基于相位差分法的信号调制类型识别算法

基于相位差分法的信号调制类型识别算法

蒋金华1,,花金平1,,戴普2

1.江南机电设计研究所, 贵州 贵阳550009; 2.中国人民解放军93861部队, 陕西 咸阳713800

摘要：针对调制信号分选识别的原理，提出一种基于相位差分法进行信号调制类型识别的算法，并对几种典型调制信号的相位差分特性进行仿真分析，表明算法的有效性和可行性。

主题词：相位差分法  信号调制类型识别 

Signal Modulation Type Recognition Algorithm Based on Phase Difference Method

JIANG Jinhua1, HUA Jinping1, DAI Pu2

（Jiangnan Institute of Mechanical and Electrical Design, Guizhou Guiyang 550009，

Chinese People's Liberation Army Unit 93861, Shanxi Xianyang 713800)

Abstract:Aiming at the principle of modulation signal sorting and recognition, an algorithm for signal modulation type recognition based on phase difference method is proposed, and the phase difference characteristics of several typical modulation signals are simulated and analyzed, which shows the effectiveness and feasibility of the algorithm.

Key words: Phase difference method; Signal modulation type recognition

1 引言

对雷达调制信号进行脉冲分选识别，在信号比较单一、参数比较固定的情况下，通常可以通过脉冲宽度PW、脉冲到达时间TOA、信号载频RF组成的脉冲描述字分选脉冲信号，但在较复杂的信号情况下，通过由PW、TOA、RF组成的脉冲描述字无法实现脉冲分选和配对时，需要在脉冲描述字中添加信号的调制类型信息，以实现对脉冲的配对和分选[1,2]。

不同调制信号的相位特征存在差异，本文提出了一种基于相位差分法进行信号调制类型识别的算法。该方法的基本思想是采用数字化信号处理技术，提取采样时刻信号的瞬时相位及一阶和二阶差分信息，对差分序列采用最小二乘法进行拟合，根据设置判别准则实现信号调制类型的识别。

2相位差分法基本原理

相位差分法是利用信号的瞬时相位进行差分运算，从而获取信号的参数。信号可表示为：

               （1）

的瞬时相位为：

                         （2）

瞬时频率为：

                          （3）

雷达中常用的信号形式有：常规脉冲、Chirp信号、非线性调频[3]、二相码[4]、频率编码[5]等，其信号表达式分别如下表示。

常规脉冲信号表达式为：

                      （4）

Chirp信号表达式为：

                 （5）

非线性调频信号表达式为：

               （6）

二相码信号表达式为：

              （7）

频率编码信号表达式为：

               （8）

其中，A为信号幅度，f0为信号中心频率，N为子码长度；Tp为子码脉冲宽度；Tr为子脉冲周期；fs为载频调变变化步长；Cn伪随机码序列，为二相码信号时，码值为±1；为脉冲宽度。

根据信号表达式，得到几种雷达常用信号的瞬时相位见表1。

表1 雷达常用信号瞬时相位

设信号在采样时刻的瞬时相位序列为，通过对作一阶差分：

    （9）

得到瞬时相位一阶差分结果后，利用相位序列的一阶差分结果进行差分运算可得瞬时相位二阶差分结果，瞬时相位的一阶和二阶差分结果见表2。

表2 各种信号的瞬时相位一阶差分和二阶差分结果

根据各种信号的瞬时相位及其一阶、二阶差分结果不同的特点，设置判别准则实现信号调制类型识别。

3 仿真结果及分析

本文对常规脉冲、Chirp信号、非线性调频、二相码和频率编码几种信号进行相位差分仿真分析，相位信号、相位一阶差分信号和相位二阶差分信号的仿真结果见图1～图5。

             图1  常规脉冲信号                            图2  Chirp信号

             图3  非线性调频信号                            图4  二相编码信号

图5  频率编码信号

根据仿真结果，分析总结几种常用信号的相位一阶差分和二阶差分的特点见表3。

表3 各种信号的相位一阶差分和二阶差分的特点

相位一阶差分斜率为常值且不为0时为Chirp信号；相位一阶差分有跳变点，跳变点前后均值相等时为二相编码信号；相位一阶差分有跳变点，跳变点前后均值不相等时为频率编码信号；相位二阶差分均值为0时为常规脉冲信号；相位二阶差分斜率不为0时为非线性调频信号。

根据信号的特征，可采用最小二乘法估计获取相应的一阶差分和二阶差分的特征参数估计值，然后合理设置判别准则，即可有效识别调制信号的类型。

4 结束语

本文详细阐述了一种基于相位差分法的调制信号类型识别算法，通过不同信号类型的瞬时相位一阶差分和二阶差分的特征，能够较好地现实信号类型识别，且算法方便工程实现，为工程应用提供了可靠支撑。

参考文献

[1]徐岩,谭方.低信噪比码元瞬时特性数字调制信号识别研究[J].铁道学报,2013,35(07):80-84.

[2]邓振淼,刘渝.多相码雷达信号识别与参数估计[J].电子与信息学报,2009,31(04):781-785.

[3]范欢欢,伍小保,孙维佳.可重构非线性调频信号的设计与实现[J].信息通信,2019(09):22-24.

[4]胡爱明,胡可欣.一种雷达信号类型识别方法[J].现代电子技术,2006(14):123-126.

[5]周沫,李汉钊.雷达调频编码脉冲信号的设计与处理[J].海军工程大学学报,2007(05):68-72.