基于分布式多站监测设备的跳频检测结果补齐方法

1.本发明属于通信技术领域，特别涉及一种基于分布式多站监测设备的跳频检测结果补齐方法。


背景技术：

2.在未来的信息对抗中，电磁威胁相比其他维度的威胁更具有动态性和不确定性，且对于通信情报侦察的准确性、实时性和动态性要求更高。传统的定频通信技术在一定程度上已经满足不了通信可靠、安全的要求，为了保证通信信号的低截获、抗干扰性和稳定性，跳频通信系统应运而生。跳频通信由于其保密性好、抗干扰能力强、截获概率低和组网能力灵活等优点，在各式信息系统中得到了广泛的应用。跳频通信技术本身具有较强的抗干扰能力，这就导致非合作条件下的通信侦察面临着严酷的挑战。跳频信号的侦察即完成跳频信号的截获、检测、参数估计、网台分选、解跳以及解调等任务，进而获得原始基带信号，并分析出基带信号中隐藏的通信信息。
3.跳频信号的检测即对未知跳频信号进行截获，包括对混杂在各种调制方式的信号以及噪声中的跳频信号进行检测，并去除掉跳频信号之外的无用信号，如定频、干扰等。现在用于跳频信号检测的技术大多已经成熟，主要包括信道化接收、自相关检测和时频分析等。现有的跳频信号检测技术主要能量检测法、相关检测法以及基于时频分析的检测方法对信号进行检测，并得到信号的起始、终止时间以及起始、终止频率。近些年来，随着人工智能行业的发展，国内外很多学者逐渐将深度学习应用到通信信号盲检测之中。其中，一些学者直接使用信号时域序列训练网络进行检测，让网络自己从信号中提取特征；还有些学者先通过时频变换获取信号频域信息再送入神经网络，这些方法都可以取得不错的盲检测效果。
4.但是，现有的传统跳频信号检测技术均采用单站进行跳频信号检测，在检测过程中很可能会出现因信号传输过程中存在遮挡及干扰导致的漏检情况以及将时间、频率相近的两跳信号检测为一跳信号的错检情况，这些漏掉的和错误的检测结果会对跳频侦察后续参数估计及信号分选步骤造成严重影响的问题。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于分布式多站监测设备的跳频检测结果补齐方法，采用分布式布局的多个接收台站对多跳频信号进行接收，利用其他接收台站接收到的跳频图案对某接收台站未检出的跳频图案进行补全，并对某接收台站错检的跳频图案进行修正，解决了传统单站跳频检测出现错误时无法修正而对后续信号侦察造成严重影响的问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.一种基于分布式多站监测设备的跳频检测结果补齐方法，包括如下步骤：
8.步骤1，采用多个接收台站分别接收多跳频信号，所述多个接收台站采用分布式架
构；
9.步骤2，对每个接收台站接收到的多跳频信号进行检测，并分离提取得到每一跳信号；
10.步骤3，根据得到的每个接收台站的每一跳信号，进行多站协同的跳频图案补齐操作，最终得到各接收台站的跳频图案检测结果；所述多站协同的跳频图案补齐操作包括漏检补全和/或错检修正；所述漏检补全，是基于起跳时间相似性、频率相似性以及信号的相关度，判断漏检信号，并根据信号时间差进行频率信息与时间信息的补齐；所述错检修正，是基于起跳时间相似性、终止时间相似性、起始频率相似性、终止频率相似性以及信号的相关度，判断错检信号，并利用未发生错检的接收台站检测得到的时间、频率信息，通过两站信号到达时间差对起跳时间、终止时间进行修正；或通过两站信号到达时间差对起跳时间、终止时间进行修正。
11.在一个实施例中，所述步骤1，所述多个接收台站采用分布式架构，是指每个接收台站均处于跳频信号的接收范围。
12.在一个实施例中，所述步骤2，采用跳频信号检测算法，得到接收台站接收到的每一跳信号的起始频率f
start
、终止频率f
end
、起跳时间t
start
和终止时间t
end
；先利用每一跳信号的起跳时间t
start
和终止时间t
end
对信号进行时域截取，之后根据起始频率f
start
与终止频率f
end
计算得出每一跳信号的载频与带宽，对每一跳信号进行频域滤波，即可完成每一跳信号的独立性分离。
13.在一个实施例中，所述频域滤波，是利用带通滤波器根据带宽与采样频率的关系，对每一跳信号在频域进行频域自适应滤波；所述带通滤波器的设计方法如下：
14.首先根据各跳信号起始频率f
start
与终止频率f
end
，计算得到该跳信号所需要的滤波器带宽b，b＝(f
end-f
start
)/2，继而计算带宽b与原始采样率fs的比值b/fs，生成对应的低通滤波器，然后对低通滤波器进行频谱搬移，通过给滤波器乘以信号载频将滤波器从零频搬移至该跳信号所在频段范围，即带通滤波器所在频率，最终生成所需带通滤波器。
15.在一个实施例中，所述漏检补全的方法如下：
