1、西安电子科技大学西安电子科技大学信息对抗技术系信息对抗技术系冯小平冯小平第第2章章 通信侦察通信侦察和通信信号频率测量和通信信号频率测量西安电子科技大学电子工程学院3第第2章作业章作业习题习题2-3习题习题2-7习题习题2-9习题习题2-10习题习题2-12习题习题2-14西安电子科技大学电子工程学院4第第2章章 内容简介内容简介2.1通信侦察系统概述通信侦察系统概述2.2通信系统和通信信号的基本特点通信系统和通信信号的基本特点2.3频率测量的技术指标和分类频率测量的技术指标和分类2.4信号频率的直接检测方法信号频率的直接检测方法2.5 信号频率的变换域检测方法信号频率的变换域检测方法2.6
2、数字化测频方法数字化测频方法西安电子科技大学电子工程学院52.1 通信侦察系统概述通信侦察系统概述2.1.1 通信侦察系统的含义、分类和特点通信侦察系统的含义、分类和特点2.1.2 通信侦察系统的任务通信侦察系统的任务2.1.3 通信侦察系统的用途通信侦察系统的用途2.1.4 通信侦察系统的发展趋势通信侦察系统的发展趋势2.1.5 通信侦察系统组成通信侦察系统组成2.1.6 通信侦察系统的主要技术指标通信侦察系统的主要技术指标西安电子科技大学电子工程学院62.1.1 含义、分类和特点含义、分类和特点1）含义）含义 通信侦察利用专门的电子接收机截获目标辐射源的无线电通信信号，检测分析通信辐射源信
3、号的特征参数和技术体制，测量通信辐射源的方向和位置，判断目标的类型及其搭载平台的属性，为通信干扰提供技术支持，或者获取军事通信情报。西安电子科技大学电子工程学院72.1.1 含义、分类和特点含义、分类和特点2）分类分类 按照通信侦察设备承担的任务，可分为：情报侦察、支援侦察、干扰引导侦察、反辐射引导侦察、电磁频谱侦察。按照侦察设备作用范围和作战级别的不同，可分为：战术通信侦察、战略通信侦察。战术通信侦察战术通信侦察 侦察范围相对较小，但实时性要求高 战略通信侦察战略通信侦察 侦察范围包括陆、海、空、天的全球通信，主要针对国家军事指挥中心和战区指挥部之间以及与执行特殊任务的作战部队之间的通信。其
4、他分类方法：按照工作频段按照工作频段 短波、超短波、微波等；按照侦察平台按照侦察平台 车载、机载、星载等；按照侦察对象按照侦察对象 常规通信、扩频通信、跳频通信等；西安电子科技大学电子工程学院82.1.1 含义、分类和特点含义、分类和特点3）特点特点 频域覆盖宽 侦察区域范围广 侦察信号环境复杂 被动侦察 实时、快速、持久西安电子科技大学电子工程学院92.1.2 2.1.2 通信侦察系统的任务通信侦察系统的任务1）通信信号的搜索和截获通信信号的搜索和截获 通信侦察的的首要任务就是截获所处地域的感兴趣的无线电通信信号。通信信号出现的方向、频率、时间、强度等，对于通信侦察设备而言是完全或者部分未知
5、和随机的，所以，通信侦察设备实际上是使用一个空域、频域、时域、能量域窗口构成的多维搜索窗，按照一定的截获概率获取感兴趣的通信信号。西安电子科技大学电子工程学院102.1.2 2.1.2 通信侦察系统的任务通信侦察系统的任务通信信号的搜索和截获通信信号的搜索和截获 截获通信信号的四个基本条件：空域重合 频域重合 时域重合 能量足够 西安电子科技大学电子工程学院112.1.2 2.1.2 通信侦察系统的任务通信侦察系统的任务2）通信信号的参数分析和检测通信信号的参数分析和检测 通信信号的技术参数主要有：中心频率、带宽、信号相对电平、调制参数、数据速率、跳频速率和频率集等。通信信号的技术参数获取大多
6、采用数字信号处理的方法实现，如利用频域分析方法得到信号的中心频率、带宽和相对电平；利用时域分析方法得到码元宽度、码元速率、跳频速率等通信信号的其它参数。近几年也有采用时频分析等现代信号处理方法，获取通信信号的参数。西安电子科技大学电子工程学院122.1.2 2.1.2 通信侦察系统的任务通信侦察系统的任务3）通信辐射源测向和定位通信辐射源测向和定位 测向方法主要有：比幅测向、干涉仪测向等传统测向方法，近年来也采用空间谱估计测向等现代测向方法。定位方法主要有：交叉定位（测向支持）；时差定位（精确时差测量）。西安电子科技大学电子工程学院132.1.2 2.1.2 通信侦察系统的任务通信侦察系统的任
