Link4A和Link11信号检测方法、介质及装置

摘要

本发明提供一种Link4A和Link11信号检测方法、介质及装置，所述方法包括如下步骤：S10，侦收电磁信号；S20，对侦收的电磁信号进行时频矩阵生成和增强，得到增强的时频矩阵；S30，基于增强的时频矩阵提取信号时域特征；S40，基于增强的时频矩阵提取信号频域特征；S50，基于信号时域特征和信号频域特征，完成Link4A和Link11信号检测。本发明能够完成信号时域特征的精提取和频域特征的精检测，并解决低信噪比下侦收信号特征难以获取的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及电子侦察技术领域，具体而言，涉及一种Link4A和Link11信号检测方法、介质及装置。

背景技术

战术数据链是跨域联合作战、分布式作战、马赛克战等不同场景下各类平台间进行信息交互的一种方式，是用以传输语音、图像、文本等战术数据的信息传输与战场态势共享系统，而Link4A和Link11是西方国家应用最为成熟的通用战术数据链之一，如何实现对其高效检测和识别对提高我军信息化作战能力具有重要价值。

目前，针对Link4A、Link11信号的检测识别，现有的主流方法主要采用单频域分析，或采用时频特征结合进行特征库匹配识别，但低信噪比下，信号特征淹没在噪声中，提取Link4A和Link11数据链信号时域特征和频域特征难度较大，难以准确实现Link4A和Link11信号的检测；

近些年，针对战术数据链、电台、DEM等通信信号，不少学者提出了基于深度学习的智能方法，但与信号环境、数据集数量及质量等因素密切相关，且算法复杂度高、泛化能力差、不便于工程实现；因此，如何设计一种复杂度低、泛化能力强的方法实现低信噪比下Link4A和Link11信号的快速、准确检测具有重要意义。

发明内容

本发明旨在提供一种Link4A和Link11信号检测方法、介质及装置，以完成信号时域特征的精提取和频域特征的精检测，解决低信噪比下侦收信号特征难以获取的问题，可实现Link4A和Link11信号快速、准确检测。

本发明提供的一种Link4A和Link11信号检测方法，包括如下步骤：

S10，侦收电磁信号；

S20，对侦收的电磁信号进行时频矩阵生成和增强，得到增强的时频矩阵；

S30，基于增强的时频矩阵提取信号时域特征；

S40，基于增强的时频矩阵提取信号频域特征；

S50，基于信号时域特征和信号频域特征，完成Link4A和Link11信号检测。

进一步的，步骤S20包括如下子步骤：

S21，对侦收的电磁信号分段，将每段电磁信号进行FFT变换，得到信号的时频矩阵；

S22，设置合适的时间滑窗窗口大小，通过将信号的时频矩阵在时间上滑窗累加实现时域一次增强，得到时域一次增强后的时频矩阵；

S23，设置合适的频率滑窗窗口大小，通过将时域一次增强后的时频矩阵在频率上滑窗累加实现频域二次增强，得到频域二次增强后的时频矩阵。

进一步的，所述频率滑窗的窗口大小必须大于时间滑窗的窗口大小。

进一步的，步骤S30包括如下子步骤

S31，将频域二次增强后的时频矩阵每一行与判决门限相比较：

若大于判决门限，则时域特征矩阵赋值为大于等于判决门限的个数；

若小于判决门限，则时域特征矩阵赋值为行数；

S32，通过遍历时域特征矩阵，提取信号的起始时间和结束时间，从而得到信号持续时间；此信号持续时间即为信号时域特征。

进一步的，步骤S40中基于增强的时频矩阵提取信号频域特征的过程包括：

首先在二次增强后时频矩阵中找到最大值所在行maxRow和列maxCol；

然后基于频率分辨率设置合理设置门限thre，在原始时频矩阵行maxRow±thre、maxCol±thre范围内搜索最大值，从而找到原始时频矩阵能量峰值对应的信号频点，此信号频点即信号频域特征。

