动态双频跳频电台接收端FPGA设计

为解决动态双频跳频电台跳频信号解跳频这一关键技术的硬件实现,依照动态双频跳频同步方案,设计了跳频电台接收端的整体结构,研究了跳频电台接收端解跳频的数学模型,采用Verilog HDL语言在EP4CE6F17C8芯片上实现了两种解跳频器设计方案,分别为IP核乘法器解混频+带通滤波+BPSK解调方案和加法树乘法器解混频+带通滤波+改进型DPSK解调方案。测试结果表明,两种方案都能实现跳频电台接收端解跳频器功能,后一方案消耗硬件资源更少,更符合跳频电台接收端多通道并行运算要求,为下一步研制动态双频跳频电台样机提供了技术参考。

跳频序列设计:研究现状与未来发展

跳频序列设计是跳频通信系统的关键组成部分之一,其研究包括理论界的推导和构造方法的探索。宽间隔跳频序列能够很好地抵抗窄带干扰,低/无碰撞区跳频序列能够实现高效的多址组网。介绍了宽间隔跳频序列和低/无碰撞区跳频序列的定义和性质,综述了其理论界和构造方法的研究进展,最后指出,具备宽间隔和低/无碰撞区特性的跳频序列是未来研究的重点方向。

基于时频变换和波形整形的跳频信号参数估计方法

针对噪声对跳频信号参数估计造成的困难,提出了基于时频变换和波形整形的跳频信号参数估计方法。对跳频信号进行短时傅里叶变换,计算得到时频脊线,对时频脊线进行波形整形处理,消除噪声造成的虚假跳频时刻干扰,通过跳频时刻序列得到跳周期序列,对跳周期序列计算其直方图,选出出现次数最多的值来计算跳频信号的跳频速率。根据跳周期序列分别取出每段信号,再进行频率估计。通过实验验证了提出方法的有效性,综合利用时频变换及波形整形处理技术,保证了在低信噪比下跳频信号跳频时刻、跳频速率及跳频频率的理想估计结果。

针对水轮机调节系统隐蔽攻击的混沌跳频扩频防御方案

水轮机调节系统作为水电机组的关键部分,其安全运行至关重要。为提高水轮机调节系统的安全性,设计了一种防御方案,检测并防御系统中潜在的隐蔽攻击。首先通过对系统信号进行混沌跳频调制和解调,消除隐蔽攻击的不良影响;其次,基于理论分析,推导出维持系统稳定的跳频频率约束,保证系统性能不因加入跳频/扩频信号和频率异步现象而受损。仿真结果表明,该方案能够在非高斯噪声环境中持续检测和防御不同类型的高强度隐蔽攻击,且不影响系统正常运行。此外,所提出的防御方案还具有复现隐蔽攻击信号的能力,这有助于操作员了解攻击信息并采取针对性措施。

利用无线电极化特征的跳频网台分选方法

针对现有方法在跳频通信用户“空时频能”域特征相近、跳频参数捷变等条件下,跳频网台分类识别效果不佳的问题,该文提出一种基于无线电极化特征的跳频用户分选方法。该方法将无线电双极化特征引入到跳频侦察,充分利用各用户的交叉极化鉴别度差异,实现了跳频网台精准分选。针对同类用户交叉极化鉴别度参数易受噪声污染的问题,构建了双通道双极化接收系统,抑制了信号噪声,保证了极化特征提取的精度。在此基础上,基于谱聚类思想,完成了极化特征的分类软判决,进一步提升了跳频网台分选效果,实现了跳频信号的精准识别。仿真实验表明,在5 dB信噪比条件下,所提方法可对同步正交和非正交组网方式下的多跳频网台准确识别,识别分类成功率达99%以上,验证了新方法的有效性。

多定频干扰下准随机跳频信号检测仿真

多定频干扰环境的复杂性会对准随机跳频信号产生影响,导致跳频信号检测效果不佳。为了提升检测性能,提出多定频干扰下准随机跳频信号检测方法。对多定频干扰下的准随机跳频信号开展分析,获取跳频信号,并对信号实行小波阈值去噪处理;根据去噪处理结果,对准随机跳频信号开展傅里叶变换,求解跳频信号的局部自适应阈值,以此消除定频干扰,完成跳频信号提取;检测提取信号在时域的驻留连续性,区分跳频信号及可疑目标信号,实现多定频干扰下准随机跳频信号的检测。实验结果表明,通过开展信噪比测试、检测误差测试,验证了该方法的检测效果较好,说明其具有实用性和有效性。

面向无人驾驶车避障的光跳频激光雷达探测目标智能主动跟踪方法

无人驾驶车避障主动跟踪方法在与激光雷达目标融合的过程中,受激光雷达光跳频信号散射作用的影响,信号回波接收精度出现严重偏差,导致避障跟踪稳定性及其精准度均出现不同程度降低,严重威胁无人驾驶车辆行驶安全。为解决此问题,从激光雷达目标跟踪技术入手,首先建立雷达目标跟踪模型,确定优化目标系数;接着对光跳频激光雷达探测信号进行扰动优化,修正扰动偏差数据及其参量;最后通过避障目标的主动跟踪数据对优化数据进行合成,整理收尾数据输出效果。对提出方法进行仿真测试,结果表明其各项性能均符合设计预期设定标准,满足实际应用与推广的相关要求,具有广阔的发展前景。

