一种JTIDS信号侦收识别定位方法与流程

阅读：评论：0

一种jtids信号侦收识别定位方法
技术领域
1.本发明涉及识别定位技术领域，特别是一种jtids信号侦收识别定位方法。

背景技术：

2.jtids是美国陆海空三军共用的大容量、抗干扰、高保密，集通信、导航、识别等功能于一体的联合战术信息分发系统，可以保证战场上的各个指挥中心和作战平台信息的实时性交互传输。jtids作为link16数据链的通信载体，目前已广泛应用于美军及北约部队的各种作战平台上。因此，在作战环境中，对jtids信号进行实时、高效、准确地截获、识别、搜索、定位及其他应用具有重要的军事意义。
3.jtids采用了直接序列扩频、高速跳频、rs编码等多种技术，调制方式为msk，具有较强的抗干扰以及抗截获的能力。针对jtids采用的多种技术和信号特征，国内外学者进行了大量的研究，研究方向主要集中在跳频信号的检测与估计、扩频序列伪随机码的估计、msk调制方式的识别这几个方面，可以提取的特征参数包括跳频图案、脉冲宽度、toa、调制方式、载频、码速率、pn码等。
4.然而，虽然对jtids信号的侦察技术的研究取得了一定的成果，但这些研究并没有从系统的角度，针对不同的应用场景设计相应的侦收方案，按照平台侦察任务的不同，需要测量的信号特征和技术参数不尽相同。因此，根据上述情况，有必要根据不同的侦察需求，设计相应的jtids信号侦收识别系统。

