一种用于跳频通信的异步网台数目提取方法

1.本发明涉及跳频通信技术领域，具体是一种用于跳频通信的异步网台数目提取方法。


背景技术：

2.跳频网台易组网，并且具有很强的灵活性，频谱利用率高、不易被截获。随着跳频技术的快速发展，对跳频网台分选的难度也在不断的加大，与此同时，人们研究出新的网台分选的算法，例如tdoa(time difference of arrival)的跳频分选方式，独立分量分析分选法等。
3.作为跳频通信的关键技术，网台分选技术发展迅速。网台分选将从复杂的电磁环境中分选出目标网台，包括单网台分选和多网台分选，根据是否有同一的时间基准划分为同步网台和异步网台。异步网台的主要难点是从复杂的网台信号中分离出目标网台，只有分离出目标电台后，才能根据跳频图案对特定目标电台进行侦察和干扰。
4.分选跳频通信异步网台的方法主要有两种，利用独立分量盲分选法和聚类算法。下面分别介绍：
5.1.独立分量盲分选法先对观测信号进行去均值和白化两部的预处理，然后再进行ica(independent component analysis,ica)处理，最后得到分离后的信号来完成网台分选。
6.2.聚类算法通过对跳频描述字的集合进行分类，计算样本数据两两之间的距离，来完成对样本密度的评估，然后在密度较高的区域选取初始化聚类中心，最后完成网台的分选。
7.综上所述，分选跳频通信异步网台的方案应该具有如下特征：
8.1.网台分选的准确性是利用分选出的电台信号能成功侦察和干扰接收到的网台信号。
9.2.网台分选的高效性为在实际的工程应用中大量的数据送入算法可以短时间内得到分选结果，便于对信号的实时侦察和干扰。
10.3.网台分选的鲁棒性是在实际的电磁环境，即使截获的跳频电台组网信号伴随着各种各样的干扰信号和附加噪声以及存在不完整数据，也能准确的分选出不同网台信号。
11.现有方案的优缺点：网台分选在电子信息对抗中的重要性不言而喻，一直是跳频通信研究的热点，上述两种方法各有优缺点。独立分量盲分选法优点是仅利用截获的多个跳频网台进行盲分选，不用提前提取跳频信号的特征；缺点是有欠完全问题，对于四个及以上的多网台盲源信号分离效果不好，而且其对于一些非线性混合的观测信号会失效。聚类算法的优点是可以实现同步和异步的多网台分选，利用周期聚类分选不同的组网网络；再用doa(difference of arrival)和功率参数实现同步电台的分选；用跳时和功率参数实现异步电台的分选；缺点是其依赖于跳频描述字的准确提取，并且计算复杂度相比本发明的要高一些。
12.本发明针对上述现有方案的缺陷提出了一种用于跳频通信的异步网台数目提取方法。