7、务4 4）通信信号分选、调制分类和网台识别通信信号分选、调制分类和网台识别信号分选和分离：信号分选和分离：调制分类之前，需要按照通信信号的中心频率和带宽，对侦察频带中的多个通信信号进行分选和分离，把它们分离成单一的信号，信号分选和分离利用中心频率和带宽可调的窄带滤波器或者信道化滤波器等方法实现。西安电子科技大学电子工程学院142.1.2 2.1.2 通信侦察系统的任务通信侦察系统的任务通信信号分选、调制分类和网台识别通信信号分选、调制分类和网台识别调制分类识别：调制分类识别：调制分类根据通信信号各种调制方式的特点，提取反映调制类型的特征参数，构成特征参数集，按照一定的准则进行调制分类。通信网台
8、识别：通信网台识别：利用通信信号的信号特征实现，所谓信号特征应该是信号的信息内容、信号的技术参数和信号的通联特征的总和。目前在通信网台识别中，主要使用技术参数和联通特征。西安电子科技大学电子工程学院152.1.2 2.1.2 通信侦察系统的任务通信侦察系统的任务通信信号分选、调制分类和网台识别通信信号分选、调制分类和网台识别信号的技术参数：信号的技术参数：包括频域参数（如工作频率、信号带宽、频谱结构等）、时域特性（如波形、传输速率、跳频速率等）、空域特性（如到达方向、电波极化等）、调制域特性（如调制参数等）以及细微特征（如信号载频的准确度和稳定度、语音信号的语音特征、信号的伴生杂散电平等，是信
9、号的第二类技术特征，俗称“指纹”）。信号的通联特征：信号的通联特征：指信号与外部的联络关系，如通信体制、通信对象和业务量大小、使用频度、通信功率的大小等，以此可判断和识别该通信网台的重要程度、级别、属性及相互关系等。等。西安电子科技大学电子工程学院162.1.2 2.1.2 通信侦察系统的任务通信侦察系统的任务5 5）通信信号解调和信息恢复通信信号解调和信息恢复 通信信息调制在载波上，只有解调后才能获得所传输的信息内容。模拟解调：模拟解调：解调和监听的实现比较容易。数字解调：数字解调：数字通信信号调制方式多，解调器应具备通用性和盲解调技术。即：应该能够适用不同的调制方式和调制参数的数字通信信号
10、的解调；在缺乏有关信号参数先验知识的前提下实现解调。西安电子科技大学电子工程学院172.1.2 2.1.2 通信侦察系统的任务通信侦察系统的任务6 6）通信侦察情报的融合处理）通信侦察情报的融合处理 通信侦察情报融合的目的，就是将各个设备观测到的大量的通信辐射源报告，进行综合分析和相关处理，形成有价值的、统一的侦察情报，从而得出敌方通信态势和对态势的评价，以及对敌方兵力部署和作战意图的分析，并产生决策建议，上报给指挥中心。西安电子科技大学电子工程学院182.1.3 通信侦察系统的用途通信侦察系统的用途通过通信侦察可以获取以下信息：作战情报 包含战场信息 技术情报 包含干扰引导信息 通信情报 战
11、场态势信息西安电子科技大学电子工程学院192.1.4 2.1.4 通信侦察的关键技术和发展趋势通信侦察的关键技术和发展趋势1 1）通信侦察的关键技术）通信侦察的关键技术密集信号环境下的快速分选和识别技术高速跳频信号的侦察技术（高速捕获、跟踪）直扩通信信号的侦察技术（低信噪比检测）超低相位噪声的快速频率合成技术（混频质量）新体制通信信号侦察技术西安电子科技大学电子工程学院202.1.4 2.1.4 通信侦察的关键技术和发展趋势通信侦察的关键技术和发展趋势 2 2）通信侦察的发展趋势通信侦察的发展趋势高频段和宽频带 数字化和网络化 软件无线电侦察技术 多平台、多手段综合一体化侦察技术 新体制通信信
12、号侦察技术西安电子科技大学电子工程学院212.1.5 2.1.5 通信侦察系统组成通信侦察系统组成 典型的通信侦察设备包括天线、射频接收机、测向设备、通信信号分析和处理设备、通信情报分析设备、通信链路和控制设备等组成。其组成如下图所示：西安电子科技大学电子工程学院222.1.5 2.1.5 通信侦察系统组成通信侦察系统组成 1 1）天线）天线 通信侦察系统的天线包括侦察天线和测向天线，在某些情况下测向天线和侦察天线共用。通信侦察侦察截获天线通常使用宽频段、宽波束天线。测向天线也是宽频段天线，但是根据测向方法的不同，使用不同结构形式的多元天线。2 2）射频接收机）射频接收机 射频接收机在宽频带范
13、围内将射频信号混频、放大，为信号分析和测向处理设备通过足够强的输出信号变换成中频信号输出。通信侦察的射频接收机可以是窄带搜索接收机，也可以是宽带接收机。对于测向系统，它的射频接收机一般是多通道的。西安电子科技大学电子工程学院232.1.5 2.1.5 通信侦察系统组成通信侦察系统组成3）测向设备）测向设备 测向设备完成对通信辐射源信号的到达方向测量。目前常用的测向技术包括振幅测向、相位测向、多普勒测向、空间谱估计测向等技术。测向设备可以独立工作，也可以与侦察分析设备协同工作。当测向设备独立工作时，它也具备一定的信号分析和处理功能。当多个测向设备协同工作时，还可以实现对通信辐射源的定位。4）通信