技术实现要素：

5.鉴于此，本发明提供一种jtids信号侦收识别定位方法，无需进行msk检测解调、软扩频信号pn码的侦察破解、人工智能算法分类器设计等较复杂的处理过程，通过已知的jtids信号的跳频频点集、脉冲宽度和脉冲间隔即可实现jtids信号的侦收识别和定位，从而简化系统复杂度。
6.本发明公开了一种jtids信号侦收识别定位方法，其包括：
7.步骤1：根据jtids信号的跳频频点，通过多路并行接收信道接收信号；
8.步骤2：通过门限检测判断接收的各个脉冲信号的脉冲宽度是否符合jtids信号特征，并得到各脉冲的脉冲到达时间；
9.步骤3：基于脉冲间隔对符合jtids信号脉冲宽度的脉冲进行分选，得到跳频频率序列；
10.步骤4：通过频点匹配实现主站和副站间的toa测量同步；
11.步骤5：基于同步后的到达时间，得到辐射源信号到达各定位平台间的时间差，通过时差交叉定位方法解算目标空间位置。
12.进一步地，所述步骤1包括：
13.步骤11：基于jtids信号的跳频频点集属于先验知识，分别配置多路并行信道的中心频率，以使接收信道与跳频频点集相对应；
14.步骤12：多路并行接收信道全概率接收宽带、高跳速的信号。
15.进一步地，所述步骤12包括：
16.接收的信号进行模数转换后进入每个接收信道，每个接收信道都对转换后的信号依次进行采样、滤波、抽取。
17.进一步地，所述步骤2包括：
18.采用滑动窗相关检测法构造矩形窗与接收的信号进行滑动相关，相关运算后的峰值对应脉冲到达时间，幅度为脉冲峰值一半的点的差值对应的脉冲宽度t；
19.设置两个门限，第一个为峰值检测门限，用于判断是否已检测到脉冲，超过峰值检测门限则表示有信号被截获，设置虚警概率，根据虚警概率与门限的关系可得：
[0020]vt2
＝-2σ2lnpfꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0021]
其中，pf为虚警概率，σ2为噪声功率，v
t
即为对应于虚警概率的峰值检测门限；
[0022]
第二个为脉冲宽度检测门限，设定系统允许的脉冲估计误差范围，则若脉冲宽度t满足：
[0023]
6.4μs-δt≤t≤6.4μs+δt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0024]
则认为接收的信号为jtids信号。
[0025]
进一步地，若多路并行接收信道接收导致任一信道的中心频点的信号泄露到相邻通道中，使得相邻通道在同一到达时间有输出时，能够通过比较各信号的脉冲峰值大小剔除干扰。
[0026]
进一步地，所述步骤3包括：
[0027]
步骤31：对剔除干扰后的所有信道的输出按照脉冲的到达时间顺序进行拼接，得到所有脉冲的到达时间序列；
[0028]
步骤32：根据jtids信号的脉冲间隔，对所有脉冲的到达时间序列采用序列搜索，实现jtids脉冲信号的分选，得到跳频频率序列。
[0029]
进一步地，所述步骤32包括：
[0030]
步骤321：从第一个脉冲开始，根据jtids信号的脉冲间隔判断在脉冲间隔的整数倍处是否存在脉冲，首先判断第二个脉冲与第一个脉冲的间隔是否小于jtids信号的脉冲间隔，如果小于，则继续搜索下一个脉冲；如果大于jtids信号的脉冲间隔，则判断两脉冲的间隔与2倍脉冲间隔的关系，以此类推；
[0031]
步骤322：如果两脉冲间隔为jtids信号的脉冲间隔的整数倍，便将该脉冲作为新的起点继续搜索，重复步骤321，直至序列搜索完成为止；
[0032]
步骤323：若以第一个脉冲为起点搜索到的脉冲与第一个脉冲的脉冲间隔等于jtids信号的脉冲间隔或脉冲间隔的整数倍，则将搜索到的脉冲从原序列中剔除，针对剩余的脉冲序列的到达时间进行新一轮的搜索；若未搜索到脉冲，则将第一个脉冲剔除，以第二脉冲为起点开始新的搜索，直到所有序列剔除完毕才结束操作；通过对脉冲间隔的分选，从所有通道的数据中提取出一系列按jtids信号跳频时刻，即脉冲到达时间排序的频率值，即跳频频率序列。
[0033]
进一步地，通过频点映射，能够将跳频频率序列转换为便于传输的数据；
[0034]