16.s11，对各接收台站的每一跳信号，进行起跳时间t
start
、中心频率比较，并分别设置阈值判断相似性；
17.s12，对同时满足起跳时间相似性和中心频率相似性的跳频信号，两两进行相关度计算，得到其中两信号互相关结果的峰值大小以及对应的时间差τ；
18.s13，设置阈值对两信号互相关峰值的大小进行判定筛选，做互相关后的相关结果有明显的尖峰，且其大小较之不同跳信号到接收台站后做相关运算所得结果明显偏大，由此筛选得到两接收台站接收到的同一跳信号，同时判定该跳信号在未被漏检，并记录两接收台站接收该跳信号的时间差τ
′
；当接收台站a检测到的信号a1与其它接收台站检测到的所有信号均不能同时满足起跳时间相似性、中心频率相似性以及信号相关度标准时，则判断其它接收台站漏检了信号a1；
19.s14，对判断出的漏检信号，利用接收台站a对漏检的接收台站的检测结果进行频率信息补全以及信号提取，将提取信号与接收台站a检测到的信号a1进行相关度计算，得到提取信号与信号a1的时差，将该时差与漏检的接收台站的检测结果中的原起始时间与终止时间相加，即实现了根据接收台站a的检测结果对其它接收台站漏检信号的时间信息补全；
20.s15，遍历各接收台站检测到所有跳信号，对其它接收台站的漏检信号进行频率信息与时间信息的补齐，最终完成所有接收台站检测跳频图案的补全。
21.在一个实施例中，所述错检修正的方法如下：
22.s21，对各接收台站的每一跳信号，进行起跳时间t
start
、终止时间t
end
起始频率f
start
和终止频率f
end
比较，分别设置阈值进行相似性判断；
23.s22，对同时满足起跳时间相似性、终止时间相似性、起始频率相似性、终止频率相似性的跳频信号，两两进行相关度计算，得到其中两信号互相关结果的峰值大小以及对应的时间差τ；
24.s23，设置阈值k对两信号互相关峰值的大小进行判定筛选，若互相关峰值大于给定阈值，即判定两信号为同一跳发射信号经传输到达两接收台站的接收信号，同时判定该跳信号在两个接收台站中未产生错检；
25.s24，对满足起跳时间相似性和终止时间相似性，但仅满足起始频率相似性和终止频率相似性中的一项的两信号，进行相关度计算，得到互相关峰值及对应的时间差τ
″
，若互相关峰值大于阈值k，则判定出现错检，错检情况为：某接收台站将两个时间相似，频率相近的跳频信号错检为同一跳信号；利用未发生错检的接收台站检测得到的起跳时间和终止时间与时间差τ
″
相加，实现对该错检信号的信息纠错与补齐；
26.s25，对满足起始频率相似性和终止频率相似性，但仅满足起跳时间相似性和终止时间相似性中的一项的两信号，进行相关度计算，得到互相关峰值及对应的时间差τ
″′
，若互相关峰值大于阈值k，则判定出现错检，错检情况为：某接收台站将两个频率相似，时间相近的跳频信号错检为同一跳信号；利用未发生错检的接收台站检测得到的起跳时间和终止时间与时间差τ
″′
相加，实现对该错检信号的信息纠错与补齐。
27.在一个实施例中，所述相关度计算是计算两信号之间相似性，该相似性以互相关进行度量，对于同一信源发射信号s(t)，两个接收台站接收到的信号分别为x(t)和y(t)，则x(t)和y(t)的互相关函数表示为：
28.r
xy
(τ)＝ar
ss
(τ-d)+r
sn2
(τ)+ar
sn1
(d-τ)+r
n1n2
(τ)
29.式中，a表示两路接收信号的幅度之比，a＝η2/η1，η1，η2分别表示s)t)经过两传输信道后的幅度增益，d表示两路信号的时间差，d＝τ
2-τ1，τ1和τ2分别表示两路信号到达接收台站的时间差；τ表示x(t)和y(t)的时差(即经噪声等影响后在接收端估计得到的时差)，r
ss
()表示信源发射信号s(t)的自相关函数，表示第一路传输路线的干扰噪声n1(t)与信源发射信号s(t)的互相关函数，表示第二路传输路线的干扰噪声n2(t)与信源发射信号s(t)的互相关函数，表示n1(t)与n2(t)的互相关函数。
30.在一个实施例中，干扰噪声n1(t)和n2(t)是独立于s(t0的平稳不相关的高斯白噪声，则和均为0；则：r
xy
(τ)＝ar
ss
(τ-d)
31.当τ＝d时，互相关函数可取到最大值，此时的τ为两信号的时间差。
32.在一个实施例中，完成多站协同的跳频图案补齐操作后，对所有信号进行独立性提取，以供之后多站参数的估计和跳频信号的分选使用。
33.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
