一种基于空时频特征的超短波信号分选方法、装置及介质与流程

1.本发明涉及电子侦察领域，特别是一种基于空时频特征的超短波信号分选方法、装置及介质。


背景技术：

2.目前国内在超短波信号的侦测过程中，大多利用监测频段内(30mhz-3000mhz)信号的时频分布特征设置门限，从而完成信号分选工作，最终生成目标信号表。
3.但是，现有的超波信号分选方法仅利用到了信号的时频特征，无法准确分辨同频不同方向入射的目标信号。另外，针对fm信号等宽带信号的中心频率及带宽估计存在较大误差，还可能会产生虚假目标信号。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于空时频特征的超短波信号分选方法、装置及介质，能够自动提取出监测频段内目标信号的主要参数(中心频率、带宽、示向度、出现及截止时间、持续时间)，能够分辨同频不同方向入射的目标信号，降低信号参数估计误差。
5.需要说明的是，现有超短波信号分选方法仅利用到了信号的时频特征，没有利用到侦察带宽内信号的空时特征，无法准确分辨同频不同方向入射的目标信号。另外，针对fm信号等宽带信号的中心频率及带宽估计存在较大误差，还可能会产生虚假目标信号。
6.本发明的目的通过以下技术方案来实现：
7.第一方面，本发明提供了一种基于空时频特征的超短波信号分选方法，该方法包括：
8.s1、获取频谱、示向度数据
9.获取固定观测时间内的数据包，数据包中包含监测带宽内频谱数据、频谱中k个频点示向度，作为输入数据；
10.s2、时隙分割
11.将固定观测时间分为n个时隙，每个时隙包含m个输入数据包；
12.s3、参数设定
13.计算出分割后单个时隙对应的时间；
14.经测试精度指标，设置单频点合批示向度判决门限、多频点示向度判决门限；
15.预设置信度判决门限、多频点合批频率判决门限、时间连续判决门限；
16.s4、数据预处理，提取出超短波信号的空时频特征
17.s41、分别计算k个频点在n个时隙的示向度均值，作为时隙的示向度代表值；
18.s42、统计出n个时隙里各频点m个示向度数据中与对应频点示向度均值相差小于设定角度值的个数；
19.s43、计算出n个时隙中k个频点示向度代表值的置信度；
20.s44、统计出所有示向度代表值的置信度大于置信度判决门限时对应的时隙及频点；
21.s5、单频点合批处理
22.即遍历所有满足置信度判决条件的频点，依据这些频点在不同时隙的置信度、示向度均值参数，找到单频点中不同时段出现的信号，并生成单频点信号表；
23.s6、多频点合批处理
24.即依据单频点信号表中各信号的起始截止时间、示向度、频点参数，将单频点信号表中多个单频信号进行合并处理；
25.s7、完成信号分选并输出信号列表
26.当步骤s6中精合并完成后，依据各类精合并信号中包含的单频点信号参数计算出精合并信号参数，生成并输出信号表，信号表中包含信号中心频率、带宽、示向度代表值、最大能量、平均能量、持续时间、起始及截止时间。
27.进一步地，对于步骤s4：
28.1)在s41中，分别计算k个频点在n个时隙的示向度均值，作为时隙的示向度代表值时：
[0029][0030]
其中，dir
(k，n)
表示在时隙n中第k个频点的示向度代表值，表示在时隙n中第k个频点的示向度均值，dir
(k，n，m)
表示在时隙n里第m个数据包中第k个频点的示向度；
[0031]
2)在s42中，统计出n个时隙里各频点m个示向度数据中与对应频点示向度均值相差小于设定角度值的个数时：
[0032][0033]
此时，设定角度值为3
°
，
[0034]
其中，rel_num
(k，n)
表示时隙n里第k个频点的m个示向度中与时隙n里第k个频点的示向度均值相差小于3
°
的个数，表示在1≤m≤m的范围内统计满足条件[
·
]的个数；
[0035]
3)在s43中，计算出n个时隙中k个频点示向度代表值的置信度时：
[0036][0037]
其中，rel
(k，n)
表示时隙n里第k个频点示向度代表值的置信度。
[0038]
进一步地，对于步骤s5，具体包括：
[0039]
s51、依据满足置信度判决条件的频点在各时隙的置信度与示向度代表值分布情况，判定该频点在不同时刻的状态；
[0040]
状态包括：信号出现、信号截止、信号持续、前一信号截止后一信号起始、无信号；
[0041]
s52、当步骤s51的频点在所有时隙的信号状态判定后，记录出现信号的参数；
[0042]
参数包括：频率、起始时间、截止时间、持续时间、截止点示向度、持续时间内示向度均值、持续时间内示向度方差、持续时间内测向结果置信度、持续时间内信号最大能量、持续时间内信号能量均值；
[0043]
s53、重复步骤s51、s52，直至所有频点在所有时隙的信号状态判定完成后，依据记
录数据生成单频点信号表.