所述频点映射的过程为：所述jtids脉冲信号中每个脉冲对应的跳频频率都处在对应的跳频信道中，每个信道都有一个信道编号，于是跳频频率序列就映射为一连串的信
道编号。
[0035]
进一步地，在所述步骤4中，所述通过频点匹配实现主站和副站间的toa测量同步，包括：
[0036]
依次取主站中的跳频频率序列，寻副站中与当前提取的主站中的跳频频率序列相同的跳频频率序列；若满足匹配条件，则结束匹配；若不匹配，则继续遍历主站中其余的跳频频率序列，直到满足匹配条件或主站中跳频频率序列遍历结束；其中，所述匹配条件为：当两组跳频频率序列中p个频点匹配上则判断两站接收到的是同一段信号；当两站满足匹配条件时，以匹配上时的两站脉冲的位置，重新确定toa起点，即实现两站toa测量的同步。
[0037]
进一步地，所述步骤5包括：
[0038]
时差交叉定位基于双曲线交汇的几何定位原理，通过测量辐射源信号到达各定位平台间的时间差，该时间差确定了该辐射源处于以当前两个定位平台位置为焦点的空间双曲面上，在布局4个以上的定位平台后，即可对应地获取3个空间双曲面，其交汇点即为目标辐射源空间位置。
[0039]
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
[0040]
采用了上述方案，本发明的有益效果是：通过宽带射频直采及信道化接收技术，提高了jtids信号在全跳频频段、全跳频时域的检测概率；通过双门限信号检测和脉冲间隔分选，实现了对jtids信号的联合分选识别；通过多周期积累平均，提高了toa的测量精度；通过频点匹配，实现了多站间的toa测量同步。最后，根据测量的toa结果，完成了目标的多站时差交叉定位。
附图说明
[0041]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]
图1为本发明实施例的一种jtids信号侦收识别定位方法的流程示意图；
[0043]
图2为本发明实施例的基于多路并行通道的jtids信号全概率接收模型示意图；
[0044]
图3为本发明实施例的基于脉冲间隔的信号分选算法流程图；
[0045]
图4为本发明实施例的频点匹配算法流程图。
具体实施方式
[0046]
结合附图和实施例对本发明作进一步说明，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。
[0047]
本发明给出了一种jtids信号侦收识别定位方法的实施例，其采用的技术方案是首先截获jtids信号；其次基于滑动相关的jtids信号检测，并剔除相邻通道干扰；第三，基于脉冲间隔实现信号分选；第四，toa的精确估计；然后主站将接收到的多个副站的测量结果进行站间同步；最后，计算tdoa并完成目标的定位解算。如图1所示，是本发明实施jtids信号侦收识别方法的流程框图。该方法包括多通道接收、检测、分选、toa估计、匹配同步、定
位解算等步骤。
[0048]
(1)截获jtids信号。本实施例能够并行实时全概率截获宽带、高跳速的jtids信号。由于jtids信号的跳频频点集属于先验知识，可以分别使用这些载频配置信道中心频率，使接收信道与该频率集相对应。图2为系统的信道化接收框图。本实施例采用射频直采，采样率为880mhz，采用cic滤波器后接fir滤波器的设计，共51个信道。其中cic滤波器为3级级联滤波器，抽取倍数为11；fir滤波器通带截止频率为2mhz，考虑到滤波器的阶数，设置其阻带截止频率为4mhz，并进行5倍抽取，得到的基带信号的数据率为20mhz。作为本实施例的jtids信号截获方案，可采取不同的频段划分和不同数量的多路信道进行信号的接收，包括滤波器组设计和抽取倍数设计。该方式与本实施例思路一致，同样是多路全信道化接收，只需要根据软硬件处理资源适应性调整。
[0049]