34.针对跳频信号检测，现有技术方案在单个监测台站对跳频信号进行侦察并检测时，可能会出现由于传输过程中存在遮挡或存在干扰信号导致跳频信号检测出现漏检和错检的情况，而这种情况下传统单站跳频检测技术很难对其进行改进。本发明基于分布式多站协同并针对检测结果进行多站补齐，利用其他接收台站接收到的跳频图案对某接收台站未检出的跳频图案进行补全并对某接收台站错检的跳频图案进行修正，相较于目前单站检测中检测性能较好的基于时频矩阵的跳频检测算法，本发明具有更好的检测性能，能够较大程度上提升跳频信号检测的准确率，且在低信噪比下具有更好的检测效果，算法具有更好的稳健性。
附图说明
35.图1是本发明方法流程图。
36.图2是本发明自适应滤波器的设计流程图。
37.图3是本发明基于检测结果的多站跳频图案漏检补全方法流程图。
38.图4是本发明两接收台站信号互相关示意图，其中：(a)为同一跳信号到达两接收台站后相关结果；(b)为不同跳信号到达两接收台站后相关结果。
39.图5是本发明基于检测结果的多站跳频图案错检修正方法流程图。
40.图6是本发明跳频信号图案补齐与分选实验环境背景图。
41.图7是本发明漏检情况下单站跳频信号检测效果图。
42.图8是本发明多站跳频信号检测及跳频图案补全效果图，其中(a)为监测台站1检测效果图；(b)为监测台站2检测效果图；(c)为监测台站1漏检补全效果图；(d)为监测台站2漏检补全效果图；(e)为监测台站1漏检补全与真实框对比；(f)为监测台站2漏检补全与真实框对比；(g)为监测台站1漏检补全与真实框对比放大；(h)为监测台站2漏检补全与真实框对比放大。
43.图9是本发明错检情况下单站跳频信号检测效果图，其中(a)为单站检测效果图；(b)为单站检测效果图放大；(c)为单站检测效果图放大。
44.图10是本发明多站跳频信号检测及跳频图案修正效果图，其中，(a)为监测台站1检测效果图；(b)为监测台站2检测效果图；(c)为监测台站1检测效果图放大；(d)为监测台站1检测效果图放大；(e)为监测台站2检测效果图放大；(f)为监测台站2检测效果图放大；(g)为监测台站1错检修正效果图；(h)为监测台站2错检修正效果图；(i)为监测台站1错检修正效果图放大；(j)为监测台站1错检修正效果图放大；(k)为监测台站2错检修正效果图放大；(l)为监测台站2错检修正效果图放大；(m)为监测台站1错检修正与真实框对比；(n)为监测台站2错检修正与真实框对比；(o)为监测台站1错检修正与真实框对比放大；(p)为监测台站1错检修正与真实框对比放大；(q)为监测台站2错检修正与真实框对比放大；(r)为监测台站2错检修正与真实框对比放大。
45.图11是本发明多站协同补齐检测性能对比曲线图。
具体实施方式
46.下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
47.跳频信号的侦察与监测以跳频信号的检测结果为基础，但跳频信号在从发射台站
到接收台站的传输过程中可能存在遮挡或干扰混叠的情况，使用传统单站信号检测算法，可能会出现接收台站未检测到某一跳信号，即产生漏检的情况；或将跳时、频率相近的两跳信号错检为一跳信号，即出现错检的情况。漏掉的和错误的检测结果均会对跳频侦察后续参数估计及信号分选造成严重影响的问题。
48.因此，本发明提出了一种基于分布式多站监测设备的跳频检测结果补齐方法，利用基于时频矩阵的宽带跳频信号检测结果，对检测到的每一跳信号进行独立性提取，并基于时间相似性、频率相似性以及信号的相关度对多站检测信号进行匹配与补全、纠错。
49.参考图1，本发明基于分布式多站监测设备的跳频检测结果补齐方法，包括如下步骤：
50.步骤1，采用多个接收台站分别接收多跳频信号。
51.本发明所述的多个接收台站采用了分布式架构，即，每个接收台站均处于跳频信号的接收范围。
52.在本发明的实施例中，为便于表述，采用了两个接收台站，即图1所示的接收台站1和接收台站2。实际上本发明可以采用的接收台站可选2以上的任何数量，且显然数量越多，其效果可能越佳，但是计算复杂度也会有相应的提高。
53.步骤2，对每个接收台站接收到的多跳频信号进行检测，并分离提取得到每一跳信号。
54.示例地，本步骤中，采用跳频信号检测算法，如传统能量检测法和深度学习跳频信号检测算法等，可以得到接收台站接收到的每一跳信号的起始频率f
start
、终止频率f
end
、起跳时间t
start
和终止时间t
end
，根据这些时频信息即可对多站接收到的每一跳信号进行信号的独立性提取。先利用检测到的每一跳信号的时间参数(即起跳时间t
start
和终止时间t
end
)对信号在时域进行截取，之后根据检测结果给出的起始频率f
start
与终止频率f
end
计算得出每一跳信号的载频与带宽，对每一跳信号进行频域滤波，即可完成每一跳信号的独立性分离。
55.上述的频域滤波，是利用带通滤波器根据带宽与采样频率的关系，对每一跳信号在频域进行频域自适应滤波；也即，本发明的带通滤波器应为自适应滤波器，其具备以下三个特点：