[0044]
在步骤s51中，状态判定的依据：
[0045]
a、信号出现
[0046]
若第k个频点在时隙n的置信度大于置信度判决门限，并且在时隙n-1的置信度小于置信度判决门限，则认为信号在时隙n出现，记录时隙n的起始时间作为该信号起始时间，即
[0047]
rel
(k，n)
≥置信度判决门限&&rel
(k，n-1)
≤置信度判决门限；
[0048]
b、信号截止
[0049]
若第k个频点在时隙n的置信度小于置信度判决门限，并且在时隙n-1的置信度大于置信度判决门限，则认为信号在时隙n截止，记录时隙n的起始时间作为该信号截止时间，即
[0050]
rel
(k，n)
≤置信度判决门限&&rel
(k，n-1)
≥置信度判决门限；
[0051]
c、信号持续
[0052]
若第k个频点在时隙n及时隙n-1的置信度均大于置信度判决门限，并且在时隙n与时隙n-1的示向度代表值相差小于单频点合批示向度判决门限，则认为信号在时隙n持续，即
[0053]
rel
(k，n)
≥置信度判决门限&&rel
(k，n-1)
≥置信度判决门限&&
[0054]
|dir
(k，n)-dir
(k，n-1)
|≤单频点合批示向度判决门限；
[0055]
d、前一信号截止后一信号起始
[0056]
若第k个频点在时隙n及时隙n-1的置信度均大于置信度判决门限，并且在时隙n与时隙n-1的示向度代表值相差大于单频点合批示向度判决门限，则认为新信号在时隙n的起始时间开始，前一信号在时隙n的起始时间截止，即
[0057]
rel
(k，n)
≥置信度判决门限&&rel
(k，n-1)
≥置信度判决门限&&
[0058]
|dir
(k，n)-dir
(k，n-1)
|≥单频点合批示向度判决门限；
[0059]
e、无信号
[0060]
若第k个频点在时隙n及时隙n-1的置信度均小于置信度判决门限，则认为第k个频点在时隙n及时隙n-1无信号出现，即
[0061]
rel
(k，n)
≤置信度判决门限&&rel
(k，n-1)
≤置信度判决门限。
[0062]
进一步地，步骤s6，具体包括：
[0063]
s61、粗合并处理
[0064]
即依据单频点信号表中各信号的示向度、频点将多个单频点信号合并为一类粗合并信号，直至单频点信号表中所有信号完成粗合并；
[0065]
s62、分别将各类粗合并信号中的单频信号起始、截止时间，按照单频信号起始时间升序进行排列；
[0066]
s63、精合并处理
[0067]
即依据各类粗合并信号经排列后的单频信号起始、截止时间关系，判定粗合并后的各类信号状态，区分粗合并各类信号中不同时间出现的信号。
[0068]
在步骤s61中，粗合并判定依据为：
[0069]
a、单频点信号间的最小频率差小于多频点合批频率判决门限，且示向度差小于多
频点合批示向度判决门限，则认为这些单频点信号为一类粗合并信号；
[0070]
b、单频点信号间的最小频率差大于多频点合批频率判决门限，或者示向度差大于多频点合批示向度判决门限，则认为这些单频点信号不是一类粗合并信号。
[0071]
在步骤s63中，精合并的判断依据为：
[0072]
a、同一类粗合并信号中顺序排列的单频点信号，若前一单频信号截止时间大于等于后一单频信号起始时间，符合该判定条件的所有单频点信号为一类精合并信号；
[0073]
b、同一类粗合并信号中顺序排列的单频点信号，若前一单频信号截止时间小于后一单频信号起始时间，且前一单频信号截止时间与后一单频信号起始时间差值小于时间连续判决门限，则认为前后两信号为一类精合并信号；
[0074]
c、同一类粗合并信号中顺序排列的单频点信号，若前一单频信号截止时间小于后一单频信号起始时间，且前一单频信号截止时间与后一单频信号起始时间差值大于时间连续判决门限，则认为前后两信号不是一类精合并信号。
[0075]
第二方面，本发明提供了一种装置，包括：
[0076]
处理器，用于执行一种基于空时频特征的超短波信号分选方法的步骤。
[0077]