基于滑动相关的jtids信号检测。根据jtids信号的脉冲调制特性，对滤波抽取后的51个信道分别进行监控与分析，通过门限检测判断是否为jtids信号，是本实施例需要解决的问题和关键技术之一。针对jtids信号脉冲宽度始终为6.4微秒的特征，本实施例设计了双门限检测法。首先采用滑动窗相关检测法，构造矩形窗与接收信号进行滑动相关。本发明涉及的相关检测，可采用其他相关算法进行替代，如延时相乘相关、倍频相关等方法，其目的都是为了获取相关峰便于后续门限检测和toa估计，都属于能量检测范围。相关运算后的峰值对应脉冲到达时间，幅度为脉冲峰值一半的点的差值对应脉冲宽度t。设计两个门限，第一个为峰值检测门限，设置虚警概率，根据虚警概率与门限的关系可得：
[0050]vt2
＝-2σ2lnpfꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0051]
其中，pf为虚警概率，σ2为噪声功率，v
t
即为对应于虚警概率的峰值检测门限；
[0052]
第二个为脉冲宽度检测门限，设定系统允许的脉冲估计误差范围，则若脉宽t满足：
[0053]
6.4μs-δt≤t≤6.4μs+δt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0054]
则认为接收信号为jtids信号。
[0055]
系统多通道并行接收的设计可能会导致该频点的信号泄露到相邻通道中，使得相邻通道也可能在同一到达时间有输出，可通过比较各通道脉冲峰值大小剔除干扰。
[0056]
基于脉冲间隔的信号分选。对剔除干扰后的所有通道的输出按照脉冲的到达时间顺序进行拼接，即可得到一定时宽内所有脉冲的到达时间序列。根据jtids信号的脉冲间隔(13微秒)，采用序列搜索的思想，可实现jtids脉冲信号的分选，具体算法流程如图3所示。信号分选的基本思想为：从第一个脉冲开始，根据jtids信号的脉冲间隔(pri)判断在pri的整数倍处是否存在脉冲。首先判断第二个脉冲与第一个脉冲的间隔是否小于已知pri，如果小于，则继续搜索下一个脉冲；如果大于已知pri，则判断两脉冲的间隔与2
×
pri的关系，以此类推。如果两脉冲间隔为已知pri的整数倍(允许一定系统容差)，便将该脉冲作为新的起点继续搜索，重复上述过程直到本次序列搜索完毕。若以第一个脉冲为起点搜索到了符合条件的脉冲，则将这些脉冲从原序列中剔除，针对剩余的脉冲序列的到达时间进行新一轮的搜索；若未搜索到脉冲，则将第一个脉冲剔除，以第二脉冲为起点开始新的搜索，直到所有序列剔除完毕才结束操作。通过对脉冲间隔的分选，从所有通道的数据中提取出一系列按jtids信号跳频时刻(脉冲toa)排序的频率值，即跳频频率序列。每个脉冲对应的跳频频率都处在对应的跳频信道中，每个信道都有一个信道编号，于是跳频频率序列就可以映射
为一连串的信道编号，此过程即为频点映射，通过频点映射，可将跳频频率序列转换为便于传输的数据。
[0057]
toa精确估计。jtids信号为多个脉冲构成的脉冲串，脉冲间隔恒定，利用多个脉冲的周期性，通过多周期积累平均，相对于单个脉冲的toa估计值，测量精度可提高倍。
[0058]
基于频点匹配的站间同步。副站传输带有本地时间戳的toa信息和解跳的跳频频率序列信息，通过频点匹配解决站间toa测量的同步问题。其算法流程如图4所示。依次取主站中的跳频频率序列，寻副站中与当前提取的主站中的跳频频率序列相同的跳频频率序列。若满足匹配条件，则结束匹配；若不匹配，则继续遍历主站中剩下的跳频频率序列，直到满足匹配条件或主站中跳频频率序列遍历结束。算法中较为关键的是匹配条件的设置。匹配条件定义为当两组跳频频率序列中p个频点匹配上就可以判断两站接收到的是同一段信号。当两站满足匹配条件时，以匹配上时的两站脉冲的位置，重新确定toa起点，即可实现两站toa测量的同步。通过仿真分析，该频点匹配方案具有较强的可行性，可以通过频点匹配实现站间的toa测量同步。
[0059]
定位解算。根据测量的toa，可得各站的到达时间差，则可通过时差交叉定位方法解算目标空间位置。时差交叉定位基于双曲线交汇的几何定位原理，通过测量辐射源信号到达各定位平台间的时间差，该时间差确定了该辐射源处于以当前两个定位平台位置为焦点的空间双曲面上，在布局4个以上的定位平台后，即可对应地获取3个空间双曲面，其交汇点即为目标辐射源空间位置。
[0060]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：