进一步的，步骤S50中基于信号时域特征和信号频域特征完成Link4A和Link11信号检测的方法包括：

通过将提取的信号持续时间及精检测的信号频点与Link4A和Link11的帧长与工作频率比较，完成Link4A和Link11信号检测。

在一些实施例中，步骤S10中，所述侦收电磁信号是指侦收包括空中、陆地和海面的不同域不同平台和装备所配备的225～400MHz频段范围内的电磁信号。

本发明还提供一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，所述计算机终端可执行指令用于执行上述的Link4A和Link11信号检测方法。

本发明还提供一种计算装置，包括：

至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的Link4A和Link11信号检测方法。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明能够完成信号时域特征的精提取和频域特征的精检测，并解决低信噪比下侦收信号特征难以获取的问题。其中：

1、通过时域一次增强、频域二次增强，极大提升了时频图中信号和噪声的差异性，解决低信噪比下信号与噪声区分度差的问题，从而得到清晰的时频图。

2、时域上通过自适应判决门限设置，简化了信号持续时间的提取，便于与Link4A、Link11信号帧长匹配，解决了传统方法提取信号起止时间难度大、复杂度高的问题。

3、频域上通过二次增强后时频矩阵判断能量峰值，实现信号频点的粗检测；基于频率分辨率设置合理门限并搜索原始时频矩阵，实现信号频点精检测，提高Link4A、Link11信号检测准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中一种Link4A和Link11信号检测方法的流程图。

图2为本发明实施例中二次增强时频矩阵的流程图。

图3为本发明实施例中基于时频矩阵的信号持续时间提取的流程图。

图4为本发明实施例中基于时域特征的Link4A、Link11检测的流程图。

图5为本发明实施例中增强后时频矩阵和原始时频矩阵频率匹配的流程图。

图6为本发明实施例中信噪比-21dB时Link11原始时频图。

图7为本发明实施例中信噪比-21dB时Link11增强后的时频图。

图8为本发明实施例中Link4A信号时频图特征展示图。

图9为本发明实施例中Link11信号时频图特征展示图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

实施例

如图1所示，本实施例提出一种Link4A和Link11信号检测方法，包括如下步骤：

S10，侦收电磁信号；

所述侦收电磁信号是指能够侦收包括空中、陆地和海面等不同域不同平台和装备所配备的225～400MHz频段范围内的电磁信号，包含Link4A、Link11及其他类型电磁信号，便于后续步骤实施。

S20，对侦收的电磁信号进行时频矩阵生成和增强，得到增强的时频矩阵；

传统基于STFT、WVD等时频变换方法生成信号的时频图，硬件实现复杂度高，由此，本实施例通过将信号分段后进行FFT得到其时频矩阵，易于装配。其次传统的基于时频图的信号检测方法在低信噪比下检测效果差，由此，本实施例提出的时频图二次增强方法能极大增强信号和噪声的差异性，便于判断信号的起始时间、结束时间及频率。如图2所示，步骤S20包括如下子步骤：

S21，对侦收的电磁信号分段，将每段电磁信号进行FFT变换，得到信号的时频矩阵，表示为：

TFMatrix＝abs(fftshift(fft(signal,n))) (1)

其中，时频矩阵的行代表时间，列代表频率；signal为侦收的电磁信号，n为FFT点数，TFMatrix为FFT变换后得到的信号的时频矩阵。

S22，设置合适的时间滑窗窗口大小，通过将信号的时频矩阵在时间上滑窗累加实现时域一次增强，得到时域一次增强后的时频矩阵，表示为：

TFAugMatrixRow＝sum(TFMatrix(i,j:j+winRow-1)) (2)

其中，winRow为按行时间滑窗的窗口大小，i、j分别代表时频矩阵的行和列下标，TFAugMatrixRow为时域一次增强后的时频矩阵。需要说明的是，时间滑窗窗口设置过大或过小都会导致信号的时域增强效果微弱，无法增大信号与噪声的差异性。

S23，设置合适的频率滑窗窗口大小，通过将时域一次增强后的时频矩阵在频率上滑窗累加实现频域二次增强，得到频域二次增强后的时频矩阵，表示为：

TFAugMatrix＝sum(TFAugMatrixRow(i,j:j+winCol-1)) (3)

