信号截获与分析

中国电子学会电子对抗分会第十二届学术年会论文集３１７ＬＰＩ雷达信号分析程翥皇甫堪姜文利（国防科大电子科学与工程学院长沙）摘要舟析了匹配游渡器处理雷达接收信号时的雷达性能和信号参鼓的关系，辐射计赴理低截获概率（ｍ）信号性能和信号能量与辐射计参鼓的关幕，分别导出了雷达和辐射计在设定指标下工作的必要条件，据此导出信号的截获因子与信号参数和系统指标的关系。

认为大的时闯一带宽积是低截获概率信号的必要条件。

讨论了直接序列扩频（Ｄｓ）信号作为ＬＰＩ雷达信号的不足，髌后提出了一种对干雷达具有适当的时间带宽帚｝，对于辐射计具有较大时阀带宽襄的信号，并舟析了该信号的ＬＰＩ性能。

关键词低截获概率（珊）时阃带宽积截获因子信号设计１引言随着科学技术的发展，现代战争已经由海陆空的三维立体战发展到加上电子战的四维全面战争。

雷达是海空作战的重要传感器，在战争中的地位十分重要，因此他们是电子战的主要打击对象。

侦察和定位是对雷达和通信系统打击的前提。

为了减低雷达被敌人发现的概率可以采用超低旁瓣天线，减少开机时间，采用低截获信号等方法。

低截获信号形式包含非线性调频（ＮⅡＭ），噪声调频，数码调制如直接序列扩频（ＤＳ）等。

它们各有优缺点ＨＪ。

ＤＳ系统可变性好，分辨率高，但在大的时间带宽积的条件下一方面信号产生复杂，另一方面由于分辨率太高反而给目标捕获带来不必要的麻烦。

本文试图提出一种对于己方有适当的时间带宽积，对敌方有很大的时间带宽积的信号。

第二部分将首先分析雷达发现目标的必要条件，第三部分将分析辐躺－Ｉ－Ｒ现信号的性能。

第四部分结合雷达方程给出直接序列扩频雷达系统的截获因子，第五部分讨论一种新型雷达信号的截获因子及其与直接序列扩频雷达系统的截获因子的联系。

２雷达发现目标的必要条件设已知信号形式处理机的假设检验模型为ｒ（￡Ｉ凰）＝口（ｆ）；０≤ｆ≤Ｔ（１）ｒ（ｔＪ１１１）＝，豇（￡）＋”（Ｅ）；０≤ｔ≤Ｔ（２）其中，５（ｆ）一带宽为Ｂ、时长为ｒ的单位能量的低截获信号，Ｅ一接收信号的能量，”（ｆ）一双边功率谱为Ⅳｏ／２的高斯自噪声。

（军事信息技术2 生长干部系列教材通信指挥学院）第三章军事信息对抗技术第一节通信对抗技术通信对抗技术是指为削弱、破坏敌方无线电通信系统的使用效能并保护己方无线电通信系统使用效能的正常发挥所采取的各种技术措施的总称。

通信对抗技术的基本内容包括:无线电通信对抗侦察技术(简称通信对抗侦察技术)、无线电通信干扰技术(简称通信干扰技术)、反通信侦察/抗干扰技术(简称通信防御技术)3部分。

其技术体系如图6-2所示。

一、通信对抗侦察技术（一）概述1、通信对抗侦察通信对抗侦察是指使用通信侦察设备对敌方无线电通信信号进行搜索截获、分析识别、监视跟踪以及测向和定位等，以获取信息内容、技术参数、工作特征和辐射源位置等情报的活动。

通信侦察是通信对抗的一个重要组成部分，是实施通信对抗的前提和基础。

2、通信对抗侦察的主要任务通信对抗侦察的主要任务包括以下3个方面1）侦听侦收使用无线电侦听侦收设备，获取敌方无线电通信信号技术参数(如工作频率、调制方式)和工作特征(如联络时间、联络代号)等。

2）测向定位使用无线电侦听侦收设备测定敌方通信信号的来波方位，确定敌方通信电台的地理位置。

3）分析判断通过对敌方通信信号的技术特征参数、工作特征和电台位置参数的分析，查明敌方通信网的组成、指挥关系和通联规律，查明敌方无线电通信设备的类型、数量、部署和变化情况。

