The Identification of Frequency Hopping Signal Using Compressive Sensing

Compressive sensing (CS) creates a new framework of signal reconstruction or approximation from a smaller set of incoherent projection compared with the traditional Nyquist-rate sampling theory. Recently, it has been shown that CS can solve some signal processing problems given incoherent measurements without ever reconstructing the signals. Moreover, the number of measurements necessary for most compressive signal processing application such as detection, estimation and classification is lower than that necessary for signal reconstruction. Based on CS, this paper presents a novel identification algorithm of frequency hopping (FH) signals. Given the hop interval, the FH signals can be identified and the hopping frequencies can be estimated with a tiny number of measurements. Simulation results demonstrate that the method is effective and efficient.

Network Sorting Algorithm of Multi-Frequency Signal with Adaptive SNR

An signal noise ratio（ SNR） adaptive sorting algorithm using the time-frequency（ TF）sparsity of frequency-hopping（ FH） signal is proposed in this paper. Firstly,the Gabor transformation is used as TF transformation in the system and a sorting model is established under undetermined condition; then the SNR adaptive pivot threshold setting method is used to find the TF single source. The mixed matrix is estimated according to the TF matrix of single source. Lastly,signal sorting is realized through improved subspace projection combined with relative power deviation of source. Theoretical analysis and simulation results showthat this algorithm has good effectiveness and performance.

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。

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。

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。

基于时频图的跳频信号截获系统中的一种hop生成方法

针对基于时频图的跳频信号截获系统,提出了一种hop生成方法,对该方法的hop生成性能进行了分析,推导出一种计算单一真实hop对驻留时间直方图的平均贡献的有效算法(SAHADTA算法),并给出了数值计算结果.理论分析和数值计算表明,该方法在低信号检测概率条件下,仍具有较好的hop生成性能,这将为各种基于hop的聚类分析提供一个可靠的保证.

Fractional Fourier domain hopped communication method based on chirp modulation for underwater acoustic channels

To improve the data rate of underwater acoustic frequency-hopped communications, frequency hopping is applied to different orders of fractional Fourier domain (FrFD), to enable non-intrusive, bandwidth-limited acoustic communications. An FrFD frequency-hopped communication method based on chirp modulation, namely multiple chirp shift keying-FrFD hopping (MCSK-FrFDH), is proposed for underwater acoustic channels. Validated by both simulations and experimental results, this method can reach a bandwidth efficiency twice more than conventional frequency-hopped methods with the same data rate and anti-multipath capability, suggesting that the proposed method achieves a better performance than the traditional frequency hopped communication in underwater acoustic communication channels. Results also show that in practical scenarios, the MCSK-FrFDH system with longer symbol length performs better at the low signal-to-noise ratio (SNR), while the system with larger frequency sweeping range performs better at a high SNR.

Preliminary Application of Scale Transformation Stochastic Resonance in Dual-Sequence Frequency Hopping System

Aiming at the detection failure of strong noise interference in the dual channel of the dual-sequence frequency hopping(DSFH),the scale transformation stochastic resonance(STSR)is applied for the first time,and the output signal to noise ratio(SNR)is raised effectively,at the same time,the symbol reception is completed for DSFH at low input SNR.Firstly,the radio frequency(RF)and intermediate frequency(IF)signals are analyzed based on the super-heterodyne reception of DSFH;secondly,the equations of probability density function(PDF),output power spectrum and SNR of the STSR output are derived for the IF signal;finally,the algorithm of the optimal matching STSR is proposed with the optimal matching parameters.The simulation results show that the algorithm can effectively solve the detection failure,as the global output SNR of DSFH is strongly improved that the output SNR can reach-17.72 d B when the input SNR is-20 d B after the processing of the optimal matching STSR.

Interference and Spectral Efficiency Analysis in Two-hop Cellular Network with Fixed Relays in FDD Mode

This paper presented a scheme of two-hop cellular network with fixed relay nodes (FRN). Based on this scheme, co-channel interference and signal interference ratio(SIR) received by base station(BS) and FRN were analyzed. Both the theoretical analysis and simulation results show that the SIR can be improved significantly when relays are employed in the network. The higher spectral efficiency can be obtained due to the improved two-hop link quality through the use of adaptive modulation and coding (AMC). The antenna height of FRN and the cell radius of BS and that of FRN influence SIR received by BS and FRN and the system spectral efficiency greatly. The proper antenna height of FRN and cell radius of BS and that of FRN were also given to get the highest spectral efficiency.

