便携式智能短波信号接收处理装置、方法及可存储介质与流程

1.本发明涉及信号处理领域，更具体的说是涉及便携式智能短波信号接收处理装置、方法及可存储介质。


背景技术：

2.短波通信具有通信距离远、设备简单、携带架设方便、可固定可移动灵活使用、也可搭载各种机动平台运用在各种恶劣环境中、抗毁性较强等特点，是近中远距离通信的一种重要通信手段。虽然由于存在通信空间拥挤、衰落明显、易受干扰等缺点，短波通信的发展确实一度受到限制。但是近些年来随着频率合成技术、微处理器技术、纠错码技术、快速自动调谐技术、尤其是数字技术等多方面的重大发展，短波通信的地位和作用得到了大幅度地提升。现实中，短波信号接收领域，面对种类繁杂、调制及速率多样、协议和编码混杂的通信信号，其发现、分类、识别、解调、解译和译码等信号接收处理流程，以及频谱记录登记入库等都是由不同种类、不同标准、不同操作规范的设备，采取人工操作或干预的方式完成的。这些来源复杂的设备，除了体积、重量各异，最突出的问题如功能相对单一，技术改造和更新换代慢，不能在现场对不明信号进行采集分析研究处理，设备的伪装、隐蔽、运输、安装、架设、操作等等都十分不便，不利于面临突发、重大事件的应急响应和灵活机动处置，若出现信号接收设备与信号处理设备不匹配情况，则无法实现短波信号的正常发现、识别和接收处理。
3.因此，为解决上述问题，实时现场采集信号，灵活机动处置信号是本领域亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了便携式智能短波信号接收处理装置、方法及可存储介质。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种便携式智能短波信号接收处理装置，包括短波接收天线，信号接收模块、信号处理模块、信号分析模块和数据安全模块；所述短波接收天线对信号进行捕获；所述信号接收模块对接收天线所捕获信号进行接收转换；所述信号处理模块对所述信号接收模块传送的信号进行分类、识别、解调、解译和译码；所述信号分析模块利用软件自动信号发生器自动生成信号、提供各种图示工具展示分析未知信号调制、编码；数据安全模块用于保证信号接收处理装置的信息和数据的安全。
7.可选的，所述信号接收模块包括放大器、滤波器、混频器和adc采样模块；信号经过放大器、滤波器、混频器进行放大、滤波并进行频率搬移或变换后输入到adc采样模块进行采样，以生成所述信号处理模块可处理的信号。
8.可选的，所述信号处理模块包括自动识别与译码模块，信号采录模块；所述信号接收模块处理过后的信号经过信号采录模块后传输到自动识别与译码模块。
9.可选的，所述信号处理模块还包括语音信号处理模块，若信号为语音信号，则通过
语音信号处理模块进行处理。
10.可选的，所述信号处理模块还包括电台数据库模块，用于对所接收电台数据资料的收录和管理。
11.可选的，所述信号分析模块包括软件自动信号发生器，利用软件自动信号发生器产生多种调制信号，提供各种图示工具展示分析未知信号调制、编码。
12.可选的，所述数据安全模块为外置装置，用于限制非授权用户对装置的应用，还用限制对装置处理后数据的非法获取。
13.一种便携式智能短波信号接收处理方法，包括以下步骤：
14.获取发射的信号或播放之前录制的信号或软件自动信号发生器发生的信号；
15.对已知信号进行进行分类、识别、解调、解译和译码；
16.对未知信号提供所需分析工具进行调制、编码的图示和分析。
17.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序为被处理器执行时实现便携式智能短波信号接收处理方法的步骤。
18.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了便携式智能短波信号接收处理装置、方法及可存储介质，将无线电接收天线外置，信号接收模块、信号处理模块、信号分析模块、电台数据库模块置于一壳体内，数据安全模块为外设装置。接收天线将无线电波转换为电信号，信号接收模块将无线电信号转换为可处理的信号数据，信号处理模块则将信号数据进行智能分类、识别、解调、解译、译码等处理，并将信号传送内容结果展示。所有经过澄清及证实的信息可以通过电台数据库系统进行统一管理。信号分析模块可以现场处理未知信号，以及后续开发已分析澄清技术规格及参数的信号处理程序，加载到信号处理模块以加强信号处理的种类和功能。