56.1)滤波器带宽可自适应地随待滤波目标信号带宽的变化而变化。
57.2)滤波器为带通滤波器，通带频率位置由目标信号所占用频率范围决定。
58.3)滤波器自适应原始信号的采样率。
59.本发明实施例中给出了该带通滤波器的一种设计方法，如图2所示，流程如下：
60.首先根据宽带跳频信号检测结果中的各跳信号起始频率f
start
与终止频率f
end
，计算得到该跳信号所需要的滤波器带宽b，b＝(f
end-f
start
)/2，继而计算带宽b与原始采样率fs的比值b/fs，生成对应的低通滤波器，然后对低通滤波器进行频谱搬移，通过给滤波器乘以信号载频，将滤波器从零频搬移至该跳信号所在频段范围，即带通滤波器所在频率，最终生成所需带通滤波器。
61.完成对信号的时域截取与频域滤波的独立性提取之后，即得到了分离后的每一跳信号。
62.步骤3，根据得到的每个接收台站的每一跳信号，进行多站协同的跳频图案补齐操
作，最终得到各接收台站的跳频图案检测结果。
63.本发明中，多站协同的跳频图案补齐操作包括漏检补全或错检修正，也可二者均采用。为了进行多站检测信号的漏检补全与错检修正，本发明对各个接收台站接收到的每一跳信号进行时域信息、频域信息的相似性比较以及信号相关度的计算，以找出多接收台站接收到的同一信号、某接收台站漏检但被其它接收台站检测到的信号以及接收台站将时间或频率相近的信号检为一跳信号的错检信号，从而对每个接收台站的信号检测结果以及时频域参数估计结果进行补偿与修正，为后续跳频信号的多站参数估计以及跳频信号的分选奠定基础。
64.对于信号相关度的计算，需要用到互相关算法模型，互相关是用来表示两信号之间相似性的度量，最终目的是计算两信号之间相似性。基本互相关算法的基本思想就是对两路信号进行互相关运算，得出函数峰值的位置，并求解时间差。
65.具体地，对于同一信源发射信号s(t)，经过两个不同信道传输后，产生的衰减与混入的噪声都不相同，假设两个接收台站接收到的信号分别为x(t)和y(t)，表达式如下所示：
[0066][0067]
式中，η1，η2分别表示信源发射信号s(t)经过两传输信道后的幅度增益，n1(t)表示第一路传输路线的干扰噪声，n2(t)表示第二路传输路线的干扰噪声，τ1和τ2分别表示两路信号到达接收台站的时间差。
[0068]
为表达方便，以x(t)为标准来进行归一化，上式可表示为：
[0069][0070]
式中，a表示两路接收信号的幅度之比，a＝η2/η1，d表示两路信号的时间差，d＝τ
2-τ1。由此可以求出x(t)和y(t)的互相关函数：
[0071]rxy
(τ)＝e[x(t)y(t+τ)]
[0072]
＝e{[s(t)+n1(t)][as9t-d+τ)+n2(t+τ)]}
[0073]
＝e[as(t)s(t-d+τ)+s(t)n2(t+τ)+as(t-d+τ)n1(t)+n1(t)n2(t+τ)]
[0074]
＝ar
ss
(τ-d)+r
sn2
(τ)+ar
sn1
(d-τ)+r
n1n2
(τ)
[0075]
式中，τ表示x(t)和y(t)的时差(即经噪声等影响后在接收端估计得到的时差)，r
ss
()表示信源发射信号s(t)的自相关函数，r
sn1
()表示第一路传输路线的干扰噪声n1(t)与信源发射信号s(t)的互相关函数，r
sn2
()表示第二路传输路线的干扰噪声n2(t)与信源发射信号s(t)的互相关函数，r
n1n2
()表示n1(t)与n2(t)的互相关函数。
[0076]
假设n1(t)和n2(t)是独立于s(t)的平稳不相关的高斯白噪声，则和均为0。从而上式可表示为：
[0077]rxy
(τ)＝ar
ss
(τ-d)
[0078]
由相关函数的性质可得r
ss
(τ)≤r
ss
(0)，因此，当τ＝d时，互相关函数可取到最大值，此时的τ为两信号的时间差。
[0079]
本发明的漏检补全，是基于起跳时间相似性、频率相似性以及信号的相关度，判断
漏检信号，并根据信号时间差进行频率信息与时间信息的补齐，其流程参考图3，如下：
[0080]
s11，对各接收台站的每一跳信号，进行起跳时间t
start
、中心频率比较，并分别设置阈值判断相似性。
[0081]
具体地，以两个接收台站为例，对两个接收台站检测到的每一跳信号，根据宽带跳频信号检测算法给出的检测结果，提取其起跳时间t
start
以及中心频率参数。之后，遍历接收台站1检测到的每一跳信号的起跳时间，与接收台站2的信号检测结果进行起跳时间的比较，同时设定阈值对两信号起跳时间的相似性进行判断，阈值的设定与信号的跳周期成比例关系，本实施例中设定该阈值为信号跳周期的0.01倍。当两接收台站信号满足起跳时间的相似性时，再对两信号的中心频率进行相似性比较，同样设定阈值判断两信号是否满足中心频率的相似性标准，该阈值的设定与信号的带宽成比例关系，本实施例中设定该阈值为信号带宽的0.005倍。当两信号的起跳时间与中心频率均满足相似性标准时，即可对两个接收台站分离提取后的两信号进行相关度计算。当采用多接收台站时，原理和方法相同。