从而可进一步判断敌指挥所位置、敌军战斗部署和行动企图等。

3、通信对抗侦察的特点通信侦察的目标是无线电信号。

这些信号是多种多样的，敌人在进行通信时总是千方百计地希望能顺利进行通信，通信的内容不被对方截获。

而作为侦察者则反之，总是希望能搜索、截获尽量多的敌方通信信号，以便从中分析出多的情报内容，作为干扰或攻击敌人的作战行动的情报依据。

在这种侦察与反侦察的对立斗争中，使得通信对抗侦察有如下特点:1）信号频段宽、数量多通信侦察需要覆盖无线电通信所使用的全部频率范围。

从目前的技术发展情况看，这个频率范围人约从几千赫兹到几十吉赫兹。

doi :10.3969/j.issn.1001-893x.2018.03.006引用格式:谢岸宏,朱立东,翟继强,等.卫星通信抗截获信号波形设计[J].电讯技术,2018,58(3):269-275.[XIE Anhong,ZHU Lidong,ZHAI Jiqiang,et al.Waveform design for satellite communication signals with anti-interception capability[J].Telecommunication Engineering,2018,58(3):269-275.]卫星通信抗截获信号波形设计*谢岸宏**1,朱立东1,翟继强2,李雄飞2(1.电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室,成都611731;2.中国空间技术研究院西安分院,西安710100)摘　要:针对卫星通信信号传输隐蔽性不高的问题,提出了一种抗截获的信号波形设计方法㊂采用具有循环平稳特性的大信号掩盖不具有循环平稳特性的弱信号,含有重要信息的弱信号成为大信号的背景信号,实现卫星信号的隐蔽传输㊂弱信号包含正常业务数据和重要数据,利用随机跳码扩频和随机跳时将两者合并的同时,可将重要数据隐藏于弱信号中,并破坏弱信号的循环平稳特性,提高重要数据传输的安全性㊂对信号波形仿真分析,在大信号和弱信号的功率比高于7dB 时,盲检测不到弱信号的存在,表明设计波形具有抗截获性㊂最后对弱信号解调性能仿真分析,表明抗截获能力提高的同时,其传输性能仍在可接受范围内㊂关键词:卫星通信;抗截获;波形设计;大信号掩盖开放科学(资源服务)标识码(OSID ):微信扫描二维码听独家语音介绍与作者在线交流中图分类号:TN914.42 文献标志码:A 文章编号:1001-893X (2018)03-0269-07Waveform Design for Satellite Communication Signals with Anti -interception CapabilityXIE Anhong 1,ZHU Lidong 1,ZHAI Jiqiang 2,LI Xiongfei 2(1.National Key Laboratory of Science and Technology on Communications,University of Electronic Science and Technology of China,Chengdu 611731,China;2.China Academy of Space Technology-Xi′an Institute of Space Radio Technology,Xi′an 710100,China)Abstract :Aiming at the problem of low concealment of satellite communication signal,this paper proposes an anti-interception signal waveform design method.Strong signal with cyclostationarity is used to mask weak signal without cyclostationary characteristic.The weak signal with important information becomes the background signal of the strong signal.In this way,anti-interception satellite