一种短波频段信号分选方法与流程

1.本发明涉及电磁频谱感知领域，具体是一种短波频段信号分选方法。


背景技术：

2.短波是指频率为3～30mhz的无线电波。短波的波长短，沿地球表面传播的地波绕射能力差，传播的有效距离短。短波信号主要靠电离层反射(天波)传播，也可以和长、中波一样靠地波进行短距离传播。超短波通信主要靠地波传播和空间波视距传播。当通信距离较近时，通常使用鞭状天线，利用地波传播；当通信距离较远时，应用高架天线或将电台设在较高的地方，利用空间波传播；需要超视距通信时，可采用接力的方式或使用散射通信和卫星通信；
3.而目前国内的短波信号在进行自动分选工作时，还存在以下问题，短波监测背景噪声底噪起伏大，统计上不服从高斯分布问题；短波频段存在am、cw及数字信号等，其中am在频谱上表现为多谱峰，易被提取为多个信号；高分辨率带宽下的信号中心频率错位导致信号重复问题；在上述情况下，均容易使得信号分选时出现漏选问题，同时，在提取信号的中心频率和带宽不准的情况下，短波信号分选时，存在较多的冗余信号。


技术实现要素：

4.鉴于上述技术缺点，本发明提供了一种短波频段信号分选系统。
5.为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
6.一种短波频段信号分选方法，包括以下步骤：
7.步骤1：控制处理器控制射频开关驱动器，控制九元单通道均匀圆阵开关动作，打通天线通道，捕获环境中的无线电波信号；
8.步骤2：短波接收机将捕获的无线电波信号转换成数据基带信号，再通过傅里叶变换将基带信号转换为短波频谱数据，抗干扰模块对短波频谱数据进行抗干扰处理，选出最优的短波频谱数据；
9.步骤3：将最优的短波频谱数据输入至信号分选算法模块，进行滤波、去噪、频谱特征分析处理，准确提取出短波信号，生成短波信号提取结果。
10.优选的，所述步骤1中，控制处理器控制射频开关驱动器，控制九元单通道均匀圆阵开关动作时还包括以下步骤：
11.步骤11：射频开关驱动向九元单通道均匀圆阵开关发送握手协议信号，建立通信通道，若未成功建立通信通道，则进入步骤12；
12.步骤12：启动延时重发机制，计数器计一次数，若成功建立通信通道，则进入步骤14，若仍未成功建立通信通道，则进入步骤13；
13.步骤13：判断计数是否达到设定次数，若未达到，则返回步骤12，若已经达到，则控制处理器发出错误信号；
14.步骤14：射频开关驱动对需要打通的天线通道进行编码和驻留时间参数设置，天
线开始捕获环境中的无线电波信号。
15.优选的，所述步骤14中，射频开关驱动对需要打通的天线通道进行编码和驻留时间参数设置时，对天线通道进行延时去抖。
16.优选的，所述步骤2中，抗干扰模块对短波频谱数据进行抗干扰处理时，还包括以下步骤：
17.步骤21：对采集到的短波频谱数据，依据控制器的处理条件进行排序并剔除数据值；
18.步骤22：依据设定的驻留时间对天线通道进行轮询，判断所有天线通道是否均完成打通，若是，则结束轮询，将保留的短波频谱数据作为最优短波频谱数据，等待下次采集命令；若否，则对下一组通道进行打通操作。
19.优选的，所述步骤3还包括以下步骤：
20.步骤31：对选出的最优短波频谱数据进行二阶矩阵统计分析；
21.步骤32：对二阶矩阵统计分析后的数据进行thc形态学滤波；
22.步骤33：利用双向门限估计与信号检测算法对滤波后的数据进行背景噪声的分离；
23.步骤34：对噪声分离后的数据进行频谱特征分析；
24.步骤35：对特征分析后的数据进行伪峰剔除算法，得出分选后的短波信号；
25.步骤36：根据分选出的短波信号，生成信号提取列表。
26.一种短波频段信号分选系统，包括以下内容；