第三方面，本发明提供了一种计算机可读取存储介质，包括程序，所述的程序可被处理器执行以支持完成一种基于空时频特征的超短波信号分选方法。
[0078]
需要说明的是，传统的方式，在分析处理数据时，仅采用判决门限来实现的，通过ook、ppm、dpim三种差错率公式，推导出最佳门限解析式；但是对于同频不同方向不同时入射的目标信号无法进行区分(这是本发明所要解决的技术问题)。例如，在一段连续的时间内，方位不同的两目标在同一频点相互通信，通信间隔非常短。这时，传统方法因为没有空域信息，会把这两个信号判定为同一信号；本发明引入空时频特征后，即使信号1的截止时间与信号2的起始时间相隔很短，也可以把他们区分为两个来自不同方向的同频信号。
[0079]
需要说明的是，本方案在步骤s1中的数据包中引入有频谱中k个频点示向度，示向度即为空时频特性。从而能准确分辨同频不同方向入射的目标信号。
[0080]
并且，将观测时间分成多个时隙(每个时隙包括多个输入数据包)；经过数据预处理，预处理时，通过相应频点在时隙中的示波度均值来该时隙的示向度代表值，然后通过算出置信度，只统计大于示向度代表值的置信度大于置信度判决门限时对应的时隙及频点(相当于筛选去除掉了置信度低的数据，初步提高精度)；然后依照置信度判决条件，找到该频点在不同时刻所处的状态(信号出现、信号截止、信号持续、前一信号截止后一信号起始、信号)，记录记录出现信号的参数，然后生成单频点信号表(依照置信度找到的状态，记录符合置信度的参数，相当于去除了不符合置信度的参数，进一步提高精度)；然后，将多个多个单频点信号合并为一类粗合并信号(粗合并时，需满足条件，不满足条件的去除，即进一步提高了精度)；然后将各类粗合并信号中，相应单频信号起始时间升序进行排列，然后根据满足一定条件的同一类粗合并信号中顺序排列的单频点信号，再进行精合并(相当于又去除了无法精合并的信号，再一步提高了精度)；最后生成了输出信号表。
[0081]
简而言之，通过将观测时间分成多个时隙后，通过数据预处理、粗合并、精合并，筛选出符合条件的信号，去除不符合条件的信号；一步步处理后提高最后输出信号表的精度。
[0082]
需要说明的是，本方案能够自动提取出监测频段内目标信号的主要参数(中心频率、带宽、示向度、出现及截止时间、持续时间)。
[0083]
本发明具有以下优点：
[0084]
(1)通过引入监测频段内信号的空时特征，将其与信号时频特征组成空时频特征，提高特征空间维度；进而能够准确区分同频不同方向不同时入射的目标信号；
[0085]
在引入方向特征后(具有空时频特征)，就能降低噪声对信号参数估计结果的影响，即降低除主要侦察目标外的其他信号所带来的影响；
[0086]
(例如某一频点上两个不同时出现且来自不同方向的信号a、b，若信号a是主要侦察目标，信号b则是信号a的噪声；如果不利用方向特征加以区分，则分选结果中的信号出现时间、截止时间、持续时间、示向度可能出现错误)；
[0087]
(2)通过数据预处理、粗合并、精合并，去除不符合要求的数据，使得最后生成的输出信号表的精度得到极大提高。
附图说明
[0088]
图1为本发明的流程示意图；
[0089]
图2为具体实施方式中时隙分割的示意图。
具体实施方式
[0090]
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0091]
在电子侦察领域，由于当前的超波信号分选方法仅利用到了信号的时频特征，并不能反应空间角度位置，因此无法准确分辨同频不同方向入射的目标信号。此外，由于fm信号等宽带信号的中心频率及带宽估计存在较大误差，还可能会产生虚假目标信号，传统方式通过简单的门限处理，并不能非常好地提高精度。本发明通过引入示向度，从而使得在数据处理时蕴含了空时频的特性，从而能够准确分辨同频不同方向入射的目标信号。本发明，还通过数据预处理、粗合并、精合并，以提高最终的精度，从而消除虚假目标信号。
[0092]
实施例一
[0093]
本发明流程图参考图1，一种基于空时频特征的超短波信号分选方法，包括以下步骤：
[0094]