communication comes true.Weak signal contains normal service data and important data.The two signals are merged by using random jump code and random jump at the same time,important data can be hidden in the weak signal,and the weak signal cyclical characteristics is destroyed to improve the security of important data transmission.Sig⁃nal waveform is simulated.When power ratio of strong signal to weak signal is higher than 7dB,weak sig⁃nal can not be detected.Simulation shows that the design waveform has anti-interception capability.Final⁃ly,the simulation analysis of the weak signal demodulation performance illustrates that the anti-interception ability is improved while the transmission performance is still within the acceptable range.Key words :satellites communication;anti-interception;waveform design;strong signal masking㊃962㊃第58卷第3期2018年3月电讯技术Telecommunication EngineeringVol.58,No.3March,2018***收稿日期:2017-08-23;修回日期:2017-10-17 Received date :2017-08-23;Revised date :2017-10-17基金项目:通信网信息传输与分发技术重点实验室开放课题(KX172600032);中国航天科技五院CAST 创新基金重点项目;装备预研领域基金(61405180503)通信作者:yueslyun@ Corresponding author :yueslyun@1　引　言卫星通信由于其信道的开放性,通信信息极易泄漏,容易被非合作方截获㊂卫星通信中,常采用扩频体制来实现信号抗截获[1]㊂但随着扩频信号检测技术的发展,许多性能优良的检测算法出现,传统扩频信号容易被检测和截获㊂目前,常用的扩频信号检测算法有能量检测法㊁平方倍频法㊁高阶累积量法㊁延时相关法㊁谱相关法㊁倒谱法㊁神经网络预测法㊁Duffing 振子等[2]㊂算法大部分利用扩频信号的循环平稳性㊁各态历经性及高阶统计特征进行检测,其中,循环平稳统计量[3-5]是非合作方实现扩频信号盲检测和参数估计的主要手段㊂在检测技术层出不穷的同时,一些抗截获通信技术也得到改良㊂跳码扩频是一种基于直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)的改进,克服了直接序列扩频周期性明显的缺点,能提供低截获概率[6]㊂但跳码通常采用伪随机序列控制码的跳变,其本质仍具有周期性,存在被检测和截获的隐患㊂针对卫星通信信号面临被检测截获的威胁,本文提出一种抗截获的卫星通信信号波形设计方法,采用大功率信号掩盖底层弱信号,含有重要信息的弱信号成为大信号的背景信号,实现卫星信号抗截获㊂大功率信号的设计要求具有循环平稳性,以吸引非合作方的检测注意力;弱信号的设计要求破坏循环平稳性,具有一定的随机特性,保证抗截获性能㊂在对弱信号和大功率信号波形设计时采用随机跳码扩频㊁随机跳时和传统直接序列扩频等技术,使得卫星通信信号达到抗截获的要求㊂2　系统模型在信号面临被截获威胁的情况下,利用大信号掩盖弱信号,其中大信号具有循环平稳性,干扰非合作方的盲检测,弱信号不具有循环平稳性,增大其截获难度㊂大信号可携带控制参数,降低合作方接收弱信号的难度㊂根据以上思想,信号波形生成框图如图1所示㊂图1　