到目标信号位于第一级和第二级数字信道化的真实子信道标号。

(七)重复试验100次，记录下试验成功次数ts，并计算检测成功概率

仿真结果为：pd＝100％，即本发明在目标信号的频率值很靠近第一级数字信道化子信道交界处时，判决性能良好。

实施例2、

本发明和传统方法在目标信号不同频率情况下的判决性能仿真。

在实施例2中，令目标信号的频率取值分别为：f＝[1mhz,2mhz,3mhz,...,15mhz]，其余仿真条件均与实施例1相同，重新执行实施例1的步骤，并分别记录下本发明方法在每个目标信号频率下的判决成功概率。在相同的仿真条件下，执行传统方法的判决步骤，同样记录下传统方法在每个目标信号频率下的判决成功概率。

在不同目标信号频率的情况下，本发明和传统方法的判决成功概率如图8所示。

从图8中，我们可以看到，本发明在所有目标信号频率下，判决成功概率均为100％，而传统方法在目标信号逐渐靠近第一级数字信道化两个子信道交界处(即7.8mhz)的过程中判决成功概率会逐渐降低，所以本发明所提出的多级数字信道化子信道输出判决方法是一种高效的多级数字信道化子信道输出判决方法，在目标信号的频率值很靠近第一级数字信道化子信道的交界处时，依然可以保证多级数字信道化子信道输出判决的高准确性，在实际应用中具有很好的稳定性，很适合在软件平台和fpga、dsp等硬件平台中应用，实现多级数字信道化子信道的输出判决。