基于离散分数阶傅里叶变换的二维跳频通信系统及性能分析

传统跳频(FH)通信技术具有抗干扰能力强、截获概率低等优点,广泛应用在军民领域。针对检测传统跳频的手段越来越成熟,信息易被截获的问题,该文借鉴正交频分复用(OFDM)系统框架,提出一种基于离散分数阶傅里叶变换(DFrFT)的时宽与起始频率跳变的分数阶跳频(FrFT-FH-VTFB)系统,设计了一种新的系统框架,实现信息隐蔽传输的同时,通过DFrFT的工程实现规避传统跳频工程应用中跳速受频率合成器限制的问题。该系统通过两组不同伪随机序列选取时宽与起始频率跳变的Chirp基信号,实现系统参数的多维变换,打破系统的周期特性。此外,建立了系统发送与接收两端数学模型,并在此基础上推导了系统在白噪声信道下的理论误码率。仿真结果表明,该文所设计的系统有较好的抗衰落性能;且功率谱淹没在噪声之下,时频域特征无明显周期特性,有较好的隐蔽性。

复杂环境下基于联合特征聚类的多跳频网台分选

为了从混叠信号中去除干扰并分选出各个跳频网台信号,提出一种基于联合特征聚类的多跳频网台分选算法。首先,对混叠信号进行短时傅里叶变换得到时频矩阵,并根据时频矩阵能量分布直方图进行自适应阈值去噪;其次,通过形态学滤波处理,去除扫频干扰;再次,进行连通域标记,计算各段信号的持续时长和平均能量,以此去除定频干扰和短突发干扰并组成各跳频段的联合特征向量;最后,利用MeanShift算法对各段信号的联合特征向量进行聚类分析,完成各个跳频信号的分选。仿真结果表明,相比传统跳频网台分选算法,所提算法对混叠信号具有更高的分选率、更强的抗干扰能力和更广泛的适用性。

基于时频对消的跳频信号盲检测算法

针对低信噪比下跳频信号检测概率低问题,提出一种基于时频对消的跳频信号盲检测算法。根据跳频信号与定频信号的不同时频特性,利用短时傅里叶变换,理论上分析推导了跳频信号、定频信号和高斯白噪声的时频对消比,根据时频对消比差异性,得到三元假设检验规则;针对实际脉冲噪声背景,利用分数低阶短时傅里叶变换代替短时傅里叶变换估计得到时频对消比,实现了未知先验信息条件下跳频和定频信号的同步检测。计算机仿真结果表明,当跳频信号检测概率高于0.8时,相比于功率谱对消法,该算法改善信噪比大于1.5 dB以上。该算法抗噪声功率不确定性较强,实现简单。

一种适用于跳频通信系统的多维信号检测方法

跳频信号中心频率的伪随机跳变,使跳频信号的检测比常规非跳频信号要困难很多。针对跳频通信系统中的自动对星问题,提出了适用于跳频通信系统的检测算法,解决了跳频同步前由于信号时断时续导致的自动对星难题。采用时域分析、频域分析、带宽检测和功率检测等多维域分析方法,对跳频信号进行了不同维度的累积和分析,达到了对跳频信号精确捕获的目标,并通过多跳平均完成功率估计。Matlab仿真结果表明,在5 dB时信号检测概率大于80%,10 dB时信号检测概率大于98%;检测概率变化带来的功率波动小于0.1 dB,满足低信噪比工作需求;功率估计精度高,波动在0.5 dB左右,估计误差小于2.6%,可为天线跟踪提供可靠的功率估计值。提出的方法运算量适中,门限易于选择,能适应低信噪比环境,且具有稳定可靠、检测准确度高和功率估计精度高的优良性能,可应用于工程实践中。

基于稀疏重构的网络通信跳频信号参数估计算法

为扩展通信网络的频谱宽度,从而充分提高通信信号的跳频传输能力,提出基于稀疏重构的网络通信跳频信号参数估计算法。根据稀疏测度矩阵,计算正则化重构指标的具体数值,通过统计信号协方差的处理方式,完成基于稀疏重构的通信信号调制。在此基础上,定义估算核函数,联合已知的跳频参量提取结果,确定网络通信环境中的瞬时信号传输权限,实现对网络通信跳频信号参数的估量与计算,完成基于稀疏重构的网络通信跳频信号参数估计算法的设计。实验结果表明,与深度学习型估算方法相比,在稀疏重构原则的作用下,通信网络的频谱宽度得以扩展,符合提高通信信号的跳频传输能力的实际应用需求。