信号波形设计框图Fig.1The block diagram of signal waveform design图1中,重要数据符号首先进行一次扩频调制,用于每个符号扩频的PN 码从系统固定的一次扩频码本集合中随机抽取㊂重要数据一次扩频后,码片速率和常规业务数据符号速率相同㊂重要数据和常规业务数据通过随机跳时选通合并为一路信号,选通开关由随机跳时参数控制㊂合并后的信号做二次扩频,此处用于扩频的每个PN 码从系统固定二次扩频码本集合中随机抽取㊂对一次扩频和二次扩频码本集合中每个PN 进行编号,随机抽取的PN 码编号信息和随机跳时参数通过大信号传递给合作接收方㊂携带三种控制信息的大信号采用传统的长码扩频调制,大信号和弱信号采用相同的调制方式,载波调制后叠加,经过上变频和高功率放大,由天线发送到自由空间中㊂根据以上叙述,下文将从大信号设计和弱信号设计两个方面进行详细介绍㊂3　弱信号设计弱信号波形设计从非平稳波形设计层面加强卫星信号抗截获能力,设计一种非平稳的低检测概率(Low Probability of Intercept,LPI)信号波形㊂为使通信信号具有抗截获性,引入一种隐蔽信道技术,将隐蔽信道信息通过扩频的方式复接在业务信道[7]㊂此处考虑将重要数据通过类似方式隐藏于常规业务数据中㊂同时,在传统的通信抗干扰技术基础上,采用随机跳码扩频调制和随机跳时合并,构造非平稳通信信号波形㊂下面详细介绍随机跳码扩频调制和随机跳时合并㊂3.1　随机跳码扩频直接序列扩频是常用的抗干扰㊁抗截获技术㊂以BPSK 调制为例,直扩信号可用如下公式表示[8]:x (t )=Ad (t )p (t )cos(2πf c t +ϕ0)㊂(1)式中:A 为载波幅度;d (t )=∑+¥n =-¥d n g d (t -nT d ),T d 为符号持续时间,d n 表示二进制信息比特对应的+1㊁-1序列;p (t )=∑+¥n =-¥p n g p (t -nT p ),T p 为码片持续时间,p n 表示二进制伪随机序列对应的+1㊁-1序列;g d (t )和g p (t )都为脉冲成形函数;f c 为载波频率;ϕ0是初始相位,且ϕ0~U (0,2π);d (t )㊁p (t )与cos(2πf c t +ϕ0)两两独立㊂信号x (t )的自相关函数R x (t ;τ)=E {x (t )x *(t -τ)},进一步化简为R x (τ)=12A 2cos(2πf c τ)∑+¥m =-¥αm R g p (τ-mT p )㊂(2)㊃072㊃ 电讯技术 2018年式中:αm =E {∑+¥u =-¥p u p u -m d ⌊u /k 」d ⌊(u -m )/k 」},T d =kT p ,k 为扩频增益,R g p (τ)为成型函数自相关函数㊂分析式(2),发现12A 2cos(2πf c τ)是R x (τ)的包络,R x (τ)中存在的三角脉冲R g p (τ-mT p )反映信号x (t )中潜藏的信号周期,三角脉冲的幅度受系数αm的影响㊂又d n 是二元随机传输的双极性符号,p n 为长l 的二元双极性m 序列㊂在传统直扩技术中,采用的扩频码不变,当m =il (i =0,1,2, )时,系数αm 较大,反映出∑+¥m =-¥αm R g p (τ-mT p )在τ=ilT p (i =0,1,2, )处有非常明显的三角脉冲㊂因此,在抗检测的波形设计中需要改变p n 序列的选取㊂本文采用随机跳码,构造如图2所示的直扩信号随机跳码结构㊂图2　直接扩频随机跳码结构Fig.2The structure of DSSS with random hopping codes图2中,用于扩频的每一个PN 码,是从集合Ω={PN 1,PN 2, ,PN v }中随机抽取的㊂Ω是系统的扩频码码本集合,Ω中的PN 码具有较好的自相关性和互相关性,并且每个PN 码的长度不一定相同㊂在具体扩频调制时,遵循如下原则:扩频码各个码片持续长度一致,均为T p ㊂如果不一致,扩频码序列的相关性会严重降低,出现伪相关峰,合作方捕获跟踪难度大㊂按上述的直扩信号随机跳码构造方式,可以使整个时域上∑+¥m =-¥αm R g p (τ-mT p )的系数αm 变小,不会出现周期性的较大取值,随机跳码信号的自相关性好㊂从自相关性上来讲,信号波形码片具有较好的随机特性;从码结构的跳变上讲,波形具有非平稳性㊂3.2　