14、信号分析和处理设备）通信信号分析和处理设备 通信信号处理和分析设备完成对通信信号的参数测量和分析，获取通信信号的频率、带宽、调制类型、调制参数等基本技术参数。它还担负通信信号类型识别、网台识别任务，以及对通信信号的解调、解扩和监听监测任务。西安电子科技大学电子工程学院242.1.5 2.1.5 通信侦察系统组成通信侦察系统组成5）通信情报分析设备）通信情报分析设备 通信情报分析设备利用通信信号分析和处理设备得到的通信信号技术参数，测向设备得到的通信信号的到达方向参数，进行综合分析处理，得到通信情报。通信情报在通过通信网络传送到上级指挥中心的同时，也在本地记录和显示。西安电子科技大学电子工程学院
15、252.1.62.1.6通信侦察系统的主要技术指标通信侦察系统的主要技术指标1 1）系统总体技术指标）系统总体技术指标 侦察作用距离 空域覆盖范围 工作频率范围 系统灵敏度 测频精度 测向精度 信号截获概率 系统反应时间 西安电子科技大学电子工程学院262.1.62.1.6通信侦察系统的主要技术指标通信侦察系统的主要技术指标2 2）接收机射频通道指标接收机射频通道指标 接收机灵敏度 接收机瞬时带宽频率搜索速度 频率搜索间隔（最小频率间隔）接收机动态范围选择性（选择有用信号能力）西安电子科技大学电子工程学院272.1.62.1.6通信侦察系统的主要技术指标通信侦察系统的主要技术指标3 3）信号分
16、析和处理指标信号分析和处理指标信号环境适应能力 信号处理带宽 信号处理时间 信号正确识别概率 频率分辩率西安电子科技大学电子工程学院282.2 通信系统和通信信号的基本特点通信系统和通信信号的基本特点2.2.1 2.2.1 通信系统的组成和特点通信系统的组成和特点2.2.2 2.2.2 模拟通信信号的基本类型和特点模拟通信信号的基本类型和特点2.2.2 2.2.2 数字通信信号的基本类型和特点数字通信信号的基本类型和特点 西安电子科技大学电子工程学院292.2.12.2.1通信系统的组成和特点通信系统的组成和特点1 1）通信系统组成框图通信系统组成框图西安电子科技大学电子工程学院302.2.1
17、2.2.1通信系统的组成和特点通信系统的组成和特点2 2）编码编码/解码解码（a）信源编码）信源编码 通信系统的信源可以是模拟信源，如音频信号、视频信号等；也可以是数字信源，如字符、数据、文件等。不管是模拟信源还是数字信源，在进行信源编码后，都转换为二进制形式的信息码流。常用的信源编码技术有：脉冲编码调制（PCM）增量编码调制（DPCM）、子带编码（SBC）、自适应变换编码（ATC）等。西安电子科技大学电子工程学院312.2.12.2.1通信系统的组成和特点通信系统的组成和特点2 2）编码编码/解码解码（b）信道编码）信道编码 信号在信道中传输的过程中，会受到各种信道噪声、无意或者有意干扰，引
18、起传输错误。信道编码的目的是检测或者纠正传输过程中的错误，提高信息传输的可靠性和质量。信道编码有三类基本方式，一种是前向纠错控制（FEC），其次是检错重发（ARQ），最后是混合方法，FEC和ARQ结合。西安电子科技大学电子工程学院322.2.12.2.1通信系统的组成和特点通信系统的组成和特点3 3）加密）加密/解密解密 对所传输的信息进行人为“扰乱”，即加上密码，以满足保密要求。4 4）调制）调制/解调解调调制 调制的主要作用是将基带信号的频谱搬移到射频去，使信号变换为适合于信道传输或者实现信道复用的频带信号。其次它可以提高系统传输的可靠性和有效性。调制调制 可以分为模拟调制和数字调制两种方
19、式，对于模拟调制，基带信号是连续信号，而数字调制，基带信号是离散信号。调制器需要载波信号，常用的载波信号是正弦波和脉冲波。正弦波作为载波的调制称为正弦调制，而脉冲作为载波的调制称为脉冲调制。西安电子科技大学电子工程学院332.2.22.2.2模拟通信信号基本类型和特点模拟通信信号基本类型和特点常用的模拟调制信号是调幅（AM）和调频（FM）。模拟通信信号可以表示为：（2.2-1）式中是信号的瞬时幅度，是信号的载波频率，是信号的瞬时相位。信号的瞬时频率可以从（2.2-2）式确定：（2.2-2）)(2cos()()(ttftAtsc)(21)(tftfc西安电子科技大学电子工程学院342.2.22.
