一种基于二次差分算法的多跳频参数盲估计方法及系统与流程

本发明属于电子侦察，应用于跳频通信体制中，具体涉及一种基于二次差分算法的多跳频参数盲估计方法及系统。

背景技术：

1、在未来极其复杂的电磁作战环境中，利用抗干扰性强、低截获率、组网能力强的通信体制——跳频通信体制，进行正常军事通信，已成为必然条件。矛盾双方中的通信方，需要利用跳频技术保证最有成效的抗干扰效果，从而获得战场主动权；而对抗方则需要通过侦察获取相关情报，使得己方利益得到确保，那么对跳频通信信号进行侦察就显得尤为重要。

2、现有技术中的多跳频参数盲估计过程，主要表现为两大类处理手段。第一类基于时频分析技术，例如以短时傅里叶变换为代表的线性时频分析技术，和以魏格纳变换为代表的非线性时频分析技术；第二类基于非时频分析技术，例如原子分解、emd和vmd信号分解，再结合希尔伯特黄变换进行的参数估计，和基于信号的稀疏重构算法，如压缩感知技术；目前大多偏向于时频分析技术，因为跳频通信信号属于非平稳信号，而时频分析技术则是一种分析此类信号的有利工具。但是，在复杂电磁焊接及低信噪比下，时频图中跳频信号叠加了许多噪声和干扰，多跳频参数的盲估计精度不高，且现有的时频变换方法大都只适合单跳频信号，时频聚集性能也都较差。因此，如何设计出一种估计精度高、复杂度低的方法，来实现复杂电磁环境及低信噪比下多跳频参数盲估计过程，具有重要意义。

3、传统的基于时频分析技术的跳频参数盲估计方法，除了上述介绍的局限性情况外，具体还包括以下几方面的不足：一是在复杂电磁环境及低信噪比下，时频图中跳频信号包含很多噪声干扰，时频分布图非常模糊，难以提取信号时域特征、频域特征来进行参数盲估计，估计精度不高；二是stft、pwvd、s变换等时频变换方法，大多数只适合单跳频信号，时频聚集性能较差；三是针对多跳频问题和高时频聚焦性问题提出的组合时频估计方法，算法复杂度高，且低信噪比下参数盲估计精度也差；四是现有装备在实现多跳频信号参数提取算法时难度大，难以进行硬件移植。

技术实现思路

1、本发明的目的是全部或至少部分的解决背景技术中提及的问题，通过本发明方法中的七大步骤，实现跳频通信信号的频域增强，得出清晰的时频分布图；在处理过程中，剔除复杂电磁环境下的噪声干扰；通过二次差分算法，解决多跳频信号参数盲估计复杂度高的问题；本发明同时具有很好的泛化能力、估计精度和时效性，易于工程化移植和实现，具有极大应用前景。

2、本发明采用了以下技术方案来实现目的：

3、一种基于二次差分算法的多跳频参数盲估计方法，所述方法包括七个步骤，依次为：电磁信号侦收、时频图生成及增强、时频图去噪、时频图一次平滑、二次差分算法优化、时频图二次平滑和多跳频参数盲估计；完成上述七个步骤后，依据得出的跳频通信信号时间轴峰值曲线，实现跳频周期、跳速、频率集和跳频图案的估计过程。

4、进一步的，所述电磁信号侦收，具体过程为：使用不同平台和装备所配备的一次雷达、二次雷达和通信设施侦收不同空间域中的电磁信号，将所述电磁信号应用于后续步骤中进行处理实施；所述不同空间域包括空中、陆地和海面。

5、进一步的，所述时频图生成及增强，具体过程为：通过短时傅里叶变换，得出侦收到的电磁信号的时频图；通过频域增强过程，实现时频图的信号增强，得出清晰的时频分布图。

6、进一步的，所述时频图去噪，具体过程为：通过频域能量均值门限法，对时频图进行去噪处理，依据时频矩阵与门限判决，剔除侦收到的电磁信号中的噪声和干扰，便于后续步骤进行跳频参数估计。

7、进一步的，所述时频图一次平滑，具体过程为：通过设置特定平滑长度，将时频矩阵上的时域能量进行累加，并与平滑长度进行比较，剔除侦收到的电磁信号中的定频干扰。

8、进一步的，所述二次差分算法优化，具体过程为：通过频域二次差分的方式，沿着频率轴进行二次差分，搜索时间轴峰值形成仅有0、1值的时频峰值矩阵，优化后续多跳频参数盲估计的流程。

9、进一步的，所述时频图二次平滑，具体过程为：通过再次设置特定的平滑长度，将时频图上的时域能量累加，并与平滑长度进行二次判决，消除时频线上的奇异点和毛刺，得出时间轴上平滑的峰值曲线。

10、所述多跳频参数盲估计，具体过程为：通过得出的时间轴峰值曲线，获得跳频通信信号的起始点和结束点，实现跳频周期和跳速的估计过程；通过按列搜索时频矩阵，获取跳频通信信号的所有频点，实现频率集和跳频图案的估计过程。