[0082]
s12，对同时满足起跳时间相似性和中心频率相似性的跳频信号，两两进行相关度计算，即可得到其中两信号互相关结果的峰值大小以及对应的时间差τ。
[0083]
s13，同样设定阈值，对两信号互相关峰值的大小进行判定筛选，若进行互相关运算的为同一跳信号经过传输后到达两接收台站的接收信号，则互相关后的相关结果有明显的尖峰，且其大小较之不同跳信号到接收台站后做相关运算所得结果明显偏大，因此通过阈值的设定即可筛选出两个接收台站接收到的同一跳信号。如图4所示，为两接收台站检测并分离出的信号做互相关运算的示意图，图4中(a)即为同一跳信号经过传输后到达两接收台站的接收信号做互相关的结果图，图中尖峰处的横坐标值为两接收信号的时间差τ。图4中(b)为不同跳信号到达两接收台站的接收信号做互相关的结果图，由图中可以看出并无明显峰值。
[0084]
当两信号同时满足时域信息、频域信息的相似性标准且信号相关度大于给定阈值时，即判定两信号为同一跳发射信号经传输到达两接收台站的接收信号，同时判定该跳信号在其它接收台站(当选择两个接收台站时，设为接收台站2)的宽带信号检测算法中并未漏检，并记录两接收台站接收该跳信号的时间差τ
′
。
[0085]
而当接收台站a(当选择两个接收台站时，设为接收台站1)检测到的某跳信号与其它接收台站(当选择两个接收台站时，设为接收台站2)检测到的所有信号均不能同时满足起跳时间相似性、中心频率相似性以及信号相关度标准时，则可判断(当选择两个接收台站时，设为接收台站2)漏检了该跳信号，为便于描述，记为信号a1。
[0086]
s14，对判断出的漏检信号，利用接收台站a对漏检的接收台站的检测结果进行频率信息补全以及信号提取，将提取信号与接收台站a检测到的信号a1进行相关度计算，得到提取信号与信号a1的时差，利用该时差对接收台站a的检测结果中的起跳时间与终止时间进行修正，即与漏检的接收台站的检测结果中的原起始时间与终止时间相加，即实现了根据接收台站a的检测结果对其它接收台站漏检信号的时间信息补全。
[0087]
s15，遍历各接收台站检测到所有跳信号，对其它接收台站的漏检信号进行频率信息与时间信息的补齐，最终完成所有接收台站检测跳频图案的补全。
[0088]
完成多站的检测结果补全后，对所有信号进行信号的独立性提取，以供之后多站参数的估计和跳频信号的分选使用。
[0089]
本发明的错检修正，是基于起跳时间相似性、终止时间相似性、起始频率相似性、终止频率相似性以及信号的相关度，判断错检信号，并利用未发生错检的接收台站检测得到的时间、频率信息，通过两站信号到达时间差对起跳时间、终止时间进行修正；或通过两站信号到达时间差对起跳时间、终止时间进行修正。
[0090]
参考图5，其具体方法如下：
[0091]
s21，对各接收台站的每一跳信号，进行起跳时间t
start
、终止时间t
end
起始频率f
start
和终止频率f
end
比较，分别设置阈值进行相似性判断。
[0092]
同样地，以两个接收台站为例，对两个接收台站检测到的每一跳信号，根据宽带跳频信号检测算法给出的检测结果，提取其起跳时间t
start
、终止时间t
end
起始频率f
start
和终止频率f
end
。之后，遍历接收台站1和接收台站2检测到的每一跳信号，对其进行起跳时间t
start
、终止时间t
end
起始频率f
start
和终止频率f
end
这四项参数的比较，同时对两信号的该四项参数设定阈值以对参数的相似性进行判断，时间参数阈值的设定与信号的跳周期成比例关系，频率参数阈值的设定与每一跳信号的带宽成比例关系。
[0093]
s22，对同时满足起跳时间相似性、终止时间相似性、起始频率相似性、终止频率相似性的跳频信号，两两进行相关度计算，得到其中两信号互相关结果的峰值大小以及对应的时间差τ。
[0094]
具体地，以两个接收台站为例，当两信号同时满足起跳时间相似性、终止时间相似性、起始频率相似性、终止频率相似性标准时，对两个接收台站分离提取后的两信号进行相关度计算。通过互相关算法对两信号进行相关度计算后，即可得到两信号互相关结果的峰值大小以及对应的时间差τ。
[0095]
s23，设置阈值k对两信号互相关峰值的大小进行判定筛选，若互相关峰值大于给定阈值k，即判定两信号为同一跳发射信号经传输到达两接收台站的接收信号，同时判定该跳信号在两个接收台站的宽带信号检测算法中未产生错检。阈值k也将用于后续几种情况下信号相似性的判断。