20、2.2模拟通信信号基本类型和特点模拟通信信号基本类型和特点1)调幅信号AM：西安电子科技大学电子工程学院352.2.22.2.2模拟通信信号基本类型和特点模拟通信信号基本类型和特点 AMAM信号基本特点是：信号基本特点是：1）其包络是变化的，且变化规律与基带信号有关。2）其载波频率是恒定的，与基带信号无关。3）AM信号的带宽是基带信号带宽的12倍。当它是DSB形式时，已调信号的带宽是基带调制信号的2倍；当它是SSB形式时，已调信号的带宽与基带调制信号相同；当它是VSB形式时，已调信号的带宽处于基带调制信号12倍之间。4）AM信号中可能包含载波分量，这是DSB信号；或者不包含载波分量，这是SC-
21、DSB信号。西安电子科技大学电子工程学院362.2.22.2.2模拟通信信号基本类型和特点模拟通信信号基本类型和特点2)调频信号（FM）调频信号（FM）可以表示为：（2.2-11）式（2.2-11）的调频信号表达式，可以通过在式（2.1-1）中，按照以下方式得到。令，其中 是载波幅度，是模拟基带信号，并且满足 ，是调频斜率，它与调频指数 的关系为：（2.2-12）)(22cos()(0dmKtfAtstfcFMdmKtAtAtf)(2)(,)(00A)(tm1)(tmfKfmmmmffffKm西安电子科技大学电子工程学院372.2.22.2.2模拟通信信号基本类型和特点模拟通信信号基本类型和特
22、点 FMFM信号基本特点是：信号基本特点是：1）其包络是恒定的。2）其载波频率是变化的，其变化规律与基带信号有关。3）FM信号的带宽与基带信号带宽和调频指数有关，通常其带宽比AM信号宽的多。西安电子科技大学电子工程学院382.2.32.2.3数字通信信号基本类型和特点数字通信信号基本类型和特点常用的数字调制信号为ASK、PSK、FSK、QAM等。下面我们来分析这些信号的基本特点。对式（2.2-1）进行三角变换，可以得到：（2.2-15）令：（2.2-16）则有：（2.2-17）也就是说通信信号可以表示成为上述的正交表达式。或者说，任何通信信号都可以利用两个正交的基带信号和产生。)2sin()(
23、sin()()2cos()(cos()()(2cos()()(tfttAtfttAttftAtsccc)(sin()()()(cos()()(ttAtQttAtI)2sin()2cos()()(tfQtftItscc西安电子科技大学电子工程学院392.2.32.2.3数字通信信号基本类型和特点数字通信信号基本类型和特点 1）2ASK信号信号 即二进制幅度键控信号，也称为OOK。在式（2.2-17）中，令，可以得到2ASK信号的时域表达式为：（2.2-18）其中g(t)是持续时间为的矩形脉冲，是二进制符号序列。如果在一个码元持续时间 内观察时，则2ASK信号当 an 0时，不发送高频脉冲，而当
24、an 1时，则发送高频脉冲。0)(),()(tQnTtgatIsnn)2cos()()(2tfnTtgatscsnnASK1,0na,0sT西安电子科技大学电子工程学院402.2.32.2.3数字通信信号基本类型和特点数字通信信号基本类型和特点 1）2ASK信号信号(续续)从上述的分析可以看出，2ASK信号的基本特点是：其包络是变化的，其载波频率恒定的。功率谱中包含载波分量。功率谱的连续谱的形状是sa()函数，其第一零点宽度为 。信号带宽是基带脉冲波形带宽的2倍，近似为 。sf2sf2西安电子科技大学电子工程学院412.2.32.2.3数字通信信号基本类型和特点数字通信信号基本类型和特点 2）
25、2PSK信号信号 即二进制相移键控信号。在式（2.2-17）中，令可以得到2PSK信号的时域表达式为：（2.2-18）注意到上述表述与2ASK是类似的，所不同的是符号序列的取值。对于2PSK调制，。如果在一个码元持续时间 内观察时，2PSK信号发送的是载波初始相位分别是0或者的高频脉冲序列，因此这种方式也称为绝对相移键控信号。PSK信号的另外一种形式是相对（差分）相移键控信号（DPSK），它利用前后相邻码元的载波相位差表示二进制信息。0)(),()(tQnTtgatIsnn)2cos()()(2tfnTtgatscsnnASK1,1na,0sT西安电子科技大学电子工程学院422.2.32.2.