数据安全模块则对本发明装置的非法使用进行限制，本发明装置处理后的数据非法获取及使用进行限制。从而，可以实现无线电信号接收与处理流程的智能化、软件化，方便携带和使用，获取无线电信号接收、识别、解调、译码处理的高质量效果，应急处理速度和效率，以及特殊条件下的设备和数据使用安全之忧。彻底解决现有技术中的无线电信号接收、处理设备功能单一、种类繁杂、人工处置、应急处理效率低下、安全保密性差、无法现场分析处理不明信号等存在的问题。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
20.图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.本发明实施例公开了一种便携式智能短波信号接收处理装置，如图1所示。该装置除短波接收天线和数据安全模块为外置装置外，信号接收模块、信号处理模块、信号分析模块等软硬件构成一台一体化整机，实现对短波信号的捕获、分类、识别、解调、解译、译码及内容显示等智能化处理流程，以及信号录音、频谱数据管理、信号分析、数据安全等功能，以改变现有技术设备中的短波信号接收、处理由不同的设备组合完成，主要依赖人工干预处理，可处理信号种类少，功能单一，机动性差，智能化水平低、处理结果数据不安全等影响无线电信号接收质量、信号处理效果、应急反应能力、机动能力等问题。
23.从图1可以看出，接收天线收到信号后，由信号接收模块进行滤波、放大、混频、a/d、下变频器解调处理后转换为iq数据，通过接口控制端口及协议传送给信号处理模块，信号处理模块对信号数据进行分类、识别、解调、解译、译码等处理，处理过程中出现不明信号，则由信号分析模块进行人工辅助分析及将澄清规格参数的信号处理程序加载到信号处理模块进行该类信号处理，数据安全模块则是确保用户数据的安全保密。信号处理模块输出的结果可以以各类文本、声音、图形、图像、二进制数据、十六进制等展示或存储。
24.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
25.一、接收天线
26.接收天线的主要作用是将天空中的电磁波通过电磁感应转化为微弱的电能量输入到信号接收模块中，主要功能要求如下：
27.(1)天线为分频式组合式定向或全向天线；
28.(2)天线面朝开阔场地使用，高增益；
29.(3)天线尺寸小型、便携、实用；
30.(4)天线接收频段宽；
31.(5)天线材料精选，坚固、耐磨、耐腐蚀；
32.(6)天线水平和垂直极化可调，宽动态范围；
33.(7)天线有幅度放大器为有源接收天线；
34.(8)天线无幅度放大器为无源接收天线。
35.主要参考技术指标(注：可根据实际需要进行指标的调整)：
36.(1)频率范围：9khz-8ghz
37.(2)极化方式：水平和垂直极化
38.(3)输入阻抗：50ω
39.(4)驻波比：《2.5
40.(5)电源：干电池1.5v aa若干
41.可充电电池1.2v若干
42.外接电源8v
43.(6)平均故障时间：》50000小时, 25℃
44.(7)工作温度：
–
30℃- 55℃
45.(8)参考尺寸，根据实际需要进行设计。
46.二、信号接收模块
47.信号接收模块的主要作用将接收天线输入的信号能量，经过接收、放大、滤波、混频、采集、转换，成为可以输入到信号处理模块的可处理的iq数据。基于软件无线电技术的
接收模块，配置灵活、体积小、集成度高、硬件故障率低、硬件成本低、入门门槛低，且由于接收模块是在通用可编程数字信号处理硬件基础上以软件定义方式工作，这就使得接收模块具有很大的配置灵活性，其工作频段范围、调制与解调、数字信号编码加密、信号传输协议编译、操作权限控制等功能和指标都可以由算法和应用程序控制和实现。接收模块的硬件主要基于高速射频采集、dsp处理芯片、fpga芯片、a/d、d/a转换芯片，这些芯片都具有很高的集成度，故障率低，性能稳定，而且大大缩减了设备的体积和重量以及功耗。核心芯片adc可以把天线捕获的空中无线电信号转换为数据，提供可变带宽接收和i/q输出，以供信号处理模块中的数字信号处理器或计算机配合信号分析处理专业软件作进一步分析处理。因此，实际设计中，要求adc的采样率和采样位数可以满足用较高的采样率获取更好的频谱覆盖，用较高的采样位数来获取更好的动态范围。这样，adc采样后的信息直接进入信号处理模块，由于减少信号a/d、d/a转换的次数对信号质量的损害，在进行各种解调、解译和译码等处理时，可以获得较高的质量，这对目前越来越高速的信号接收、处理来说，是非常现实也是非常科学的技术方法。