具有优异汉明相关特性的混沌跳频序列构造方法

跳频通信具有码分多址、频带共享、抗干扰和抗截获的能力,在无线通信系统中得到了广泛的应用。目前基于混沌方法构造的跳频序列大多具有较高的线性复杂度,所得到的跳频序列虽然具有良好的随机性,但是其汉明相关性还不够。在选取具有优异汉明相关特性的m序列的基础上,结合混沌序列,利用笛卡尔积构造得到了具有优异汉明自相关性的跳频序列。该跳频序列具备与混沌序列一致的线性复杂度,而且可以保证其周期不小于m序列的周期,汉明自相关值不超过m序列的汉明自相关值。

多普勒效应下的跳频信号定时同步算法研究

由于收发信双方的相对高速运动会影响接收信号的同步和解调,特别是对符号速率每跳变化的跳频信号影响更大。针对跳频信号在高动态场景下的时钟同步问题,通过分析多普勒钟偏对时钟同步的影响,提出了基于同步信息的时钟频率估计加时钟相位估计定时同步方法,将二者的估计结果进行卡尔曼滤波,估计出钟偏及钟偏变化率,实时跟踪、调整接收机的时钟,达到收发信号时钟同步的目的。与三阶锁相环进行了仿真与对比,仿真结果证明,该方法比传统的锁相环方法跟踪范围大,估计精度高,解调性能更优良;解调性能损失与理论值相比小于0.2 dB。

高动态跳频信号时钟同步设计与实现

由于跳频信号各跳之间的符号速率和符号数量不一致,特别是低速跳只含少量符号,导致时钟误差提取困难。针对高动态下的跳频信号时钟同步难题,提出基于频偏估计的钟偏反馈调整方法。该方法通过同步序列进行频率估计和钟偏估计,并结合反馈方法调整钟偏和时钟跟踪,实现了高精度时钟同步。仿真结果表明:该方法适应飞行速度7.9 km/s、加速度0.2 km/s2的超高动态,定时同步性能优越,定时精度满足高速跳频信号解调要求,且解调损失小于0.1 dB。

基于单矢量水听器时频声强法的非合作水声跳频信号多维参数估计

针对传统方法对水下非合作跳频信号的多维参数估计效果不佳的问题,提出一种基于单矢量水听器时频声强法的非合作水声跳频信号空时频参数估计方法。利用矢量水听器声压通道与振速通道的接收信号建立时频域的短时互谱分布,分析噪声与信号在时频域分布的差异,通过迭代去噪法与连通域方法,对噪声进行抑制并平滑每跳的能量分布;采用复声强法对短时互谱矩阵进行处理,得到清晰稳定的跳频信号空时频分布;提取空时频分布的脊线并利用Haar小波变换对脊线进行奇异点检测,估计出信号的多维参数。仿真和水池试验结果表明,当信噪比大于-5 dB时,所提方法得到的参数估计归一化均方根误差小于0.05。

宽带跳频TDMA辐射源网群的定位及网群划分方法

为了解决现有方法难以对宽带跳频时分多址(frequency hopping-time division multiple access,FH-TDMA)辐射源网群定位的问题,提出一种仅利用波达方向(direction of arrival,DOA)信息的多站定位及网群划分方法。首先通过模拟滤波对各站接收到的信号进行频段划分,通过基于多相滤波的数字信道化方法把信号输出到多个信道中;然后通过直接定位(direct position determination,DPD)算法计算得出各时隙辐射源的位置;最后先通过不同参数的基于密度的噪声应用空间聚类(density-based spatial clustering of applications with noise,DBSCAN)算法选择出最佳的辐射源定位结果,再根据提出的基于先验信息的改进K-means聚类算法进行网群划分。所提方法实现了采样率和信号处理速率的降低,且无需站间严格的时间同步。结果表明,所提方法有效估计出了辐射源的数量、位置,以及网群划分情况。

基于增强型龙格库塔优化算法的跳频序列设计

跳频技术具有优秀的抗干扰性能和多址组网性能,跳频序列(FHS)作为其关键,在设计时面临性能指标差、难以兼顾多指标的问题。提出一种基于增强型龙格库塔优化算法(ERUN)的跳频序列设计方法。利用跳频序列的汉明相关性、复杂度、均匀性和平均跳频间隔构建目标函数,建立适用于启发式优化算法的跳频序列设计模型。针对龙格库塔优化算法(RUN)在复杂优化问题上收敛速度慢、寻优精度差的问题,提出增强型龙格库塔优化算法。利用混沌反向学习机制提高初始种群质量,基于二次插值法得到更好的个体更新方向,并根据自适应t分布扰动帮助种群跳出局部最优。在6个基准测试函数和目标函数上的测试结果表明,与RUN的3个最新变体相比,ERUN具有更快的收敛速度和更高的解精度。将得到的跳频序列应用于跳频系统中,实验结果表明,该方法在固定干扰环境下误码率为4%左右,在变化干扰环境下误码率没有明显上升,展现出了较强的抗干扰能力和复杂环境适应能力。