技术实现要素：

13.本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种用于跳频通信的异步网台数目提取方法。
14.本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
15.一种用于跳频通信的异步网台数目提取方法，包括如下步骤：
16.s1、读取去除噪声后的跳频信号的跳频描述字集合，判断集合是否为空，如果判断结果为是，则结束算法；如果判断为否，则执行步骤s2；
17.s2、进行统计分析，获取跳频信号驻留时间的统计直方图；
18.s3、获取中心驻留时间centerlast以及中心驻留时间的宽度widthlast；
19.s4、刷选符合判断条件的跳频描述字；
20.s5、进行统计分析，获取网台数目的分布直方图；
21.s6、根据步骤s5得到的网台数目分布直方图，将最大值所对应的网台数目作为输出结果；
22.s7、进行后续的同跳速网台分选。
23.优选地，步骤s1中的跳频描述字集合是跳频通信中用来描述跳频信号的载频、到达时间、驻留时间等一组参数集合；其中，跳频信号的载频是指信号的中心频率；到达时间是指信号到达的时间；驻留时间是指信号停留在某个频率上的时间长度；跳频周期是跳频信号切换到下一个频率的时间间隔；跳速是跳频周期的倒数，因此，驻留时间可以反映跳频信号的频率变化速度，即跳速。
24.优选地，步骤s3中的中心驻留时间的获取方法为：遍历集合中的所有元素，找到出现次数最多的驻留时间，如果能找到，则将其赋值给中心驻留时间centerlast；找不到，则退出算法。
25.优选地，步骤s3中获取中心驻留时间的宽度widthlast的方法包括如下步骤：
26.s31、求所有跳频信号驻留时间的平均值；
27.s32、求所有跳频信号驻留时间的标准差；
28.s33、中心驻留时间的宽度widthlast为平均值与标准差的差到平均值与标准差的和；
29.s34、刷选符合条件的跳频描述字，执行步骤s31；
30.步骤s31～s34反复迭代两次得到合适的中心驻留时间的宽度widthlast。
31.优选地，步骤s4中刷选符合判断条件的跳频描述字的方法为：根据步骤s3中得到的中心驻留时间centerlast以及中心驻留时间的宽度widthlast，在原始的跳频信号跳频描述字的集合中筛选出满足条件的跳频信号跳频描述字，并组成新的集合。
32.优选地，步骤s5中获取网台数目的分布直方图包括如下步骤：
33.s51、选定某类网台(具有相同跳频信号驻留时间)的跳频信号；
34.s52、统计在这类网台的跳频信号的驻留时间内出现的不同跳时的跳频信号的数目；
35.s53、遍历集合，得到网台数目分布直方图。
36.对比现有技术，本发明的有益效果在于：
37.一、提高分选的准确性：在确定网台数目后，针对每个网台的信号进行分离会更加准确。相比于不确定网台数目时的盲目分离，确定网台数目后可以有针对性地对信号进行处理，避免出现错误分离。
38.二、降低计算复杂度：根据中心驻留时间对同一跳速的网台进行归类，再进行同跳速分选，针对每个网台的信号进行分离的计算量会更小。相比于盲目分离时需要对所有信号进行处理，降低了计算复杂度。
39.三、提高系统鲁棒性：确定网台数目后，可以避免系统对噪声等干扰信号做出过度反应，提高了系统的鲁棒性。
40.同时，跳频信号的驻留时间是跳频信号的重要特征之一，能够准确反映跳频信号的周期，从而可以有效地区分不同的网台信号。与其他特征相比，跳频信号的驻留时间具有更好的稳定性和鲁棒性，能够适用于不同的跳频系统和信道环境。跳频信号的驻留时间可以通过简单的统计分析方法进行提取，不需要过多的计算和硬件资源，具有较高的效率和可靠性。跳频信号的驻留时间可以与其他特征进行结合，例如到达时间等，能够进一步提高分选的准确性和鲁棒性。
41.综上所述，使用跳频信号的驻留时间进行网台数目提取具有简单、高效、稳定、准确等优势，而且确定网台数目后再进行分离可以提高分选的准确性、降低计算复杂度以及提高系统鲁棒性，是进行网台分选的一种有效策略。
附图说明
42.图1为本发明的用于跳频通信的异步网台数目提取方法流程示意图；
43.图2为5个网台600个跳频描述字集合的跳频信号驻留时间统计直方图；