48.信号接收模块基本上是由放大器、滤波器、混频器等部件将模拟输入信号放大、滤波并进行若干次频率搬移或变换，再通过adc采样，转换成数字信号后传送到计算机进行处理。根据adc采样的信号频率、信号接收模块的变频次数等因素将信号接收模块结构划分为：
49.基带采样：包括超外差结构、直接下变频(零中频)结构、镜像频率抑制结构、低中频结构等；
50.中频采样：窄带中频和宽带中频带通采样；
51.射频直接采样：全宽开低通采样、射频直接带通采样；
52.此外根据adc采样频率和信号带宽的关系又分为：
53.带通采样：采样频率取fs＝2(f
l
fh)/(2n 1)；
54.低通采样：大于奈奎斯特采样率进行采样，一般采用100msps。
55.三、信号处理模块
56.本发明的信号处理模块主要由“完整的计算机硬件系统(注：不限制国内外各种品类cpu、内存、芯片组等) 操作系统(注：不限制国内外各种支撑操作系统) 信号处理应用程序模块(注：基于相应操作系统开发的应用程序)”组成，完成由信号接收模块传送过来的信号数据处理功能。在当代无线电通信中，虽然通信信号的种类繁多，但实质上不外乎用调制信号去控制载波的某一个或者几个参数。而在软件无线电中，各种调制信号是以一个通用的数字信号处理平台为支撑，利用各种软件来产生的，这就是正交调制算法，因此，由于解调是调制的逆过程，从理论上讲，正交解调法可以对所有调制种类的信号进行解调，也就是说，不需要增加硬件电路的数量和设备的体积，只需增加分析处理信号软件的插件数量，就可以满足信号分析处理的需求。本发明所设计采取的信号分析处理软件首先对设定频段、时域范围搜索到的信号进行分类、识别，然后根据信号的调制种类选取对应的调制解调器进行解调，再对解调出的数据进行通信协议识别，最后对识别出的通信协议进行解译和译码，还原信息的原始内容。
57.信号处理模块主要功能包括：包括自动识别与译码，即对输入的信号(注：根据需求，可虚拟一个或多个4khz-200khz间任意设置的窄带信道进行多通信信号输入)，先与系
统已有译码库进行匹配识别，如果是已知信号，则自动完成检测、识别、解调、译码，显示信号特征参数，以纯文本或xml格式显示译码报文；话音信号处理，即检测话音存在，对话音进行参数估计，并存储为音频文件用于监控、回放等后续操作；信号采录，即记录重要或未知信号能够为后续离线分析提供丰富样本素材，系统能够自动或人工采录中频/iq数据、解调后比特流数据，按需存储成音频、纯文本等形式，便于后续分析使用；可将已澄清或证实的信息使用自动或人工生成的数据库进行添加、编辑、修改、删除、查询、统计、导出等管理。
58.四、信号分析模块
59.本发明的信号分析模块，主要是替代传统不便于携带的信号发生器、录音采集设备、频谱仪及配套的软件系统，使传统的信号分析仪器设备及系统软件化，提供解决现场或之后未知信号人工分析的工具集，即对未知信号的分析，需要提供原始数据级的时域幅相分析、频谱分析、自相关分析、参数估计，解调比特流级的星座图显示、比特文件分析、编码特征分析串等工具，用于确定新信号的特征参数；软件自动信号发生器，即利用软件算法实现多种调制方式信号的自动生成，能够根据需求自动设定频率、符号速率、成型滤波器类型、突发长度、编码类型等参数，用于人员培训、算法仿真验证；用户定制开发新型编码器，即用户利用开发工具编写自己的信号译码程序，并可将该程序加载到信号处理模块使用。
60.五、数据安全模块
61.本发明白数据安全模块，是一个外置装置，主要是完成两个功能，一是限制非授权用户对本发明装置的应用，二是限制对本发明装置处理后数据的非法获取。第一种功能是一种类加密狗但不限于加密狗功能，需要对用户进行登记和授权，才能启动本发明装置的应用系统，否则，只能使用本发明装置的类计算机功能。第二种功能是使用数据加密算法限于aes256位、国密sm-4等高强度算法，将处理后的数据以加密方式保存在本发明装置中，使用时再解密使用。
62.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。