[0096]
s24，对满足起跳时间相似性和终止时间相似性，但仅满足起始频率相似性和终止频率相似性中的一项的两信号，进行相关度计算，得到互相关峰值及对应的时间差τ
″
，若互相关峰值大于阈值k，则判定出现错检，错检情况为：某接收台站将两个时间相似，频率相近的跳频信号错检为同一跳信号。利用未发生错检的接收台站检测得到的时间信息、频率信息，通过两站信号到达时间差τ对起跳时间、终止时间进行修正，即将未发生错检的接收台站检测得到的起跳时间和终止时间与时间差τ
″
相加，实现对该错检信号的信息纠错与补齐。
[0097]
s25，对满足起始频率相似性和终止频率相似性，但仅满足起跳时间相似性和终止时间相似性中的一项的两信号，进行相关度计算，得到互相关峰值及对应的时间差τ
″′
，若互相关峰值大于阈值k，则判定出现错检，错检情况为：某接收台站将两个频率相似，时间相近的跳频信号错检为同一跳信号。利用发生错检的接收台站检测得到的频率信息，综合未发生错检的接收台站检测得到的时间信息，通过时间差τ
″′
对起跳时间、终止时间进行修正，即将未发生错检的接收台站检测得到的起跳时间和终止时间与时间差τ
″′
相加，实现对该错检信号的信息纠错与补齐。
[0098]
完成多站的检测结果纠错与补齐后，对所有信号进行信号的独立性提取，以供之
后多站参数的估计和跳频信号的分选使用。
[0099]
本发明的效果可以通过下面的仿真实验进一步证明：
[0100]
(1)实验环境与实验数据
[0101]
本发明考虑的实际环境背景如图6所示，非合作方同步正交网台中的四个跳频台站同时发射跳频信号，每一跳信号可选频率范围相同但不会产生频率碰撞，起跳时间同步。己方布设两个监测站点对非合作方发射台站发出的跳频信号进行监测与侦察，包括跳频信号的检测，检测之后进行跳频图案多站协同补齐，多站跳频信号参数估计以及多站跳频信号分选。
[0102]
本实验中跳频信号仿真参数如下：
[0103]
表1跳频信号仿真参数
[0104]
参数名称参数取值采样频率fs250mhz跳频信号码元速率fd50khz跳频速率r
hop
100hop/s跳频带宽w
fh
100mhz跳频间隔w
hop
1mhz调制方式bpsk
[0105]
跳频信号的比特信噪比范围为5db、7db、
···
19db，噪声为高斯白噪声，每个发射台站之间距离均大于10km，两个监测接收台站之间距离大于10km，每个发射台站与监测接收台站之间距离均大于20km。
[0106]
(2)多站协同跳频图案漏检补全仿真分析
[0107]
在本实验中，发射端为四个跳频发射设备组成的同步正交网台，接收台站按照检测流程对不同信噪比的信号测试数据进行跳频信号检测，仿真接收台站出现因传输过程中出现遮挡或某跳信号与干扰信号发生混叠导致的漏检情况时，单接收台站检测与多接收台站协同检测并补全的效果。
[0108]
如图7所示，为传统单站跳频信号检测出现漏检情况时的检测效果图。从图中可以看出有一跳信号被漏检，其他信号均被准确框选检测。在传统单站监测的情况下，该跳漏检信号的参数信息丢失，且难以进行丢跳恢复。
[0109]
如图8中(a)(b)所示，为分布式多站跳频信号检测出现漏检情况时的检测效果图。从图中可以看出两个接收台站均有两跳信号被漏检，其他信号被准确框选检测。使用本发明的多站协同跳频图案漏检补全方法，对检测结果进行多站补齐后的效果图如图8中(c)-(h)所示，从图中可以看出，两个接收台站漏检的信号均被补齐，且补齐后的检测框与信号的真实边框重合度很高，即可以准确对跳频信号每一跳进行框选，得到其时间和频率范围参数信息。
[0110]
(3)多站协同跳频图案错检修正仿真分析
[0111]
在本实验中，发射端为四个跳频发射设备组成的同步正交网台，接收台站按照检测流程对不同信噪比的信号测试数据进行跳频信号检测，仿真接收台站出现因将频率相似、跳时相近以及跳时相似、频率相近的两跳信号检测为一跳信号导致的错检情况时，单接收台站检测与多接收台站协同检测并修正补齐的效果。
[0112]
如图9所示，为传统单站跳频信号检测出现错检情况时的检测效果图。从图中可以看出有频率范围一致，时间范围紧邻的信号被错检为一跳信号，同时也有时间范围一致，频率紧邻的信号被错检为一跳信号。图9中图(b)所示为时间范围一致，频率紧邻的信号被错检为一跳信号的放大图；图(c)所示为频率范围一致，时间范围紧邻的信号被错检为一跳信号的放大图。在传统单站监测的情况下，这些错检信号可能导致后续参数估计及信号分选出现错误，且难以进行错检修正。
[0113]