44.图3为5个网台600个跳频描述字集合的跳频信号驻留时间统计直方图；
45.图4为5个网台600个跳频信号的网台数目统计直方图。
具体实施方式
46.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所限定的范围。
47.请参阅图1至图4，本实施例中通过对通过对国内某电台的5个网台600个跳频描述字集合进行实验测试，得出图2至图4，图2中横坐标代表跳频信号的驻留时间，纵坐标代表各个跳频信号驻留时间的频次；图3中纵坐标代表各个跳频信号驻留时间的频次，可以得到跳频信号的驻留时间主要集中在149～153；图4中横坐标代表网台数目，纵坐标代表各个网台数目的频次。
48.本实施例的用于跳频通信的异步网台数目提取方法，包括如下步骤：
49.s1、读取去除噪声后的跳频信号的跳频描述字集合，判断集合是否为空，如果判断结果为是，则结束算法；如果判断为否，则执行步骤s2；
50.s2、进行统计分析，获取跳频信号驻留时间的统计直方图；
51.s3、获取中心驻留时间centerlast以及中心驻留时间的宽度widthlast；
52.s4、刷选符合判断条件的跳频描述字；
53.s5、进行统计分析，获取网台数目的分布直方图；
54.s6、根据步骤s5得到的网台数目分布直方图，将最大值所对应的网台数目作为输出结果；
55.s7、进行后续的同跳速网台分选。
56.在本实施例中，步骤s1中的跳频描述字集合是跳频通信中用来描述跳频信号的载频、到达时间、驻留时间等一组参数集合；其中，跳频信号的载频是指信号的中心频率；到达时间是指信号到达的时间；驻留时间是指信号停留在某个频率上的时间长度；跳频周期是跳频信号切换到下一个频率的时间间隔；跳速是跳频周期的倒数，因此，驻留时间可以反映跳频信号的频率变化速度，即跳速。
57.在本实施例中，步骤s3中的中心驻留时间的获取方法具体为：遍历集合中的所有元素，找到出现次数最多的驻留时间，如果能找到，则将其赋值给中心驻留时间centerlast；找不到，则退出算法。
58.在本实施例中，步骤s3中获取中心驻留时间的宽度widthlast的方法具体包括如下步骤：
59.s31、求所有跳频信号驻留时间的平均值；
60.s32、求所有跳频信号驻留时间的标准差；
61.s33、中心驻留时间的宽度widthlast为平均值与标准差的差到平均值与标准差的和；
62.s34、刷选符合条件的跳频描述字，执行步骤s31；
63.步骤s31～s34反复迭代两次得到合适的中心驻留时间的宽度widthlast。
64.在本实施例中，步骤s4中刷选符合判断条件的跳频描述字的方法具体为：根据步骤s3中得到的中心驻留时间centerlast以及中心驻留时间的宽度widthlast，在原始的跳频信号跳频描述字的集合中筛选出满足条件的跳频信号跳频描述字，并组成新的集合。
65.在本实施例中，步骤s5中获取网台数目的分布直方图具体包括如下步骤：
66.s51、选定某类网台(具有相同跳频信号驻留时间)的跳频信号；
67.s52、统计在这类网台的跳频信号的驻留时间内出现的不同跳时的跳频信号的数目；
68.s53、遍历集合，得到网台数目分布直方图。
69.本实施例中的用于跳频通信的异步网台数目提取方法，在确定网台数目后，针对每个网台的信号进行分离，更加准确。相比于不确定网台数目时的盲目分离，确定网台数目后可以有针对性地对信号进行处理，避免出现错误分离。并且根据中心驻留时间对同一跳速的网台进行归类，再进行同跳速分选，针对每个电台的信号进行分离的计算量会更小。相比于盲目分离时需要对所有信号进行处理，降低了计算复杂度。另外，确定网台数目后，可以避免系统对噪声等干扰信号做出过度反应，提高了系统的鲁棒性。
70.同时，跳频信号的驻留时间是跳频信号的重要特征之一，能够准确反映跳频信号的周期，从而可以有效地区分不同的网台信号。与其他特征相比，跳频信号的驻留时间具有更好的稳定性和鲁棒性，能够适用于不同的跳频系统和信道环境。跳频信号的驻留时间可
以通过简单的统计分析方法进行提取，不需要过多的计算和硬件资源，具有较高的效率和可靠性。跳频信号的驻留时间可以与其他特征进行结合，例如到达时间等，能够进一步提高分选的准确性和鲁棒性。