26、3数字通信信号基本类型和特点数字通信信号基本类型和特点 2）2PSK信号信号从上述的分析可以看出，2PSK信号的基本特点是：其包络是恒定的，其载波频率恒定的。信号中个码元的初始相位与信息码有关。功率谱可能不包含载波分量，其连续谱的形状是sa()函数，其第一零点宽度为 。信号带宽是基带脉冲波形带宽的2倍，近似为sf2sf2西安电子科技大学电子工程学院432.2.32.2.3数字通信信号基本类型和特点数字通信信号基本类型和特点 3）2FSK信号信号2FSK信号，即二进制频移键控信号。2FSK信号的时域表达式为：（2.2-22）其中 ，是 的反码，和 分别时码元载波初始相位。如果在一个码元持续时间
27、内观察时，2FSK信号当 1时，发送高频脉冲的载波频率是 ，而当 0时，发送高频脉冲的载波频率是 。)2cos()()2cos()()(212nsnnnsnnFSKtfnTtgatfnTtgats1,0nananann,0sTnana1f2f西安电子科技大学电子工程学院442.2.32.2.3数字通信信号基本类型和特点数字通信信号基本类型和特点 3）2FSK信号信号2FSK信号的基本特点是：其包络是恒定的，其载波频率是变化的，它有两个发送频率 和 。信号的发送频率与信息码有关。功率谱可能包含载波分量，位于其两个发送频率 和 。信号带宽为 。1f2f1f2fsfffB212西安电子科技大学电子工
28、程学院452.2.32.2.3数字通信信号基本类型和特点数字通信信号基本类型和特点 4）QAM信号信号QAM信号，即正交幅度调制信号，也称为幅度相位联合键控信号。在式（2.2-17）中，令，可以得到QAM信号的时域表达式为：（2.3-24）从上式可以看出，QAM信号可以看成是两个正交信号的和。目前常用的QAM信号主要是16QAM和64QAM信号。nsnnnsnnnTtgatQnTtgatIsin)()(,cos)()()2cos(sin)()2cos(cos)()(tfnTtgatfnTtgatscnsnncnsnnQAM西安电子科技大学电子工程学院462.2.32.2.3数字通信信号基本类型
29、和特点数字通信信号基本类型和特点4）QAM信号信号QAM信号的基本特点是：其包络是变化的，载波频率是恒定的。码元初始相位与信息码有关。功率谱形状与PSK信号类似，信号带宽与PSK信号相同。西安电子科技大学电子工程学院472.2.32.2.3数字通信信号基本类型和特点数字通信信号基本类型和特点5）数字通信信号的星座图数字通信信号的星座图 数字通信信号都可以利用正交形式表示。如果以 为横坐标，为纵坐标，将 和 的取值打点画出来，这种图形称为星座图。常见数字通信信号的星座图如下图所示：ASK信号的星座图最简单，只有分量，QAM信号的最复杂。)(tI)(tQ)(tI)(tQ西安电子科技大学电子工程学院
30、482.3 2.3 频率测量的技术指标和分类频率测量的技术指标和分类2.3.1 频率测量的技术指标2.3.2测频技术分类西安电子科技大学电子工程学院492.3 2.3 频率测量的技术指标和分类频率测量的技术指标和分类 通信信号的频域参数包括载波频率、带宽、码元速率、扩频/跳频速率等。本节介绍通信信号载波频率的测量，载波频率是通信信号的基本和重要特征，它具有相对稳定性，也是通信对抗系统进行信号分选、识别、干扰的基本参数之一。西安电子科技大学电子工程学院502.3.1 频率测量的技术指标 测频时间：测频时间是指从接收机截获信号至测频输出测频结果所需的时间。对于通信侦察系统，希望测频时间越短越好。测
31、频时间直接影响到侦察系统的截获概率和截获时间。频域截获概率：即频率搜索概率，信号的频率搜索概率定义为 （2.3-1）其中 是测频接收机瞬时带宽，是测频范围，即侦察频率范围。例如，10MHz，1000MHz，则频率搜索概率1105，可见搜索接收机的频率搜索概率很低。121fffPrIFrf 12ff rf12ff 西安电子科技大学电子工程学院512.3.1 频率测量的技术指标 截获时间：达到给定的截获概率所需的时间。如果采用非搜索测频接收机，则信号的截获时间为 （2.3-2）其中 侦察系统的通过时间，是测频时间。fmTHIFTTT1THTfmT西安电子科技大学电子工程学院522.3.1 频率测量