如图10中(a)(b)所示，为分布式多站跳频信号检测出现错检情况时的检测效果图。从图中可以看出监测台站1中有频率范围一致，时间范围紧邻的信号被错检为一跳信号，同时也有时间范围一致，频率紧邻的信号被错检为一跳信号；监测台站2中信号均被准确框选检测。使用本发明的多站协同跳频图案错检修正方法，对检测结果进行多站补齐后的效果图如图10中(c)-(r)所示，从图中可以看出，接收台站1中错检的信号被成功修正并重新补齐，且补齐后的检测框与信号的真实边框重合度很高，即可以准确对跳频信号每一跳进行框选，得到其时间和频率范围参数信息。
[0114]
如图11所示，为传统单站检测算法和本发明提出的分布式多站协同跳频信号补齐方法在不同比特信噪比下的检测性能曲线。从图中可以分析得到：当比特信噪比在6db到12db时，本发明提出的分布式多站协同跳频信号漏检补全方法与错检修正方法相较于传统单站检测算法，约有1db增益；分布式多站协同跳频信号补齐方法相较于传统单站检测算法，约有1-2db增益。另外，本发明提出的分布式多站协同跳频信号补齐方法在比特信噪比为7db时，检测准确率便达到了90％以上，这说明本发明具有良好的性能，能够较大程度上提升跳频信号检测的准确率。
[0115]
综上所述，本发明分布式多站协同跳频信号补齐方法可以在传统检测算法出现漏检、错检的情况下获得较高检测准确率，具有良好的性能，且在低信噪比下具有更好的检测效果，算法具有更好的稳健性，同时也可以准确的获取信号的时频信息，为跳频信号侦察的后续流程提供了较为完备且准确的数据基础。

技术特征：
1.一种基于分布式多站监测设备的跳频检测结果补齐方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，采用多个接收台站分别接收多跳频信号，所述多个接收台站采用分布式架构；步骤2，对每个接收台站接收到的多跳频信号进行检测，并分离提取得到每一跳信号；步骤3，根据得到的每个接收台站的每一跳信号，进行多站协同的跳频图案补齐操作，最终得到各接收台站的跳频图案检测结果；所述多站协同的跳频图案补齐操作包括漏检补全和/或错检修正；所述漏检补全，是基于起跳时间相似性、频率相似性以及信号的相关度，判断漏检信号，并根据两接收台站信号到达时间差进行频率信息与时间信息的补齐；所述错检修正，是基于起跳时间相似性、终止时间相似性、起始频率相似性、终止频率相似性以及信号的相关度，判断错检信号，并利用未发生错检的接收台站检测得到的时间信息、频率信息，通过两接收台站信号到达时间差对起跳时间、终止时间进行修正。2.根据权利要求1所述基于分布式多站监测设备的跳频检测结果补齐方法，其特征在于，所述步骤1，所述多个接收台站采用分布式架构，是指每个接收台站均处于跳频信号的接收范围。3.根据权利要求1所述基于分布式多站监测设备的跳频检测结果补齐方法，其特征在于，所述步骤2，采用跳频信号检测算法，得到接收台站接收到的每一跳信号的起始频率f
start
、终止频率f
end
、起跳时间t
start
和终止时间t
end
；先利用每一跳信号的起跳时间t
start
和终止时间t
end
对信号进行时域截取，之后根据起始频率f
start
与终止频率f
end
计算得出每一跳信号的载频与带宽，对每一跳信号进行频域滤波，即可完成每一跳信号的独立性分离。4.根据权利要求3所述基于分布式多站监测设备的跳频检测结果补齐方法，其特征在于，所述频域滤波，是利用带通滤波器根据带宽与采样频率的关系，对每一跳信号在频域进行频域自适应滤波；所述带通滤波器的设计方法如下：首先根据各跳信号起始频率f
start
与终止频率f
end
，计算得到该跳信号所需要的滤波器带宽b，b＝(f
end-f
start
)2，继而计算带宽b与原始采样率f
s
的比值bf
s
，生成对应的低通滤波器，然后对低通滤波器进行频谱搬移，通过给滤波器乘以信号载频将滤波器从零频搬移至该跳信号所在频段范围，即带通滤波器所在频率，最终生成所需带通滤波器。5.根据权利要求1所述基于分布式多站监测设备的跳频检测结果补齐方法，其特征在于，所述漏检补全的方法如下：s11，对各接收台站的每一跳信号，进行起跳时间t
start
、中心频率比较，并分别设置阈值判断相似性；s12，对同时满足起跳时间相似性和中心频率相似性的跳频信号，两两进行相关度计算，得到其中两信号互相关结果的峰值大小以及对应的时间差τ；s13，设置阈值对两信号互相关峰值的大小进行判定筛选，做互相关后的相关结果有明显的尖峰，且其大小较之不同跳信号到接收台站后做相关运算所得结果明显偏大，由此筛选得到两接收台站接收到的同一跳信号，同时判定该跳信号在未被漏检，并记录两接收台站接收该跳信号的时间差τ
′
；当接收台站a检测到的信号a1与其它接收台站检测到的所有信号均不能同时满足起跳时间相似性、中心频率相似性以及信号相关度标准时，则判断其它接收台站漏检了信号a1；s14，对判断出的漏检信号，利用接收台站a对漏检的接收台站的检测结果进行频率信