其中，winCol为按列频率滑窗的窗口大小，TFAugMatrix为频域二次增强后的时频矩阵；需要说明的是，频率滑窗窗口设置过大或过小都会导致信号的频域增强效果微弱，导致有用信号和噪声区分度差。本实施例中，频率滑窗的窗口大小必须大于时间滑窗的窗口大小，这样才能更大程度上实现时频图上有用信号的频率叠加。

S30，基于增强的时频矩阵提取信号时域特征；如图3所示，具体包括如下子步骤：

S31，将频域二次增强后的时频矩阵每一行与判决门限相比较：

若大于判决门限，则时域特征矩阵赋值为大于等于判决门限的个数；

若小于判决门限，则时域特征矩阵赋值为行数；

步骤S31的过程表示为：

max Value＝max(max(TFAugMatrix)) (4)

thr＝δ×maxValue (5)

其中，maxValue为频域二次增强后的时频矩阵最大值，rows为矩阵行数，δ为设置的门限因子，thr为判决门限，TimeFeat为时域特征矩阵。

S32，通过遍历时域特征矩阵，提取信号的起始时间和结束时间，从而得到信号持续时间；此信号持续时间即为信号时域特征。

S40，基于增强的时频矩阵提取信号频域特征；

如图5所示，首先在二次增强后时频矩阵中找到最大值所在行maxRow和列maxCol，实现信号频点粗检测；然后基于频率分辨率设置合理设置门限thre，在原始时频矩阵行maxRow±thre、maxCol±thre范围内搜索最大值，从而找到原始时频矩阵能量峰值对应的信号频点，实现信号频点精检测，极大地减小频点检测误差，此信号频点即信号频域特征。此过程表示为：

mat＝TFMatrix((max Row-thre:max Row+thre-1,max Col-thre:max Col+thre-1)) (7)

max Final＝find(mat＝＝max(max(mat))) (8)

S50，基于信号时域特征和信号频域特征完成Link4A和Link11信号检测。如图4、图6、图7、图8、图9所示，具体地：

通过将提取的信号持续时间及精检测的信号频点与Link4A和Link11的帧长与工作频率比较，完成Link4A和Link11信号检测。其中，Link4A信号在时域上特征表现为14ms的控制信号与11.2ms的应答信号交替出现，14ms的控制信号与11.2ms的应答信号之间的时差随机，但14ms的控制信号与下一个14ms的控制信号的间隔固定为32ms。但实际侦收信号是13.8ms而非14ms，这是由于14ms控制信号结尾处的0.2ms为非键控信号，在侦收时能否接收到暂时未知，因此暂按13.8ms处理。同理，应答信号结尾处的0.2ms也为非键控信号，实际侦收信号按11ms处理。Link4A信号具有固定的起始帧，且控制信号与应答信号相同，均为1.6ms时长1、0交替的同步头与0.8ms全0的保护脉冲。而Link4A信号在频域上特征表现为，其工作频段为[225MHz,400MHz]，工作频点的频率间隔为25kHz。其调制方式为工作频点±20KHz的FSK调制。因此，在时频图上体现为能量峰值在相隔大约40kHz的两个频率采样点上交替出现。

Link11信号在时域上由若干个时长为13.33ms或22ms的数据帧组成，帧数由工作模式、信号类型及信息帧长度共同决定。因此Link11的时域特征有较大的随机性，仅能确定其帧长度满足(6+N)*L的特点，其中，6为所有信号体制共有的5帧前导码与1帧相位参考帧，N为每段信号随机的信息帧，L为每一帧的时长(13.33ms或22ms)。

此外，在一些实施例中，提出一种计算机终端存储介质，存储有计算机终端可执行指令，所述计算机终端可执行指令用于执行如前文实施例所述的Link4A和Link11信号检测方法。计算机存储介质的示例包括磁性存储介质(例如，软盘、硬盘等)、光学记录介质(例如，CD-ROM、DVD等)或存储器，如存储卡、ROM或RAM等。计算机存储介质也可以分布在网络连接的计算机系统上，例如是应用程序的商店。

此外，在一些实施例中，提出一种计算装置，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如前文实施例所述的Link4A和Link11信号检测方法。计算装置的示例包括PC机、平板电脑、智能手机或PDA等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。