32、的技术指标 测频范围：测频范围：测频系统最大可测的信号的频率范围；瞬时带宽瞬时带宽：测频系统在任一瞬间可以测量的信号的频率范围；频率分辨力：频率分辨力：测频系统所能分开的两个同时到达信号的最小频率差；测频精度：测频精度：测频误差的均方根误差称为测频精度。不同的测频系统的测频范围、瞬时带宽、频率分辨力差异很大。传统的宽带测频接收机的瞬时带宽很宽，其频率截获概率高，但频率分辨率很低，等于瞬时带宽。而窄带搜索接收机的瞬时带宽很窄，频率截获概率很低，但频率分辨率很高。传统搜索接收机的最大测频误差为：（2.3-3）瞬时带宽越宽，测频误差越大。rff21max西安电子科技大学电子工程学院532.3.1 频
33、率测量的技术指标可测频信号类型可测频信号类型通信信号可以分成常规通信信号和扩频（特殊）通信信号。n常规通信信号包括模拟调制信号，如AM、FM，数字调制信号如2ASK、2PSK、QPSK、2FSK、8FSK等，n 扩频（特殊）通信包括DS-SS，FH-SS，QAM、FDMA、CDMA、TDMA等。一般而言，常规通信信号测频比特殊通信信号的测频容易。扩频通信信号的测频比较困难，特别是跳频和跳时扩频通信信号、突发通信信号等。西安电子科技大学电子工程学院542.3.2测频技术分类测频通常是在侦察系统的前端完成的。按照测频系统采用的技术原理，可以把测频技术分为三类，它们分别是直接测量法、变换测量法，其分
34、类如下图所示：测频技术直接测频变换测频搜索频率窗毗邻频率窗窄带搜索法宽带搜索法模拟信道化数字信道化傅立叶变换Chirp变换声光相关器数字DFT测频压缩接收机西安电子科技大学电子工程学院552.4 通信信号频率的直接测量通信信号频率的直接测量2.4.1 2.4.1 频率搜索接收机的基本原理频率搜索接收机的基本原理2.4.2 2.4.2 频率搜索方式频率搜索方式2.4.3 2.4.3 频率搜索时间和速度频率搜索时间和速度2.4.4 2.4.4 信道化接收机信道化接收机西安电子科技大学电子工程学院562.4.12.4.1频率搜索接收机的基本原理频率搜索接收机的基本原理1)频率搜索接收机概述频率搜索接
35、收机概述频率搜索接收机通常利用超外差接收机完成。按照频率搜索的瞬时带宽，可以将搜索接收机分为宽带搜索和窄带搜索。n宽带搜索是指在接收机的瞬时带宽同时存在多个不同频率的通信信号，或者说接收机的瞬时带宽大于信号带宽。n而窄带搜索是指在接收机的瞬时带宽内只存在一个信号。西安电子科技大学电子工程学院572.4.12.4.1频率搜索接收机的基本原理频率搜索接收机的基本原理2)频率搜索接收机组成频率搜索接收机组成搜索式超外差接收机原理如下图所示 主要优点：由于中频频率很低，所以可以到达良好的频率选择性和接收机灵敏度，同时中频信号保持着通信信号的幅度、频率和相位信息；主要缺点：存在寄生信道干扰，窄带搜索接收
36、机搜索时间长，降低了系统频率截获概率。西安电子科技大学电子工程学院582.4.12.4.1频率搜索接收机的基本原理频率搜索接收机的基本原理3)频率搜索接收机寄生信道及其消除方法频率搜索接收机寄生信道及其消除方法（1）微波预选-本振统调（2）宽带滤波-高中频（3）常用镜像抑制混频器（4）采用零中频技术 fIfRfLfmf中频主频本振镜频西安电子科技大学电子工程学院592.4.22.4.2频率搜索方式频率搜索方式 连续搜索和步进搜索两种方式：连续搜索又分为单程搜索和双程搜索方式，步进搜索又分为等间隔搜索和灵巧搜索方式。西安电子科技大学电子工程学院602.4.32.4.3频率搜索时间频率搜索时间频率
37、搜索时间频率搜索时间频率搜索时间是指搜索完给定频率范围所需的时间。它与频率搜索范围、频率步进间隔、信道间隔、本振换频时间、搜索驻留时间等因素有关。宽带搜索接收机，频率步进间隔为搜索带宽（中频带宽）的二分之一。频率步进搜索过程中的本振频率点数为：（2.3-9）宽带接收机一次完成多个通信信道的搜索，它的频率搜索时间为：（2.3-10）窄带搜索接收机，频率步进间隔为通信信号的最小信道间隔。相应的频率步进搜索过程中的本振频率点数为：（2.3-11）窄带搜索接收机一次完成单个通信信道的搜索，它的频率搜索时间为：IwbfffN122)(strswbfwbTTNTfffNnb12)(strsnbfnbTTN
38、T西安电子科技大学电子工程学院612.4.32.4.3频率搜索时间频率搜索时间频率搜索时间计算举例频率搜索时间计算举例设超短波通信电台的频率范围为3090MHz，信道间隔为25kHz，本振换频时间为100s，搜索驻留时间为1000s。如果利用窄带频率搜索接收机，那么本振频率点数为：(9030)106/(25103)=2400 频率搜索时间为:2400(1001000)2640000s2640ms为了减小频率搜索时间，有4个可能的途径。n 通过采用并行多信道搜索方式，减小频率搜索范围。n 采用宽带搜索方式，减小频率步进搜索过程中的本振频率点数。n 采用换频时间短的高速频率合成本振。n 减小搜索驻