息补全以及信号提取，将提取信号与接收台站a检测到的信号a1进行相关度计算，得到提取信号与信号a1的时差，将该时差与漏检的接收台站的检测结果中的原起始时间与终止时间相加，即实现了根据接收台站a的检测结果对其它接收台站漏检信号的时间信息补全；s15，遍历各接收台站检测到所有跳信号，对其它接收台站的漏检信号进行频率信息与时间信息的补齐，最终完成所有接收台站检测跳频图案的补全。6.根据权利要求1所述基于分布式多站监测设备的跳频检测结果补齐方法，其特征在于，所述错检修正的方法如下：s21，对各接收台站的每一跳信号，进行起跳时间t
start
、终止时间t
end
起始频率f
start
和终止频率f
end
比较，分别设置阈值进行相似性判断；s22，对同时满足起跳时间相似性、终止时间相似性、起始频率相似性、终止频率相似性的跳频信号，两两进行相关度计算，得到其中两信号互相关结果的峰值大小以及对应的时间差τ；s23，设置阈值k对两信号互相关峰值的大小进行判定筛选，若互相关峰值大于给定阈值，即判定两信号为同一跳发射信号经传输到达两接收台站的接收信号，同时判定该跳信号在两个接收台站中未产生错检；s24，对满足起跳时间相似性和终止时间相似性，但仅满足起始频率相似性和终止频率相似性中的一项的两信号，进行相关度计算，得到互相关峰值及对应的时间差τ
″
，若互相关峰值大于阈值k，则判定出现错检，错检情况为：某接收台站将两个时间相似，频率相近的跳频信号错检为同一跳信号；利用未发生错检的接收台站检测得到的起跳时间和终止时间与时间差τ
″
相加，实现对该错检信号的信息纠错与补齐；s25，对满足起始频率相似性和终止频率相似性，但仅满足起跳时间相似性和终止时间相似性中的一项的两信号，进行相关度计算，得到互相关峰值及对应的时间差τ
″′
，若互相关峰值大于阈值k，则判定出现错检，错检情况为：某接收台站将两个频率相似，时间相近的跳频信号错检为同一跳信号；利用未发生错检的接收台站检测得到的起跳时间和终止时间与时间差τ
″′
相加，实现对该错检信号的信息纠错与补齐。7.根据权利要求5或6所述基于分布式多站监测设备的跳频检测结果补齐方法，其特征在于，所述相关度计算是计算两信号之间相似性，该相似性以互相关进行度量，对于同一信源发射信号s(t)，两个接收台站接收到的信号分别为x(t)和y(t)，则x(t)和y(t)的互相关函数表示为：r
xy
(τ)＝ar
ss
(τ-d)+r
sn2
(τ)+ar
sn1
(d-τ)+r
n1n2
(τ)式中，a表示两路接收信号的幅度之比，a＝η2η1，η1，η2分别表示s(t)经过两传输信道后的幅度增益，d表示两路信号的时间差，d＝τ
2-τ1，τ1和τ2分别表示两路信号到达接收台站的时间差；τ表示x(t)和y(t)的时差，r
ss
()表示信源发射信号s(t)的自相关函数，r
sn1
()表示第一路传输路线的干扰噪声n1(t)与信源发射信号s(t)的互相关函数，r
sn2
()表示第二路传输路线的干扰噪声n2(t)与信源发射信号s(t)的互相关函数，r
n1n2
()表示n1(t)与n2(t)的互相关函数。8.根据权利要求7所述基于分布式多站监测设备的跳频检测结果补齐方法，其特征在于，干扰噪声n1(t)和n2(t)是独立于s(t)的平稳不相关的高斯白噪声，则r
sn1
()、r
sn2
()和r
n1n2
()均为0；则：r
xy
(τ)＝ar
ss
(τ-d)
当τ＝d时，互相关函数可取到最大值，此时的τ为两信号的时间差。9.根据权利要求1或5或6所述基于分布式多站监测设备的跳频检测结果补齐方法，其特征在于，完成多站协同的跳频图案补齐操作后，对所有信号进行独立性提取，以供之后多站参数的估计和跳频信号的分选使用。

技术总结
本发明为一种基于分布式多站监测设备的跳频检测结果补齐方法，采用多个接收台站分别接收多跳频信号，对每个接收台站接收到的多跳频信号进行检测，并分离提取得到每一跳信号；根据得到的每个接收台站的每一跳信号，进行多站协同的跳频图案补齐操作，最终得到各接收台站的跳频图案检测结果；所述多站协同的跳频图案补齐操作包括漏检补全和/或错检修正；本发明采用分布式布局的多个接收台站对多跳频信号进行接收，利用其他接收台站接收到的跳频图案对某接收台站未检出的跳频图案进行补全，并对某接收台站错检的跳频图案进行修正，解决了传统单站跳频检测出现错误时无法修正而对后续信号侦察造成严重影响的问题。续信号侦察造成严重影响的问题。续信号侦察造成严重影响的问题。


技术研发人员：李赞 王瑞仪 郝本建 高晶亮 陈小军 赵越 王鑫磊 张佳雯 李思文 黎若瑶
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/19