信息跳时架构下分层捷变低截获概率通信波形

针对周期信号抗破译性能较差及非周期聚敛性带来的误码性能下降的问题,本文提出一种时宽-信息跳时-调频率分层波形架构。通过构建信息跳时,掩护时宽随机化的模式,解决了误码性能变时宽下降问题,加强了波形的低截获概率特征。本文以数学推导和仿真分析的方法,探究了此分层波形架构下的误码性能、功率谱类噪声性能、二次谱域周期聚敛性及先验信息抗破译性。理论分析和仿真验证表明:时宽-信息跳时-调频率分层波形可以保证与定时宽信号相比,在不降低误码性能的条件下,降低了波形的周期聚敛性,从而提高了波形的截获概率性能。

小型无人机遥控器信号跳频参数估计方法

小型无人机遥控器信号工作带宽约为80 MHz,传统的无人机遥控器信号参数估计方法有效地完成参数估计工作的前提是采集完整频段的信号,这在加大了参数估计难度的同时提高了对信号采集设备的要求。针对这一问题,基于频域互相关运算获得相邻时隙采样信号的频域互相关特性,通过引入逻辑回归、门限自适应去噪算法估计无人机遥控器信号参数,该方法不仅避免了设定阈值,提高了参数估计性能,而且能够估计在采样频率有限场景下所采集的时域非连续无人机遥控器信号的跳频参数。基于仿真和实测数据对比分析了传统的2种跳频信号参数估计方法与所提方法的参数估计性能。实验结果表明:与传统参数估计方法相比,无论小型无人机遥控器信号能否被完整采集,所提方法在参数估计精度方面均具有较大优势。且当信噪比超过-3 dB时,所提方法的参数估计性能达到饱和。

基于时频分析的跳频信号参数估计研究

为了解决低信噪比条件下跳频信号参数估计难度大的问题,提出一种基于时频分析方法的跳频信号参数估计方法。首先对跳频信号进行时频变换,获得时频图像,通过能量对消去除定频信号干扰,采用全局阈值法对图像及进行二值化处理,通过形态学滤波消除各类干扰信号的影响。通过对时频脊线的频率跳变时刻数组求解一阶差分方程,得到跳频周期估计值,通过k-means聚类算法估计跳频信号的频率集。仿真实验表明:算法在较低信噪比的情况下,可以获得清晰度较高的时频图像以及精度较高的参数估计值。实测信号的测试验证了算法的实用性。

基于相参积累的宽带跳频信号时差和速度差联合估计方法

运动多站无源定位场景下,宽带跳频通信信号载频跳变会产生变化的多普勒频移,从而导致无法直接估计多脉冲跳频观测信号的多普勒频差,而单跳信号的时频差估计精度又不能满足定位要求。针对该问题,本文提出了一种跳频信号多脉冲相参积累的时差和多普勒速度差联合估计算法。首先对宽带跳频观测信号建立时差-多普勒速度差模型,然后对脉冲对的频域共轭积补偿相位后累加求和,最后通过代价函数的二维峰值搜索求得跳频信号时差和多普勒速度差估计值。仿真结果表明,本文所提方法相比于单跳方法和多脉冲非相参积累方法,估计精度提升显著且在中高信噪比条件下能够贴近CRLB,验证了所提方法的正确性与精度优势。

基于DQN的跳频信号干扰决策方法研究

跳频通信系统具备较强的抗搜索、抗截获和抗干扰能力。为实现对跳频信号的高效干扰,提出一种基于DQN的跳频信号干扰决策方法。通过对跳频信号进行时频分析和图像二值化处理获取信道状态,将其作为基于DQN算法构建的干扰决策网络输入数据;以干扰功率、驻留时间和跳频频率集作为决策因子,依据跳频通信模型受到干扰时的误码率构建误差函数输出干扰动作;根据反馈参数迭代调整最佳干扰策略和动作优化。仿真结果表明:基于DQN的跳频信号干扰决策方法能够进行有效决策,且决策出的干扰动作可使跳频通信模型中的误码率约为13%时达到稳定,具有高效干扰的能力。

多跳频信号参数估计时频分析算法

为了解决噪声及干扰环境下多跳频信号参数估计难度大的问题,提出一种多跳频信号参数估计时频分析算法。首先对信号进行短时傅里叶变换得到时频图像,针对不同干扰的时频分布特点,通过能量对消、自适应阈值法、形态学滤波消除各类干扰影响,实现跳频信号的提取;通过区域联通标记算法标记各个跳频簇,并通过各跳频簇时长实现多跳频信号分选。利用改进的PAM聚类算法,完成跳频频率和跳频周期的估计。仿真实验表明,与通过提取时频脊线方式进行参数估计的算法相比,该算法具有更高的估计精度,同时能够准确分选出多跳频信号,在各类干扰影响下,仍具有较高的估计精度。