s1、获取频谱、示向度数据，即获取固定观测时间内的数据包，数据包中包含监测带宽内频谱数据、频谱中k个频点示向度，作为输入数据。
[0095]
本实施例中，测向设备每0.5ms发出一个数据包，获取4.8s内由测向设备输出的9600个数据包，数据包中包含监测带宽内频谱数据及频谱中6400个频点示向度，作为本技术方案输入数据。
[0096]
s2、时隙分割，即将固定观测时间分为n个时隙，每个时隙包含m个输入数据包。
[0097]
本实施例中，如图2所示，将用于获取输入数据的固定观测时间分为320个时隙，每个时隙内包含30个输入数据包。
[0098]
s3、参数设定。
[0099]
计算出分割后单个时隙对应的时间；经测试精度指标，设置单频点合批示向度判决门限、多频点示向度判决门限；预设置信度判决门限、多频点合批频率判决门限、时间连续判决门限。
[0100]
本实施例中，根据时隙分割情况计算出单个时隙对应时间为15ms。由测向设备的测向精度指标设置单频点合批示向度判决门限为4
°
、多频点示向度判决门限为4
°
。一般，设置信度判决门限为96％、多频点合批频率判决门限60khz、时间连续判决门限0.3s，用于后续处理。
[0101]
s4、数据预处理，提取出超短波信号的空时频特征。
[0102]
具体步骤，经下列实施方式进行说明：
[0103]
s41、分别计算6400个频点在320个时隙的示向度均值，作为时隙的示向度代表值，
[0104][0105]
其中，dir
(k，n)
表示在时隙n中第k个频点的示向度代表值；表示在时隙n中第k个频点的示向度均值，dir
(k，n，m)
表示在时隙n里第m个数据包中第k个频点的示向度。
[0106]
s42、统计出320个时隙里各频点m个示向度数据中与对应频点示向度均值相差小于3
°
的个数，
[0107][0108]
其中，rel_num
(k，n)
表示时隙n里第k个频点的m个示向度中与时隙n里第k个频点的示向度均值相差小于3
°
的个数，表示在1≤m≤m的范围内统计满足条件[
·
]的个数。
[0109]
s43、计算出320个时隙中6400个频点示向度代表值的置信度，
[0110][0111]
其中，rel
(k，n)
表示时隙n里第k个频点示向度代表值的置信度。
[0112]
s44、统计出所有示向度代表值的置信度大于96％时对应的时隙及频点。
[0113]
s5、单频点合批处理，即遍历所有满足置信度判决条件的频点，依据这些频点在不同时隙的置信度、示向度均值等参数，找到单频点中不同时段出现的信号，并生成单频点信号表。
[0114]
具体步骤，通过以下实施方式进行说明：
[0115]
s51、依据满足置信度判决条件的频点在各时隙的置信度与示向度代表值分布情况，判定该频点在不同时刻的状态；
[0116]
状态包括：信号出现、信号截止、信号持续、前一信号截止后一信号起始、无信号。
[0117]
进一步地，各信号状态判定依据，具体实施方式如下：
[0118]
a、信号出现
[0119]
若第k个频点在时隙n的置信度大于96％，并且在时隙n-1的置信度小于96％，则认为信号在时隙n出现，记录时隙n的起始时间作为该信号起始时间，即
[0120]
rel
(k，n)
≥96％&&rel
(k，n-1)
≤96％；
[0121]
b、信号截止
[0122]
若第k个频点在时隙n的置信度小于96％，并且在时隙n-1的置信度大于96％，则认为信号在时隙n截止，记录时隙n的起始时间作为该信号截止时间，即
[0123]
rel
(k，n)
≤96％&&rel
(k，n-1)
≥96％；
[0124]
c、信号持续
[0125]
若第k个频点在时隙n及时隙n-1的置信度均大于96％，并且在时隙n与时隙n-1的示向度代表值相差小于4
°
，则认为信号在时隙n持续，即
[0126]
rel
(k，n)
≥96％&&rel
(k，n-1)
≥96％&&|dir
(k，n)-dir
(k，n-1)
|≤4
°
；
[0127]
d、前一信号截止后一信号起始
[0128]