随机跳时合并常规业务数据和重要数据的合并,采用随机跳时方式㊂重要数据符号经过一次扩频后,扩频码码片持续时间和业务数据符号持续时间相同,再通过开关选通,实现重要数据的跳时特性㊂在具体随机跳时选通时遵循如下原则:每一段业务数据和每一段重要数据持续时间都是码片持续时间T 的整数倍㊂重要数据和业务数据选通后的信号结构如图3所示㊂图3　随机跳时选通结构Fig.3The structure of signals gating withrandom hopping periods图3中,常规业务数据的每个符号周期和重要数据符号扩频后的每个码片持续时间相同,都为T ,使敌方难以辨识重要数据的存在㊂设计要求每一次传输持续时间t i 是一个随机数,但是必须是T 的整数倍,即t i =λT ,其中λ是离散型随机变量,λ概率密度函数的选取,影响着重要数据的隐蔽性㊂此处,设计λ为[1,2, ,n ]等概分布的离散型随机变量,λ的概率密度函数为f (λ)=1n ∑nj =1δ[λ-j ],其中n 是λ可取的最大正整数㊂随机跳时的切换时间对于非合作方是真正随机的,隐藏了重要数据,增大了非合作方识别重要数据的难度㊂但是,对于合作方而言,随机跳时的传输持续时间t i 是通过大信号传递给合作方的,发送方和合作方达成接收协议,随机跳时不影响合作方从弱信号中提取出重要数据㊂4　大信号设计大信号掩盖技术[9]与弱信号设计的方向相反㊂大信号要能掩盖住弱信号,其必须具有循环平稳特性,干扰非合作方对弱信号相关参数的检测和估计㊂假设弱信号生成中随机跳时选通合并后的基带信号为c (t )=∑+¥m =-¥c m g (t -mT c ),以BPSK 调制为例,则弱信号经二次跳码扩频和调制后的信号为w (t )=A cos(2πf c t +ϕ0)∑+¥m =-¥p m c ⌊m/k 」g (t -mT p )㊂(3)式中:A 为弱信号载波幅度;f c 为弱信号载波频率;ϕ0为初始相位;p m 是弱信号扩频码序列,c ⌊m/k 」是p m 所在的信息数据值;符号持续时间为T p ,T c =kT p ,k为扩频增益㊂大信号波形可表示如下:㊃172㊃第58卷谢岸宏,朱立东,翟继强,等:卫星通信抗截获信号波形设计第3期y (t )=A′cos(2πf c t +ϕ0)∑+¥m =-¥p′m d′⌊m/h 」g (t -mT′p )㊂(4)式中:A′为大信号载波幅度;f c 为大信号载波频率;ϕ0为初始相位;p′m 是大信号的扩频码序列,d′⌊m/h 」是p′m 所在的信息数据值(携带弱信号中的一次随机跳码编号㊁随机跳时参数㊁二次随机跳码编号信息);符号持续时间为T′p ,T d ′=hT′p ,h 为扩频增益㊂大信号波形参数设计要求如下:(1)A′远大于弱信号幅度A (在合作方可解调弱信号前提下设计),大信号采用与弱信号相同的调制方式,相同的中心频率和初始相位;(2)p′m 采用固定的PN 码,PN 码码片周期T′p =T p ;(3)大信号中携带的数据符号周期T d ′满足jT d ′=T c ,j ≥2且j ∈;(4)p′m 与任意一个p m 具有较好的非相关性㊂将大信号掩盖到弱信号上,得到如下的混合信号:s (t )=y (t )+w (t )=A′cos(2πf c t +ϕ0)∑+¥m =-¥p′m d′⌊m/h 」+A A′p m c ⌊m/k æèçöø÷」㊃g (t -mT p )㊂(5)分析s (t )对应的αm 系数,αm =E∑+¥u =-¥p′u d′⌊u/h 」+AA′p u c ⌊u/k ()」p′u -m d′⌊(u -m )/h 」+AA′p u -m c ⌊(u -m )/k ()[]」=E ∑+¥u =-¥p′u d′⌊u/h 」p′u -m d′⌊(u -m )/h 」+A A′p u c ⌊u/k 」p′u -m d′⌊(u -m )/h 」+A A′p′u d′⌊u/h 」p u -m c ⌊(u -m )/k 」+A A ()′2p u c ⌊u/k 」p u -m c ⌊(u -m )/k éëêêêùûúúúìîíïïïüþýïïï」㊂(6)由于A A æèçöø÷′2≪1,αm ≈E ∑+¥u =-¥p′u d′⌊u/h 」p′u -m d′⌊(u -m )/h 」+AA′(p u c ⌊u/k 」p′u -m d′⌊(u -m )/h 