雷达干扰模拟器3-信号侦察

1.目标

发现、截获、测量、识别周围环境中的雷达脉冲信号。

2.检测方法

以线性调频信号为例，要在一段接收信号中检测是否存在有用的信号，最直接的方式是观测时域。

从上图中可以很明显看出信号的存在和脉宽长度等，但真实环境中是存在噪声的，如下图所示。

类似这样，在上图中，能感觉到有用信号的存在，但信号的参数很难界定。

在将信号进行FFT处理变换到频域后，则能很明显感受到信号的存在，而且通过下文介绍的方式，在频率经过一定的算法处理，信号的参数可以定量测出。

2.短时傅里叶变换测量法

对接收的数字信号进行短时傅里叶变换（STFT，滑动固定N点FFT处理），在频域设置门限检测是否存在信号。

FFT点数N的取值会影响信噪比、频率测量精度和频率分辨率。频率分辨率Δf=fsN\Delta f={f_s \over N}Δf=Nfs,fsf_sfs为采样频率。

M的取值则影响到达时间（TOA）的测量精度，最理想的情况是逐点滑动，但计算量太大，M通常取N/2N/2N/2或者N/4N/4N/4。

如下图所示，对一个线性调频脉冲串进行STFT处理后，得到其时频谱。

3.脉宽测量

时频谱数据为一个二维矩阵，每一列为一帧N点FFT的计算结果。当一列中有超过门限的值时，表明该帧中存在信号。

具体实现方法是，通过将整个二维时频谱矩阵与门限进行比较，生成一个二维布尔矩阵，其中为真的元素表示该点过门限。然后对整个二维布尔数组按列求和，得到一维数组，一维数组为真的元素表示该帧中存在信号，一维数组如下图所示。

还有两点需要注意：

一是真实环境中由于噪声的影响，脉冲信号可能不能完整的过门限，最后得到的一维数组中一个脉冲可能会分裂成多个短脉冲，因此需要确定一个脉冲结束准则，如果连续3帧都没有检测到信号，则判断该脉冲结束，这个数值可以根据实际情况调整。

二是一维数组中得到的宽度是该信号的帧宽度pwframepw_{frame}pwframe，实际脉冲宽度为pw=pwframe∗(N−M)/fspw=pw_{frame}*(N-M)/fspw=pwframe∗(N−M)/fs。

4.到达时间（TOA）测量

根据上面得到的一维数组即可算出每个脉冲对应的时刻。

5.频率测量

首先计算单帧中信号的频率，由于单帧中的数据为信号的FFT谱，所以采用加权平均的方法求出该帧信号的中心频率。

f=∑k=0nk⋅∣X(k)∣2∑k=0n∣X(k)∣2⋅fsNf = {\sum_{k=0}^{n}k\cdot|X(k)|^2 \over \sum_{k=0}^{n}|X(k)|^2}\cdot {f_s \over N} f=∑k=0n∣X(k)∣2∑k=0nk⋅∣X(k)∣2⋅Nfs

以雷达常用的线性调频信号为例，线性调频信号的频率是线性增加或减少的，在求出每帧的频率后，对该信号的所有帧求和去平均即为线性调频信号的中心频率。

6.调制类型识别

基于带宽比的方法：不同脉内调制方式的信号，信号本身的带宽与平方后的带宽存在差异。

但在实际测试中，2.4G附近的通信信号的带宽比也接近于2。