若第k个频点在时隙n及时隙n-1的置信度均大于96％，并且在时隙n与时隙n-1的示向度代表值相差大于4
°
，则认为新信号在时隙n的起始时间开始，前一信号在时隙n的起始时间截止，即
[0129]
rel
(k，n)
≥96％&&rel
(k，n-1)
≥96％&&|dir
(k，n)-dir
(k，n-1)
|≥4
°
；
[0130]
e、无信号
[0131]
若第k个频点在时隙n及时隙n-1的置信度均小于置信度判决门限，则认为第k个频点在时隙n及时隙n-1无信号出现，即
[0132]
rel
(k，n)
≤96％&&rel
(k，n-1)
≤96％。
[0133]
s52、完成该频点在所有时隙的信号状态判定后，记录出现信号的参数，包括：频率、起始时间、截止时间、持续时间、截止点示向度、持续时间内示向度均值、持续时间内示向度方差、持续时间内测向结果置信度、持续时间内信号最大能量、持续时间内信号能量均值。
[0134]
s53、重复5.1、5.2，直至所有频点在所有时隙的信号状态判定完成后，依据记录数据生成单频点信号表。
[0135]
s6、多频点合批处理，即依据单频点信号表中各信号的起始截止时间、示向度、频点等参数，将单频点信号表中多个单频信号进行合并处理。
[0136]
s61、粗合并处理，即依据单频点信号表中各信号的示向度、频点将多个单频点信号合并为一类粗合并信号，直至单频点信号表中所有信号完成粗合并。
[0137]
进一步地，粗合并判定依据，经以下实施方式进行说明：
[0138]
a、单频点信号间的最小频率差小于60khz，且示向度差小于4
°
，则认为这些单频点信号为一类粗合并信号；
[0139]
b、单频点信号间的最小频率差大于60khz，或者示向度差大于4
°
，则认为这些单频点信号不是一类粗合并信号。
[0140]
s62、分别将各类粗合并信号中的单频信号起始、截止时间，按照单频信号起始时间升序进行排列。
[0141]
s63、精合并处理，即依据各类粗合并信号经排列后的单频信号起始、截止时间关系，判定粗合并后的各类信号状态，区分粗合并各类信号中不同时间出现的信号，直至将所有粗合并信号进行精合并处理。
[0142]
进一步地，精合并处理的判定依据，经以下实施方式进行说明：
[0143]
a、同一类粗合并信号中顺序排列的单频点信号，若前一单频信号截止时间大于等于后一单频信号起始时间，符合该判定条件的所有单频点信号为一类精合并信号；
[0144]
b、同一类粗合并信号中顺序排列的单频点信号，若前一单频信号截止时间小于后一单频信号起始时间，且前一单频信号截止时间与后一单频信号起始时间差值小于0.3s，则认为前后两信号为一类精合并信号；
[0145]
c、同一类粗合并信号中顺序排列的单频点信号，若前一单频信号截止时间小于后
一单频信号起始时间，且前一单频信号截止时间与后一单频信号起始时间差值大于0.3s，则认为前后两信号不是一类精合并信号。
[0146]
s7、完成信号分选并输出信号列表。精合并完成后，依据各类精合并信号中包含的单频点信号参数计算出精合并信号参数，生成并输出信号表，信号表中包含信号中心频率、带宽、示向度代表值、最大能量、平均能量、持续时间、起始及截止时间。
[0147]
实施例二
[0148]
提供了一种装置或系统，其包括处理器，处理器的个数可以为多个，多个处理器一起工作，用于执行一种基于空时频特征的超短波信号分选方法的步骤。
[0149]
本实施例提供的装置或系统，适用于上述任意实施例提供的基于空时频特征的超短波信号分选方法，具备相应的功能和有益效果。
[0150]
实施例三
[0151]
提供了一种计算机可读取存储介质，根据不同的连接措施，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，能实现上述任意实施例中的基于空时频特征的超短波信号分选方法。
[0152]
上述实施例仅表达了较为优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。