27.九元单通道均匀圆阵开关：用于打通天线通道，对短波信号进行捕获；
28.射频开关驱动器：用于根据控制处理器的指令控制九元单通道均匀圆阵开关的工作状态；
29.控制处理器：用于对系统中各模块下发控制指令并进行数据传输；
30.短波接收机：用于将捕获的无线电波信号转换成数据基带信号，并传输至控制处理器处；
31.信号分选算法模块：用于对短波频谱数据进行抗干扰处理；
32.所述射频开关驱动器、控制处理器短波接收机、信号分选算法模块均与所述控制处理器连接，所述九元单通道均匀圆阵开关与所述短波接收机、射频开关驱动器连接；所述九元单通道均匀圆阵开关由九元均匀圆阵与开关矩阵组成，所述九元均匀圆阵、开关矩阵、短波接收机依次连接，所述开关矩阵与所述射频开关驱动器连接。
33.优选的，还包括计数器、排序模块、轮询模块，所述计数器用于对启动延时重发机制的次数进行计时，所述排序模块用于对采集到的短波频谱数据进行排序和剔除，所述轮询模块用于依据设定的驻留时间对天线通道进行轮询，所述计数器、排序模块、轮询模块均与所述控制处理器连接。
34.本发明的有益效果是：
35.本发明基于统计学的形态学滤波和双向门限背景噪声提取算法，以及多维度频谱特征分析的短波宽带信号提取算法，可以较好地实现信号的自动提取，且信号漏检率低，减小了噪声误提取，避免了中心频率和带宽不准可能造成的信号信息不准、虚信号等问题，有效地实现信号与底噪的分离，极大地提高了信号分选准确性。
附图说明
36.图1为一种短波频段信号分选方法的流程示意图；
37.图2为一种短波频段信号分选系统的原理图。
具体实施方式
38.下面结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。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。
39.如图1所示，一种短波频段信号分选方法，包括以下步骤：
40.步骤1：控制处理器控制射频开关驱动器，控制九元单通道均匀圆阵开关动作，打通天线通道，捕获环境中的无线电波信号；
41.步骤2：短波接收机将捕获的无线电波信号转换成数据基带信号，再通过傅里叶变换将基带信号转换为短波频谱数据，抗干扰模块对短波频谱数据进行抗干扰处理，选出最优的短波频谱数据；
42.步骤3：将最优的短波频谱数据输入至信号分选算法模块，进行滤波、去噪、频谱特征分析处理，准确提取出短波信号，生成短波信号提取结果。
43.具体的，所述步骤1中，控制处理器控制射频开关驱动器，控制九元单通道均匀圆阵开关动作时还包括以下步骤：
44.步骤11：射频开关驱动向九元单通道均匀圆阵开关发送握手协议信号，建立通信通道，若未成功建立通信通道，则进入步骤12；
45.步骤12：启动延时重发机制，计数器计一次数，若成功建立通信通道，则进入步骤14，若仍未成功建立通信通道，则进入步骤13；
46.步骤13：判断计数是否达到设定次数，若未达到，则返回步骤12，若已经达到，则控制处理器发出错误信号；
47.步骤14：射频开关驱动对需要打通的天线通道进行编码和驻留时间参数设置，天线开始捕获环境中的无线电波信号。
48.在对延时重发机制进行计数时，若计数次数已经达到设定次数后，则控制处理器向上位机发送错误标识码，远程通知操作人员此处发送故障，操作人员对此组天线的电路连线和系统板子进行检测，查看是否出现故障；
49.计数的设定次数可根据现场操作情况进行设定，为保障天线通道的数据传输准确性，还可对天线打通成功的情况进行判定，对天线发送触发信号后，判断天线是否打通成功，若未打通成功，则重新发送触发信号，同时计数器计一次数，此处计数器可设有多个，分别对启动延时重发机制次数以及重新发送触发信号次数进行计数，若对重发触发信号计数的次数达到设定次数，则判定天线无法打通，控制处理器同样向上位机发送错误标识码，操作人员对此组天线的高低端子进行检测，查看是否出现故障。