」+p′u d′⌊u/h 」p u -m c ⌊(u -m )/k 」éëêêêùûúúú{})㊂(7)发射信号s (t )的αm 系数是s (t )的自相关函数在τ=mT p 处的三角峰幅度值,αm 越大,则容易被检测出来㊂从式(7)中可以看出,发射信号s (t )的αm系数主要受y (t )的特性影响,弱信号w (t )的特性对αm 系数的影响可以忽略不计㊂因此,在自由空间传播中,大信号可以实现对弱信号的掩盖,增加非合作方对弱信号检测和参数估计的难度㊂5　系统复杂度分析在宽带卫星通信的应用中,卫星下行发射信号,同时生成大信号和弱信号,复杂度记为C s +C w ㊂地面终端采用如下接收思路:对接收信号进行大信号同步解调,得到一次随机跳码编号㊁随机跳时参数㊁二次随机跳码编号,复杂度为C′s ㊂再重构大信号,通过大信号抵消算法得到包含弱信号的残余信号,复杂度为C s ;根据携带信息实现弱信号的同步和解扩信号,复杂度为C′w ㊂系统总复杂度为(2C s +C′s )+(C w +C′w )㊂由于大信号是传统直扩信号,弱信号是特殊的跳码直扩信号,系统总复杂度可等价为如下:C ≜(2C 0+C′0)+(C h1+C′h1)+(C h2+C′h2)㊂(8)式中:C 0和C′0分别为传统直扩生成和同步解调复杂度,C h1和C′h1分别为一次跳码直扩扩频和解扩复杂度,C h2和C′h2分别为二次跳码直扩扩频和解扩复杂度㊂若跳码直扩通信系统复杂度为C h +C′h ,则C h2+C′h2=C h +C′h 且C h1+C′h1≤C h +C′h ㊂采用本文设计信号波形的系统复杂度相当于跳码直扩通信系统的2~3倍,仍在可接受范围内㊂6　仿真实验仿真条件如下:仿真中信号均为BPSK 信号,信噪比(弱信号比底噪)为-12dB㊂仿真中参数设置参考IS-95体制,重要数据符号变速率发送,业务数据符号速率19.2ksymbol /s,一次扩频码片速率19.2kchip /s,二次扩频码片速率1.2288Mchip /s㊂根据大信号设计部分的分析,大信号信息比特速率设计为38.4kbit /s,是业务数据符号的2倍,大信号长码码片速率1.2288Mchip /s㊂关于跳码集合的扩频码元素选取在此不做深入讨论,仿真中使用的一次跳码码本是从三个Gold 码集合Υ1㊁Υ2㊁Υ3中选出的32个码;仿真中使用的二次跳码码本也是从两个Gold 码集合Z 1㊁Z 2中选出的32个码㊂Gold 码的特征多项式[10]如表1所示㊂表1　Gold 码生成特征多项式Tab.1The characteristic polynomials of gold codes generation Gold 码集合特征多项式1特征多项式2Gold 码长度Υ1x 5+x 2+1x 5+x 4+x 3+x 2+131Υ2x 5+x 2+1x 5+x 4+x 2+x +131Υ3x 6+x +1x 6+x 5+x 2+x +163Z 1x 6+x +1x 6+x 5+x 3+x 2+163Z 2x 6+x 5+x 2+x +1x 6+x 5+x 3+x 2+163㊃272㊃ 电讯技术 2018年6.1　信号波形抗截获性分析对设计信号波形自相关函数曲线做仿真分析,考察信号是否具有较好的自相关性;再分析其循环谱,考察信号的抗截获能力㊂仿真中,大信号和弱信号的功率比P s /P w 为10dB㊂图4~6分别是大信号的自相关曲线㊁弱信号的自相关曲线㊁大信号掩盖后的发送信号自相关曲线,可看出图5弱信号自相关性较好,而图6继承了图4大信号的自相关特性,具有明显周期性,弱信号的特性被大信号掩盖㊂图4　大信号自相关曲线Fig.4The autocorrelation curve of strongsignal图5　弱信号自相关曲线Fig.5The autocorrelation curve of weaksignal图6　发送信号自相关曲线Fig.6The autocorrelation curve of transmitting signal图7~9分别是大信号㊁弱信号和发送信号循环谱f =f c 截面,可以看到图7大信号循环谱存在多个明显的尖峰,尖峰对应的循环频率为j /T d (j =1,2,3,),可以起到迷惑非合作方的作用㊂图8只有在1/T p 上存在明显的尖峰,在其他频率上没有明显的尖峰㊂图9继承了图7大信号循环谱的特性,弱信号特性被掩盖,说明本文设计的波形方案有效可行㊂图7　