技术特征：
1.一种用于跳频通信的异步网台数目提取方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、读取去除噪声后的跳频信号的跳频描述字集合，判断集合是否为空，如果判断结果为是，则结束算法；如果判断为否，则执行步骤s2；s2、进行统计分析，获取跳频信号驻留时间的统计直方图；s3、获取中心驻留时间centerlast以及中心驻留时间的宽度widthlast；s4、刷选符合判断条件的跳频描述字；s5、进行统计分析，获取网台数目的分布直方图；s6、根据步骤s5得到的网台数目分布直方图，将最大值所对应的网台数目作为输出结果；s7、进行后续的同跳速网台分选。2.根据权利要求1所述的一种用于跳频通信的异步网台数目提取方法，其特征在于，步骤s1中的跳频描述字集合是跳频通信中用来描述跳频信号的载频、到达时间、驻留时间等一组参数集合；其中，跳频信号的载频是指信号的中心频率；到达时间是指信号到达的时间；驻留时间是指信号停留在某个频率上的时间长度；跳频周期是跳频信号切换到下一个频率的时间间隔；跳速是跳频周期的倒数，因此，驻留时间可以反映跳频信号的频率变化速度，即跳速。3.根据权利要求1所述的一种用于跳频通信的异步网台数目提取方法，其特征在于，步骤s3中的中心驻留时间的获取方法为：遍历集合中的所有元素，找到出现次数最多的驻留时间，如果能找到，则将其赋值给中心驻留时间centerlast；找不到，则退出算法。4.根据权利要求1所述的一种用于跳频通信的异步网台数目提取方法，其特征在于，步骤s3中获取中心驻留时间的宽度widthlast的方法包括如下步骤：s31、求所有跳频信号驻留时间的平均值；s32、求所有跳频信号驻留时间的标准差；s33、中心驻留时间的宽度widthlast为平均值与标准差的差到平均值与标准差的和；s34、刷选符合条件的跳频描述字，执行步骤s31；步骤s31～s34反复迭代两次得到合适的中心驻留时间的宽度widthlast。5.根据权利要求1所述的一种用于跳频通信的异步网台数目提取方法，其特征在于，步骤s4中刷选符合判断条件的跳频描述字的方法为：根据步骤s3中得到的中心驻留时间centerlast以及中心驻留时间的宽度widthlast，在原始的跳频信号跳频描述字的集合中筛选出满足条件的跳频信号跳频描述字，并组成新的集合。6.根据权利要求1所述的一种用于跳频通信的异步网台数目提取方法，其特征在于，步骤s5中获取网台数目的分布直方图包括如下步骤：s51、选定某类网台(具有相同跳频信号驻留时间)的跳频信号；s52、统计在这类网台的跳频信号的驻留时间内出现的不同跳时的跳频信号的数目；s53、遍历集合，得到网台数目分布直方图。

技术总结
本发明提供了一种用于跳频通信的异步网台数目提取的方法，涉及跳频通信技术领域，适用于异步网台跳频系统。该方法输入为去噪后的多网台的跳频描述字集合，输出为网台数目。首先，对输入统计分析，获取跳频信号驻留时间的统计直方图；然后，获取中心驻留时间CenterLast以及中心驻留时间的宽度WidthLast；刷选出符合判断条件的跳频描述字，根据新的跳频描述字，经过统计分析，获取网台数目的分布直方图。选取最大值所对应的网台数作为最后输出的网台数目结果，用于后续进行同跳速网台分选。本发明使用跳频信号的驻留时间进行网台数目提取，有简单、高效、稳定、准确等优势，并且确定网台数目后再进行分离可以提高分选的准确性、降低计算复杂度以及提高系统鲁棒性。棒性。棒性。


技术研发人员：徐璐 边瑞宁 张一嘉 鲍佳 王泽群 窦梓铭 周宇翔 凌晓冬
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/9/11