50.具体的，所述步骤14中，射频开关驱动对需要打通的天线通道进行编码和驻留时
间参数设置时，对天线通道进行延时去抖。
51.进行延时去抖可保证天线一直处于正常打通状态，采集数据时不发生抖动。
52.具体的，所述步骤2中，抗干扰模块对短波频谱数据进行抗干扰处理时，还包括以下步骤：
53.步骤21：对采集到的短波频谱数据，依据控制器的处理条件进行排序并剔除数据值；
54.步骤22：依据设定的驻留时间对天线通道进行轮询，判断所有天线通道是否均完成打通，若是，则结束轮询，将保留的短波频谱数据作为最优短波频谱数据，等待下次采集命令；若否，则对下一组通道进行打通操作。
55.对数据进行排序处理可以大大提高后续处理的准确度，起到短波抗干扰的目的，通常剔除小于10以及大于14000数值，以保证数据的有效性。
56.具体的，所述步骤3还包括以下步骤：
57.步骤31：对选出的最优短波频谱数据进行二阶矩阵统计分析；
58.步骤32：对二阶矩阵统计分析后的数据进行thc形态学滤波；
59.步骤33：利用双向门限估计与信号检测算法对滤波后的数据进行背景噪声的分离；
60.步骤34：对噪声分离后的数据进行频谱特征分析；
61.步骤35：对特征分析后的数据进行伪峰剔除算法，得出分选后的短波信号；
62.步骤36：根据分选出的短波信号，生成信号提取列表。
63.对最优短波频谱数据进行二阶矩阵统计分析，可以对信号进行时间维度上的统计，得到各个频点的平均电平，降低高斯白噪声对底噪的影响；对数据进行thc形态学滤波，通过形态学的开、闭运算处理，可以实现底噪的平滑跟踪；对噪声分离后的数据进行频谱特征分析时，依次进行利用带宽分析、频谱对称性分析、带内平稳度分析；对特征分析后的数据进行伪峰剔除算法后，可以区分多谱峰信号、单载波及数字信号，实现短波信号的准确提取和信道化处理，给出正确的分选后的短波信号的中心频率和带宽。
64.如图2所示，一种短波频段信号分选系统，包括以下内容；
65.九元单通道均匀圆阵开关：用于打通天线通道，对短波信号进行捕获；
66.射频开关驱动器：用于根据控制处理器的指令控制九元单通道均匀圆阵开关的工作状态；
67.控制处理器：用于对系统中各模块下发控制指令并进行数据传输；
68.短波接收机：用于将捕获的无线电波信号转换成数据基带信号，并传输至控制处理器处；
69.信号分选算法模块：用于对短波频谱数据进行抗干扰处理；
70.所述射频开关驱动器、控制处理器短波接收机、信号分选算法模块均与所述控制处理器连接，所述九元单通道均匀圆阵开关与所述短波接收机、射频开关驱动器连接；所述九元单通道均匀圆阵开关由九元均匀圆阵与开关矩阵组成，所述九元均匀圆阵、开关矩阵、短波接收机依次连接，所述开关矩阵与所述射频开关驱动器连接。
71.相对于线阵，圆阵的方向图是360
°
全方位无阵列模糊的，因此本实验系统采用九元的均匀圆阵，可以实现各个方向短波信号捕获，为后面优选短波电磁频谱数据提供了有
力手段；本系统采用短波接收机将分时两个天线阵元接收的被测信号数据提供给计算机进行处理；本系统中还设立有人机交互模块，人机交互模块中设立有触控屏，控制处理器接收到的控制检测信号可通过触控屏直观地展现给用户。
72.具体的，还包括计数器、排序模块、轮询模块，所述计数器用于对启动延时重发机制的次数进行计时，所述排序模块用于对采集到的短波频谱数据进行排序和剔除，所述轮询模块用于依据设定的驻留时间对天线通道进行轮询，所述计数器、排序模块、轮询模块均与所述控制处理器连接。