大信号循环谱f =f c 截面Fig.7The cyclic spectral density of strong signal in f =fc图8　弱信号循环谱f =f c 截面Fig.8The cyclic spectral density of weak signal in f =fc图9　发送信号循环谱f =f c 截面Fig.9The cyclic spectral density of transmitting signal in f =f c图10是循环谱法[11]对传统直扩信号㊁伪随机跳码信号和本文设计弱信号的盲检测性能,可以看㊃372㊃第58卷谢岸宏,朱立东,翟继强,等:卫星通信抗截获信号波形设计第3期出传统扩频信号和伪随机跳码信号具有循环平稳性,循环谱法可以盲检测到两者,而循环谱法对本文设计弱信号检测概率较低,反映出本文设计弱信号循环平稳性遭到破坏,具有抗检测能力㊂图10　循环谱法直扩信号盲检测性能Fig.10Performance of spread spectrum signal blinddetection with cyclic spectrum信号的抗截获性能如何,还可以通过非合作方的截获性能来具体反映:截获性能越差,信号的抗截获性就越好㊂图11使用大信号下的弱信号检测算法[12],在信噪比-12dB(弱信号比底噪)不同功率比P s /P w 和不同检测门限下大信号掩盖条件下仿真弱信号存在性检测性能㊂P s /P w 越大,检测到弱信号的概率越小;检测门限越低,弱信号检测概率越大,在检测门限系数为0.1时比较合适㊂此时,当大信号和弱信号的功率比高于7dB 时,检测不到弱信号的存在,弱信号隐藏于大信号下,说明大信号掩盖了弱信号,实现了弱信号的隐蔽通信㊂图11　大信号掩盖下弱信号存在性检测性能Fig.11Performance of weak signal blind detection under strong signal cover6.2　弱信号解调性能分析大信号的引入必然对弱信号的传输性能造成影响,最直接的就是弱信号解调误码率的影响㊂通过仿真分析不同功率大信号掩盖下弱信号的解调性能(BPSK 信号LPF 基带接收法)㊂图12是上述仿真条件下采用不同P s /P w 下弱信号解调误码率曲线㊂随着大信号功率的增大,弱信号的解调误码率高,解调增益损失也越大㊂P s /P w 为4dB 时,弱信号误码率达到10-6,大信号带来的弱信号解调损失为2dB 左右,但P s /P w 为12dB 时,大信号带来的弱信号解调损失为6dB 左右㊂随着大信号功率的增大,弱信号的抗截获能力增加,但是解调性能却大大降低㊂在系统接收方会通过大信号抵消降低P s /P w ,大信号残余的P s /P w 小于4dB,解调损失小于2dB,在接受范围内㊂图12　不同P s /P w 下弱信号解调误码率曲线Fig.12Demodulation BER of weak signal in different P s /P w7　结束语本文设计了一种抗截获的卫星通信信号波形,采用大信号掩盖弱信号的技术,实现弱信号抗截获性㊂同时,对系统复杂度进行了简单分析,其复杂度相当于传统的跳码直扩通信系统的2~3倍,仍在可接受的范围内㊂通过仿真分析信号波形的自相关性和循环谱特性,以及大信号掩盖下弱信号的检测性能,验证了设计信号波形具有抗截获的能力㊂最后对弱信号的解调性能进行仿真分析,大信号掩盖带来的解调损失可以控制在2dB 内,弱信号抗截获能力提高的同时,其传输性能仍在可接受的范围内㊂以后研究工作中还需要进一步从高阶循环平稳特性㊁复杂度具体分析㊁随机跳码的码集合大小和扩频增益等方面优化㊂参考文献:[1]　石荣,胡苏,徐剑韬.卫星透明转发通信中的隐蔽自适应扩频传输[J].舰船电子工程,2017,37(1):54-57.㊃472㊃ 电讯技术 2018年SHI Rong,HU Su,XU Jiantao.Concealed adaptive spec⁃trum 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315MHz遥控器固定码信号分析和重放某宝上买了⼀个可以发射固定码信号的 315 MHz 遥控器和 315 MHz 的超再⽣接收模块，这⾥尝试录制并解析⼀下发散的信号。