1.一种jtids信号侦收识别定位方法，其特征在于，包括：步骤1：根据jtids信号的跳频频点，通过多路并行接收信道接收信号；步骤2：通过门限检测判断接收的各个脉冲信号的脉冲宽度是否符合jtids信号特征，并得到各脉冲的脉冲到达时间；步骤3：基于脉冲间隔对符合jtids信号脉冲宽度的脉冲进行分选，得到跳频频率序列；步骤4：通过频点匹配实现主站和副站间的toa测量同步；步骤5：基于同步后的到达时间，得到辐射源信号到达各定位平台间的时间差，通过时差交叉定位方法解算目标空间位置。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤11：基于jtids信号的跳频频点集属于先验知识，分别配置多路并行信道的中心频率，以使接收信道与跳频频点集相对应；步骤12：多路并行接收信道全概率接收宽带、高跳速的信号。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤12包括：接收的信号进行模数转换后进入每个接收信道，每个接收信道都对转换后的信号依次进行采样、滤波、抽取。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：采用滑动窗相关检测法构造矩形窗与接收的信号进行滑动相关，相关运算后的峰值对应脉冲到达时间，幅度为脉冲峰值一半的点的差值对应的脉冲宽度t；设置两个门限，第一个为峰值检测门限，用于判断是否已检测到脉冲，超过峰值检测门限则表示有信号被截获，设置虚警概率，根据虚警概率与门限的关系可得：v
t2
＝-2σ2lnp
f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，p
f
为虚警概率，σ2为噪声功率，v
t
即为对应于虚警概率的峰值检测门限；第二个为脉冲宽度检测门限，设定系统允许的脉冲估计误差范围，则若脉冲宽度t满足：6.4μs-δt≤t≤6.4μs+δt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)则认为接收的信号为jtids信号。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若多路并行接收信道接收导致任一信道的中心频点的信号泄露到相邻通道中，使得相邻通道在同一到达时间有输出时，能够通过比较各信号的脉冲峰值大小剔除干扰。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：步骤31：对剔除干扰后的所有信道的输出按照脉冲的到达时间顺序进行拼接，得到所有脉冲的到达时间序列；步骤32：根据jtids信号的脉冲间隔，对所有脉冲的到达时间序列采用序列搜索，实现jtids脉冲信号的分选，得到跳频频率序列。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤32包括：步骤321：从第一个脉冲开始，根据jtids信号的脉冲间隔判断在脉冲间隔的整数倍处是否存在脉冲，首先判断第二个脉冲与第一个脉冲的间隔是否小于jtids信号的脉冲间隔，如果小于，则继续搜索下一个脉冲；如果大于jtids信号的脉冲间隔，则判断两脉冲的间隔与2倍脉冲间隔的关系，以此类推；
步骤322：如果两脉冲间隔为jtids信号的脉冲间隔的整数倍，便将该脉冲作为新的起点继续搜索，重复步骤321，直至序列搜索完成为止；步骤323：若以第一个脉冲为起点搜索到的脉冲与第一个脉冲的脉冲间隔等于jtids信号的脉冲间隔或脉冲间隔的整数倍，则将搜索到的脉冲从原序列中剔除，针对剩余的脉冲序列的到达时间进行新一轮的搜索；若未搜索到脉冲，则将第一个脉冲剔除，以第二脉冲为起点开始新的搜索，直到所有序列剔除完毕才结束操作；通过对脉冲间隔的分选，从所有通道的数据中提取出一系列按jtids信号跳频时刻，即脉冲到达时间排序的频率值，即跳频频率序列。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过频点映射，能够将跳频频率序列转换为便于传输的数据；所述频点映射的过程为：所述jtids脉冲信号中每个脉冲对应的跳频频率都处在对应的跳频信道中，每个信道都有一个信道编号，于是跳频频率序列就映射为一连串的信道编号。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述通过频点匹配实现主站和副站间的toa测量同步，包括：依次取主站中的跳频频率序列，寻副站中与当前提取的主站中的跳频频率序列相同的跳频频率序列；若满足匹配条件，则结束匹配；若不匹配，则继续遍历主站中其余的跳频频率序列，直到满足匹配条件或主站中跳频频率序列遍历结束；其中，所述匹配条件为：当两组跳频频率序列中p个频点匹配上则判断两站接收到的是同一段信号；当两站满足匹配条件时，以匹配上时的两站脉冲的位置，重新确定toa起点，即实现两站toa测量的同步。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5包括：时差交叉定位基于双曲线交汇的几何定位原理，通过测量辐射源信号到达各定位平台间的时间差，该时间差确定了该辐射源处于以当前两个定位平台位置为焦点的空间双曲面上，在布局4个以上的定位平台后，即可对应地获取3个空间双曲面，其交汇点即为目标辐射源空间位置。

技术总结

本发明公开了一种JTIDS信号侦收识别定位方法，其包括：根据JTIDS信号的跳频频点，通过多路并行接收信道接收信号；通过门限检测判断接收的各个脉冲信号的脉冲宽度是否符合JTIDS信号特征，并得到各脉冲的脉冲到达时间；基于脉冲间隔对符合JTIDS信号脉冲宽度的脉冲进行分选，得到跳频频率序列；通过频点匹配实现主站和副站间的TOA测量同步；基于同步后的到达时间，得到辐射源信号到达各定位平台间的时间差，通过时差交叉定位方法解算目标空间位置。本发明无需进行MSK检测解调、软扩频信号PN码的侦察破解、人工智能算法分类器设计等较复杂的处理过程，通过已知的JTIDS信号的跳频频点集、脉冲宽度和脉冲间隔即可实现JTIDS信号的侦收识别和定位，从而简化系统复杂度。从而简化系统复杂度。从而简化系统复杂度。