基于图像处理与时频分析的跳频信号频率估计算法

针对电子侦察领域,复杂电磁环境中跳频信号频率估计的问题,结合图像处理技术提出一种基于时频分析的频率估计算法。首先基于干扰噪声与跳频信号时频特性的差异,通过BM3D与形态滤波的方法对时频图像中含有的高斯白噪声及扫频干扰进行滤除,其次组合采用灰度化、Roberts边缘检测、Hough变换等图像处理手段对信号的时频图像进行处理以突出目标信息,最后通过像素点搜索、阈值处理等方式定位时频脊线的确切位置,估计信号频率。仿真结果表明,该算法能够初步实现信噪比≥-8 dB且在低信噪比条件下保持估计均方误差处于10-5量级范围的信号频率估计,可完成对于低信噪比条件下跳频信号频率的估计。

一类基于m-序列采样的最优跳频序列

在跳频通信系统中,跳频序列的相关特性是衡量系统性能的一个重要标准。因此,设计新的具有低相关性能的跳频序列一直是跳频系统中研究的重要课题之一。基于有限域上的特征和与m-序列的采样序列,本研究构造了一类关于Lempel-Greenberger界的最优跳频序列,该类序列具有新参数。

基于解调重构的跳频信号辐射源个体识别方法

现有跳频信号辐射源个体识别方法大多围绕跳变瞬态的特征进行讨论,其捕获和精准定位的难度较大。因此,提出了一种基于解调重构的跳频信号辐射源个体识别方法,能够有效利用跳频信号的稳态信息进行辐射源个体识别。首先对跳频信号进行跳变定时,提取出各跳的基带波形;然后解调出各跳的符号,并将其经过理想成型滤波器,得到理想的重构基带波形;最后将原始波形和重构波形一起送入神经网络,得到分类结果。给出发射机畸变模型和畸变参数范围,经过多次测试给出网络参数的建议取值范围,并进行验证实验。实验结果表明,该方法能够有效地完成跳频信号辐射源个体识别任务。

跳频扩频通信系统的仿真研究

跳频通信系统因具备较强的抗干扰能力、多址组网能力等一系列优点而广泛用于无线通信中。在通信系统领域,扩展频谱通信是新研发的一种通信方式,所研究的跳频通信正是这种新型通信方式中的一种。由于跳频扩频通信系统日趋完善,具备了多种功能,能够有效地排除干扰,并且完成多址通信,使得跳频扩频通信系统广泛地应用于日常生活及军事活动中。从跳频扩频通信系统的重要意义出发,简单论述跳频扩频通信系统的重要构成部分,分析跳频扩频通信系统的仿真技术,旨在为扩展频谱通信能够更好地应用于各个领域。

基于改进模板匹配的多跳频信号参数估计

为解决复杂环境下,同一频段、同一采样时间内多跳频信号分离困难与特征参数估计精度较低的问题,提出了一种改进模板匹配算法。首先,根据干扰信号和噪声的时频特征进行滤波。然后,采用K-means算法对连通域进行预分类,对于可能存在跳频信号混叠的连通域,由跳频信号簇生成相应的模板并进行改进模板匹配,将成功分离的跳频信号归类入相应的簇。最后,对每一个簇的跳频信号参数进行估计,并通过最小二乘法进行修正。实验结果表明,与连通域标记算法相比,所提方法在信噪比高于-3 dB的情况下,平均相对误差低于0.01,鲁棒性较好,有较高的工程价值。

基于网台分选的目标跳频序列置信区间的预测

通信频率的不断变化给非合作通信网络的侦察和预测带来了困难。由于跳频序列通常由具有一定规律性的特定模型生成,因此跳频序列是可预测的。通过提取跳频信号参数,基于时、频二维信息的网台分选算法,研究了基于网台分选的目标跳频序列置信区间预测。利用截获的大量跳频信号数据,构建长短时记忆神经网络模型,用于跳频序列预测。仿真结果表明,即使在一定噪声的影响下,此分选方法依旧可以准确地分选目标跳频信号。此外,基于LSTM的预测方法可以有效地预测跳频序列置信水平和置信区间。

二维旋转谐振子势中单粒子的跳频压缩及演化

本文主要研究二维旋转谐振子势中单粒子的动力学行为,通过跳频的方式分析该粒子的压缩演化过程,并分析了相应的物理机制.一方面,研究跳频过程对回旋半径模式的压缩演化,通过选择适当的跳频时刻,分析跳频过程对压缩的影响.研究表明,回旋半径坐标的压缩程度并未在跳频时刻发生改变,但可在后续的演化中出现更强的压缩现象.另一方面,主要研究跳频过程中心导向模式的压缩演化.通过参数的选择,分析了两种压缩模式,即发散模式和振荡模式的压缩及演化.有趣的是,在中心导向模式压缩中,外势存在一个由旋转角速度决定的临界势阱纵横比.压缩模式在此处发生突变,且在振荡模式中,势阱纵横比趋于该临界值时,将出现明显的压缩.