使⽤⼯具HDSDR + RTL-SDR + 遥控信号器 + Audacity信号分析遥控器⼀共有 A、B、C、D 四个按键，每个按键对应不同的信号载波分别录制好四个信号。

型号为 2262，也就是 PT226X 的 ASK/OOK 编码格式。

信号录制⾸先分析按键 A 的信号，设置带宽为 192000000Hz，中⼼频率为 315078463Hz。

按住遥控器A键，HDSDR 的左下⾓的 O 键进⾏录制。

结束录制后找到默认存放⾳频⽂件的⽂件夹，将其导⼊到 Audacity 中。

设置采样率为288000Hz，显⽰⽅式为宽波形（dB）.放⼤之后就可以看到每⼀个ASK编码后的信号，中间的间隔时间相同。

信号分析找到其中⼀个信号：按照 PT2262 的数据位构成进⾏解析信号：同步码占4 bit，地址位占8 bit，数据码占4 bit，停⽌码为 1a，就可以解析出来相应的数据表⽰：类似的可以解出 B、C、D 的数据表⽰：hackcube 测试这⾥测试⼀下 hackcude 的信号截获功能，以及分析重放时的数据表⽰是否和遥控时的⼀致。

连接上 hackcube 的 wifi 之后，浏览器访问 192.168.5.1 ，切换到 RF 选项卡，按下遥控的按钮，cube 就会⾃动检测到信号的函数类型以及数据。

在 HDSDR 上也可以看到 315 MHz 附近处有⼀个波峰，接着和上⾯的步骤⼀样：录下信号在 Audacity ⼯具⾥进⾏分析。

若想要 hackcube 重放的信号的位置和遥控器的信号位置⼀致，可以在设置⾥更改中⼼频率，如下可以看到这⾥获取到的信号的数据为0010，和上⾯⽤遥控器录下的信号完全⼀致。

PT2272-M4 信号接收使⽤ PT2272 芯⽚超再⽣模块进⾏信号接收，根据信数据码的不同在 D0、D1、D2、D3 进⾏解码，1 表⽰⾼电平；0 表⽰低电平；F 表⽰悬空填坑根据振幅的占空⽐来表⽰ 0 和 1，编码之后和原信号⼀致。

信号包络熵的仿真计算及特点分析摘要现代通信系统需要自动识别信号的调制样式，信号自动识别在军用、民用领域扮演着重要的角色。

本文针对近年来兴起的特征参数值域判别法，研究讨论了信号自动识别中的一个重要参数——包络熵的计算及特性分析。

本文基于课题的技术要求，系统的研究了AM、DSB、FM 等常见信号的产生、正交混频提取包络及包络熵计算的全过程，分析讨论了信噪比（SNR）、量化等级等参数变化对包络熵的影响，并提出了有助于信号快速自动识别的经验数据采集的方法和原则。

最后，基于MATLAB这一平台，制作了一个包络熵计算及特性分析的GUI，有助于读者直观地了解AM、DSB、FM等常见信号的包络熵的特点。

关键词：信号自动识别包络熵正交混频 MATLAB GUI 特征参数值域判别法AbstractThe modern communication system need to automatic identify the signal’s modulation types, automatic modulation types recognition play an important role not only in militarily but also in civilian regions. This thesis base the characteristic parameter judger developed in recent years, analyze an important parameter in signal automatic identify—the envelope entropy’s calculation and analysis。

This thesis base on the technologic demand of the project ,discussed the produce、digital orthogonal mixing and the calculate of envelope entropy about AM、DSB、FM，consider of the SNR and the number of quantization’s impact to the envelope entropy ,and sort some data which will helpful to the signal identify quickly .Finally ,the writer make use of MATLAB designed a GUI about calculate and analyze envelope entropy ,which will help the reader to know the feature of AM、DSB、FM’ envelope entropy directly.Key word: signal automatic recognition, envelope entropydigital orthogonal mixing, MATLAB GUI目录1绪论 (4)1.1研究信号包络熵的作用和意义 (4)1.2MATLAB与GUI简介 (5)2 理论分析 (6)2.1信号自动识别方法及流程 (6)2.2信号调制原理 (6)2.2.1AM信号调制原理 (6)2.2.2 DSB信号调制原理 (7)2.2.3 FM信号调制原理 (7)2.3.3.1直接调频法 (7)2.3.3.2间接调频法 (8)2.3正交混频解调提取包络原理 (8)2.4包络熵的计算方法 (10)3 软件设计与仿真实现 (11)3.1仿真系统总体设计 (11)3.2功能模块的设计 (11)3.2.1单音信号的AM调制 (11)3.2.2话音信号的AM调制 (12)3.3GUI界面设计 (14)4 仿真结果分析 (20)4.1理论结果 (20)4.2仿真结果 (21)4.2.1大信噪比下的仿真结果（信噪比100dB,量化等级15） (21)4.2.2小信噪比的仿真结果（信噪比为10dB，量化等级15） (22)4.3参数变化对仿真结果的影响 (23)4.3.1信噪比（SNR）的变化对结果的影响 (23)4.3.2量化等级的改变对结果的影响 (25)4.3.3信号源参数改变对结果的影响 (27)4.3.3.1调幅度变化的影响 (27)4.3.3.2调频指数变化对结果的影响 (29)4.4仿真结果应用 (31)5、总结 (32)5.1工作小结 (32)5.2有待改进的方面 (32)致谢 (33)参考文献 (33)1绪论1.1研究信号包络熵的作用和意义通信信号的特征通常分为两大类，即信号的内部特征和信号的外部特征。