39、留时间。为了减小搜索驻留时间，需要采用高速、高性能的信号处理器。西安电子科技大学电子工程学院622.4.4信道化接收机信道化接收机1)纯信道化接收机纯信道化接收机 西安电子科技大学电子工程学院632.4.4信道化接收机信道化接收机1）纯信道化接收机）纯信道化接收机 信道化接收机利用波段分路器将侦察频带划分为m1路，各个波段分路器输出的信号经过第一变频器变频，将射频频率变换为第一中频频率，第一本振组输出等间隔的频率，使各路中频输出频率和带宽相同。各路中频输出经过放大后分成两路，一路送给门限检测Dt，确定信号频率属于哪个波段。另一路输出送给各自的子波段分路器，再分成m2路。各个子波段分路器输出的信
40、号经过第二变频器变频，将第一中频变换为第二中频频率，各路中频输出进行给门限检测，检测信号的频率，同时输出中频信号。西安电子科技大学电子工程学院642.4.4信道化接收机信道化接收机1）纯信道化接收机）纯信道化接收机 第k分路器输出信号的频率分辨力：（2.3-17）根据接收信号通过的各检测信道进行频率估计：（2.3-18）纯信道化接收机的波段分路器个数是 （2.3-19）纯信道化接收机可以得到很高的频率分辨率和频率覆盖范围，但是其体积大、重量重、成本高，系统复杂。kkmfff1221ffnffkrkk2111mmmL西安电子科技大学电子工程学院652.4.4信道化接收机信道化接收机2）频带折叠信
41、道化接收机频带折叠信道化接收机的原理与纯信道化接收机类似，它的第一级波段分路器与纯信道化的相同。其余各层的分路器输出取和，经过混频放大后再进入下层的分路器。也就是说，每层只设一个通道，采用这种结构大大减少了设备量。由于分路器输出取和，在减少分路器的同时，各频段的噪声也合成，使接收机灵敏度下降。此外当存在同时到达信号时，会引起测频模糊。西安电子科技大学电子工程学院662.4.4信道化接收机信道化接收机3）时分制信道化接收机 时分制信道化接收机的结构与频带折叠信道化接收机基本相同，说不同的是用快速分路开关取代了取和电路。在同一时刻，访问开关只与一个波段接通，其它波段被断开，避免了频带折叠带来的噪声
42、增加和同时到达信号的影响。时分制结构因为每层中频输出由访问开关转换，因此存在信号的漏截获问题。西安电子科技大学电子工程学院672.4.4信道化接收机信道化接收机4）中频信道化接收机典型的中频信道化接收机原理框图如图中频信道化接收机是在中频部分使用中频滤波器组实现宽带与高灵敏度的超外差接收机。其射频前端的射频预选器的带宽和本振频率步进间隔与中频滤波器组的带宽匹配。其特点是滤波器组的设计可以通用化、模块化，具有较强的适应性。西安电子科技大学电子工程学院682.4.4信道化接收机信道化接收机5）模拟信道化接收机特点n信道化接收机实际上是利用一级或者多级滤波器组，将侦察频段分成多个信道，最小信道间隔一
43、般为25kHz（也有12.5kHz）。它具有灵敏度高、动态范围大、搜索速度快、同时信号能力强等优点。n缺点是结构复杂、体积大、成本高。n信道化接收机存在的另一个问题是宽带信号检测的问题。当信号带宽大于信道化间隔时，相邻的多个信道都会有信号输出，如果不进行处理，会引起虚假频率输出。西安电子科技大学电子工程学院692.5通信信号频率的变换域测量通信信号频率的变换域测量2.5.1 声光接收机声光接收机2.5.2 压缩接收机压缩接收机西安电子科技大学电子工程学院702.5通信信号频率的变换域测量通信信号频率的变换域测量侦察系统中还采用各种特殊的器件，实现傅立叶变换，间接实现频率测量，这就是变换域方法。
44、使用不同的器件，就构成了声光接收机和压缩接收机。变换域测量属于宽带通信侦察接收机。西安电子科技大学电子工程学院712.5.1 声光接收机声光接收机1)声光接收机声光接收机利用声光偏转器（布拉格小室）使入射光束受信号频率调制发生偏转，偏转角度正比于信号频率，用一组光检测器件检测偏转之后的光信号，从而完成测频目的。西安电子科技大学电子工程学院722.5.2 压缩接收机压缩接收机2)压缩接收机 压缩接收机是利用快速微扫本振，截获侦察频带内所有信号，再通过色散延迟线压缩，转换到时域进行测频的接收机。声表面波色散延迟线的频率分辨率是延迟时间的倒数，它相当于一个滤波器组，滤波器数目等于带宽和延迟时间的乘积
