基于載頻估計(jì)法的信號(hào)的分類(lèi)方法

王正坤，常 笑

（山東科技大學(xué) 山東 青島 266590）

1 引言

現(xiàn)代信息技術(shù)高速發(fā)展，通信技術(shù)與設(shè)備與日俱進(jìn)，通信輻射源信號(hào)的分類(lèi)與識(shí)別就變得尤為重要，特別是在軍事、戰(zhàn)爭(zhēng)、政治、商業(yè)等對(duì)信息保密要求極為嚴(yán)格的領(lǐng)域。信號(hào)的分類(lèi)與識(shí)別有多種方法，本文主要的突破口為信號(hào)的載頻，以此為出發(fā)點(diǎn)，研究信號(hào)載頻的估計(jì)方法和準(zhǔn)確性。

2 通信輻射源信號(hào)的傳輸過(guò)程原理

通信輻射源信號(hào)的傳輸過(guò)程原理關(guān)系式：

其中rn為通信輻射源的偵測(cè)接收信號(hào)，xn是通信輻射源功率放大器的輸入信號(hào)，與rn一一對(duì)應(yīng)，fs為采樣頻率，是一個(gè)固定已知值fs=1.01MHz，n為采樣點(diǎn)，載頻fc和數(shù)字基帶調(diào)制信號(hào)sn未知。

3 輻射源信號(hào)去噪

因?yàn)樾盘?hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)受到外界低頻信號(hào)的干擾，外界的低頻干擾信號(hào)就統(tǒng)稱(chēng)為噪聲，所以這里需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行去噪處理，去噪的方法有很多，這里就不再贅述。

4 基于FFT的載頻估計(jì)方法

4.1 信號(hào)表示

對(duì)于不同的采樣點(diǎn)，有：

將直接頻率合成單元（DDS）的同相和正交支路本振信號(hào)與經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)緩存器延時(shí)的信號(hào)相乘。其中，T1為大于第1級(jí)粗側(cè)載頻所需時(shí)間的數(shù)據(jù)緩存器的延時(shí)時(shí)間，并經(jīng)過(guò)低通濾波，可得

其中A是信號(hào)幅度，θ是初相，T為樣本間隔，其中vn為加性白噪聲，且，σ2表示噪聲方差，信噪比定義為其中，是一個(gè)復(fù)白噪聲序列。

4.2 相位去折疊

需要估計(jì)fc和θ的所有信息包含在相角

對(duì)于差分法，認(rèn)為E(θ)=0，則得到：

4.3 利用最大譜線值確定對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)位置

對(duì)單一頻率信號(hào)進(jìn)行分析時(shí)，離散信號(hào)的表達(dá)式為：

對(duì)信號(hào)的非同步采樣或非整周期數(shù)據(jù)截?cái)鄷r(shí)，信號(hào)的峰值頻率為：，則信號(hào)峰值即最大譜線值對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)位置為：，所以得出載頻為：

通過(guò)上述方法可以得出一組信號(hào)的載頻，對(duì)載頻范圍進(jìn)行分類(lèi)處理即可得出信號(hào)的類(lèi)別

5 基于Rife的載頻估計(jì)方法

對(duì)于通信信號(hào)載頻的估計(jì)，F(xiàn)FT方法具有較小的運(yùn)算量和較高的執(zhí)行效率，但基于FFT方法對(duì)載頻的估計(jì)精度不是很高，估計(jì)精度受FFT頻率分辨率的執(zhí)行效率，對(duì)于很接近的間隔頻率往往無(wú)法分辨。為此，在FFT方法的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行改進(jìn)，用Rife估計(jì)法進(jìn)行頻率估計(jì)，這樣就可以保證較高的精度。

Rife估計(jì)法的表達(dá)式為：

FFT方法的精度要比Rife方法的精度稍低，但相差不大，所以再一定的誤差允許范圍內(nèi)，F(xiàn)FT方法可以滿(mǎn)足基本的估計(jì)載頻的精度。Rife方法只是對(duì)原始FFT方法進(jìn)行了修正，修正有一定的效果，但仿真差別不大，這還需要進(jìn)一步的探討Rife方法的影響因素和適用范圍。

6 結(jié)語(yǔ)

文中用到的快速傅里葉變換的方法，即FFT載頻估計(jì)的方法，可以通過(guò)傅里葉變換將通信輻射源的時(shí)域信號(hào)變換到頻域范圍，此種方法原理復(fù)雜，但是運(yùn)算簡(jiǎn)單，可以通過(guò)Matlab仿真軟件實(shí)現(xiàn)快速傅里葉變換。但需要注意的是，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換之前需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行降噪處理，如果不消除噪聲的影響而直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，則很難得出正確的分類(lèi)。

通信源輻射源信號(hào)是一個(gè)復(fù)雜而困難的問(wèn)題，文中提到的信號(hào)分類(lèi)提取方法可以應(yīng)用到計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)等實(shí)際生活的各個(gè)領(lǐng)域；也可應(yīng)用到數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，加快數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)的發(fā)展。

例如心血管疾病是威脅人類(lèi)生命的主要疾病之一，提取心電信號(hào)的時(shí)域特征、小波域特征和高階統(tǒng)計(jì)量特征，精確分類(lèi)，能更好滿(mǎn)足臨床醫(yī)生的診斷需求，從而更好地保證疾病的治療。

[1]鄭紀(jì)民，胡亞.一種MPSK信號(hào)載頻高精度實(shí)時(shí)估計(jì)算法[J].無(wú)線電工程，2012，42(05)：21-23.[2017-08-29].

[2]張俊敏，劉開(kāi)培，汪立，陳文娟.基于四譜線插值FFT的諧波分析快速算法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制