11、本发明同时提供一种基于二次差分算法的多跳频参数盲估计系统，所述系统用于对跳频通信信号的盲估计过程中，所述系统采用如权利要求1至8任意一项所述的多跳频参数盲估计方法，对跳频通信信号的多跳频参数进行盲估计。

12、综上所述，由于采用了本技术方案，本发明的有益效果如下：

13、本发明通过方法过程中的七个步骤，可实现信号频域增强、得出清晰时频分布图、剔除复杂电磁环境下侦收信号中的噪声和干扰、去除侦收信号中的定频干扰、解决多跳频信号参数盲估计复杂度高问题、解决复杂电磁环境及低信噪比下时频线断点、不连续问题等有益的技术效果；应用本发明的方法，可易于跳频通信信号的时域特征和频域特征的提取过程，最终带来很好的泛化能力、估计精度和时效性，工程化移植和实现难度大大降低。

技术特征：

1.一种基于二次差分算法的多跳频参数盲估计方法，其特征在于，所述方法包括七个步骤，依次为：电磁信号侦收、时频图生成及增强、时频图去噪、时频图一次平滑、二次差分算法优化、时频图二次平滑和多跳频参数盲估计；完成上述七个步骤后，依据得出的跳频通信信号时间轴峰值曲线，实现跳频周期、跳速、频率集和跳频图案的估计过程。

2.根据权利要求1所述的一种基于二次差分算法的多跳频参数盲估计方法，其特征在于，所述电磁信号侦收，具体过程为：使用不同平台和装备所配备的一次雷达、二次雷达和通信设施侦收不同空间域中的电磁信号，将所述电磁信号应用于后续步骤中进行处理实施；所述不同空间域包括空中、陆地和海面。

3.根据权利要求2所述的一种基于二次差分算法的多跳频参数盲估计方法，其特征在于，所述时频图生成及增强，具体过程为：通过短时傅里叶变换，得出侦收到的电磁信号的时频图；通过频域增强过程，实现时频图的信号增强，得出清晰的时频分布图。

4.根据权利要求3所述的一种基于二次差分算法的多跳频参数盲估计方法，其特征在于，所述时频图去噪，具体过程为：通过频域能量均值门限法，对时频图进行去噪处理，依据时频矩阵与门限判决，剔除侦收到的电磁信号中的噪声和干扰，便于后续步骤进行跳频参数估计。

5.根据权利要求4所述的一种基于二次差分算法的多跳频参数盲估计方法，其特征在于，所述时频图一次平滑，具体过程为：通过设置特定平滑长度，将时频矩阵上的时域能量进行累加，并与平滑长度进行比较，剔除侦收到的电磁信号中的定频干扰。

6.根据权利要求5所述的一种基于二次差分算法的多跳频参数盲估计方法，其特征在于，所述二次差分算法优化，具体过程为：通过频域二次差分的方式，沿着频率轴进行二次差分，搜索时间轴峰值形成仅有0、1值的时频峰值矩阵，优化后续多跳频参数盲估计的流程。

7.根据权利要求6所述的一种基于二次差分算法的多跳频参数盲估计方法，其特征在于，所述时频图二次平滑，具体过程为：通过再次设置特定的平滑长度，将时频图上的时域能量累加，并与平滑长度进行二次判决，消除时频线上的奇异点和毛刺，得出时间轴上平滑的峰值曲线。

8.根据权利要求7所述的一种基于二次差分算法的多跳频参数盲估计方法，其特征在于，所述多跳频参数盲估计，具体过程为：通过得出的时间轴峰值曲线，获得跳频通信信号的起始点和结束点，实现跳频周期和跳速的估计过程；通过按列搜索时频矩阵，获取跳频通信信号的所有频点，实现频率集和跳频图案的估计过程。

9.一种基于二次差分算法的多跳频参数盲估计系统，其特征在于：所述系统用于对跳频通信信号的盲估计过程中，所述系统采用如权利要求1至8任意一项所述的多跳频参数盲估计方法，对跳频通信信号的多跳频参数进行盲估计。

技术总结
本发明提供一种基于二次差分算法的多跳频参数盲估计方法及系统，属于电子侦察技术领域，解决了现有的基于时频分析技术对多跳频参数盲估计过程中的局限性问题和不足之处；本发明方法包括七个步骤，依次为：电磁信号侦收、时频图生成及增强、时频图去噪、时频图一次平滑、二次差分算法优化、时频图二次平滑和多跳频参数盲估计；完成上述七个步骤后，依据得出的跳频通信信号时间轴峰值曲线，实现跳频周期、跳速、频率集和跳频图案的估计过程；本发明能实现跳频通信信号的频域增强，得出清晰的时频分布图，同时剔除复杂电磁环境下的噪声干扰，解决多跳频信号参数盲估计复杂度高的问题；本发明同时具有很好的泛化能力、估计精度和时效性。

技术研发人员：包庆红,王维,聂常赟,李捷,高晓利,杨雪洲,赵火军,唐培人,杨晓丽
受保护的技术使用者：四川九洲电器集团有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13