45、。西安电子科技大学电子工程学院732.6通信信号的数字化测频通信信号的数字化测频2.6.1 数字化技术基础数字化技术基础2.6.2 宽带数字化接收机宽带数字化接收机2.6.3 数字信道化接收机数字信道化接收机2.6.4 数字测频算法数字测频算法西安电子科技大学电子工程学院742.6通信信号的数字化测频通信信号的数字化测频传统的接收机朝着软件化和数字化进步，这就是软件无线电的思想。软件无线电数字接收机的设计思想是：n将宽带A/D和D/A变换器尽可能靠近天线，即把A/D和D/A从基带移到中频甚至射频，把接收到的模拟信号尽早数字化；n然后用实时高速FPGA/DSP做A/D后的一系列处理，使无线电系统
46、的各种功能通过软件进行定义。中频数字化技术 接收机采用模拟宽带射频前端的外差接收机技术，在中频采样后，利用各种数字化技术实现通信信号频率的测量。西安电子科技大学电子工程学院752.3.3通信信号的数字化测频通信信号的数字化测频1)宽带数字化接收机 宽带数字化接收机=信道化数字化的搜索接收机射频信号经过放大、混频后，变换为第一中频，然后经中频分路器分为M路，分别送给M路中频滤波器组滤波，再转换为统一的二中频。M路第二中频具有相同的频率，它们分别放大后，利用M路数模转换器（ADC）进行高速采样数字化，利用FFT实现频率测量。西安电子科技大学电子工程学院762.3.3通信信号的数字化测频通信信号的数
47、字化测频1)宽带数字化接收机分路数目设搜索波段的频率范围为，单路处理瞬时带宽，则分路器路数为：(2.3-36)可见，分路器路数与频率范围和中频带宽决定。当频率范围一定时，M由中频带宽确定。而中频带宽与ADC器件、数字信号处理器的处理能力等因素有关。IBffM12西安电子科技大学电子工程学院772.3.3通信信号的数字化测频通信信号的数字化测频1)宽带数字化接收机ADCADC采样频率采样频率数字接收机通常按照带通采样设计，其采样频率必须满足：采样频率选择时一般选择一个同时满足上述两个条件的最低采样频率。否则可能会引起所谓混叠效应，导致采样错误，使后续的数字处理无法正确完成。设中频频率fI=70M
48、Hz，中频带宽BI20MHz，矩形系数r1.5。那么按照条件1，采样频率2.52050MHz，而按照条件2，可以选择的采样频率为280、93.33、56、40MHz等。因此同时满足两个条件的采样频率为56MHz。,3,2,1,0,124)1(nnffBrfIsIs西安电子科技大学电子工程学院782.3.3通信信号的数字化测频通信信号的数字化测频1)宽带数字化接收机ADC采样分辨率和动态范围设ADC为b位，量化电平为q，输入为单频正弦信号，ADC允许的最大输入电压为Vmax，则ADC输入最大信号的功率和量化噪声功率分别为：(2.3-38)(2.3-39)ADC允许的最小输入信号电平受ADC量化噪
49、声的限制。因此ADC的动态范围为：(2.3-40)(2.3-41)822222maxmaxqVPb122qNqbqADCNPNSD2maxmax223)(02.676.1dBbDADC西安电子科技大学电子工程学院792.3.3通信信号的数字化测频通信信号的数字化测频1)宽带数字化接收机频率分辨率和瞬时处理带宽频率分辨率和瞬时处理带宽 如数字接收机利用FFT进行频率分析测量，那么频率分辨率、采样频率、瞬时处理带宽（中频带宽）、采样间隔和FFT长度N满足下面的关系：(2.3-42)因此，当采样频率一定时，FFT长度越长，频率分辨率越高。而FFT长度N为：(2.3-43)可见，FFT的长度与瞬时处理
50、带宽和频率分辨率有关。在处理带宽一定的情况下，要求的频率分辨率越高，FFT长度越大，当然完成FFT所需的运算时间就越长。处理时间与搜索速度、频率分辨率会产生矛盾。NBrNtNffIss)1(1fBrNI)1(西安电子科技大学电子工程学院802.3.3通信信号的数字化测频通信信号的数字化测频1)宽带数字化接收机频率搜索速度频率搜索速度设搜索接收机的以中频带宽为进行搜索，数字接收机利用长度为N的FFT进行频率分析，系统频率分辨率为f。此时采集N点数据的时间即采样时间为：(2.3-44)当数字接收机在瞬时搜索带宽上的驻留时间等于采样时间，它到达最高搜索速度，即 (2.3-45)ffNTss1fBTB
