2016 年 2 月上
通信设计与应用 13
超短波信号的频谱监测与信号源定位
秦
【摘
强（南京理工大学电光学院，江苏 南京 210094）
要】任何国家，不管在军用还是民用方面，对保持空中无线电波的规范有序都非常重视。无线电频谱资源十分宝贵的，电磁频谱的监测工
作也是维持国家安全、经济快速发展的有力保障。特殊时刻，还可以搜索并捕获所需要的信号，掌握敌方的电磁态势，进而获取重要的情报。电
磁频谱监测属于非协作通信的范畴，任务是在全盲条件下获取目标的频段所有信号的参数。本课题将对超短波信号监测系统中涉及的问题进
行研究，
包括信号自动搜索、对跳频信号的检测、全频段扫描等关键技术。通过对已有研究成果的继承与发展，设计一套实时高效、智能实用的
超短波信号监测系统，及时发现和跟踪所关心频段信号的变化、搜集电磁态势资料。
【关键词】超短波频谱；信号预处理；跳频信号；频谱分选；最佳分频段扫描
【中图分类号】TN98
【文献标识码】A
【文章编号】1006-4222（2016）03-0013-02
电子侦察大体上可以分为雷达类信号和通信类信号环境
效率，这就需要借助滤波对获得的信号进行平滑处理。 期刊著
下的电子侦察， 电子侦察系 统的重要任务是掌握对方军事电
作中较多的描述滤波算法方面的内容， 大致可以分为线性滤
子系统的相关参数和工作状态。 而电子侦察系统要 面对复杂
波和非线性滤波两大类。 线性滤波器设计相对比较简单，但是
的信号环境，通常要求既在空域上要求全方位覆盖，频域上全
在处理信号与噪声之间的相关的情况下效果欠佳， 因此大多
频域的覆盖。 全时域覆盖就是要侦收信号的实时处理即侦察
数的研究都基于在非线性滤波技术研究与改进方面。
中的敌方发射的信号随时可能变化， 对 接收机系统就要要求
信号调制识别的流程如下：
能根据环境指标等变化做出接近即时性的响应， 并且能对数
（1 ）预处理信号输入。
据进行实时的处理；宽带输入可以降低侦查系统的响应时间，
（2 ）估计瞬时幅度、瞬时幅度和瞬时频率。
提高对复杂信号的接收能 力，增大对所需信号的截获可能性；
（3 ）计算特征参数。
具有对大于两个以上的同时到达信号的处理能力 ： 能全概率
（4 ）分类识别算法。
的接收下输入带宽内的信号。 针对上述问题，本课题主要研究
在复杂环境中监测频谱资源、 定位信号源以及处理通信信号
的方法。 以及研究超短波宽带信号涉及的信号搜索、跳频信号
检测和超短波频段信号的采集、分选、检测以及信号的分析等
关键技术。 通过对获取的宽带信号进行时域、频域方面的分析
再结合相应的算法， 实现在复杂环境下对截获的宽带信号进
行检测和自动分选。 并设计与实现前端信号接收模拟电路，在
后端的超短波端的数字信号处理平台上完成相关算法的系统
实现。
1 信号的预处理技术
（5 ）得到信号调制方式和参数。
2 对指定频段的宽带信号截获、分析以及频
率分选研究
对 常 规 信 号 、调 频 信 号 、突 变 信 号 进 行 研 究 ，分 析 不 同 信
号时频域特性或频域特性，并构 造信号模式库，确定信号的依
据，研究实时化确定信号的频谱范围、调制方式的分类和 分选
方法。
3 对指定频率段的信号进行最佳分频段扫描
分析并还原原信号
主要研究常用的预处理方法主要是通过减弱因为各种噪
主要研究对指定频率段的信号进行分段扫描， 扫描仪设
声引起的高频波动干扰来 改善对获取信号检测方面的性能和
定的频率带宽、在各频段的滞 留时间、采样点数进行最大合理
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
表 2 中国联通 LTE-Advanced 多载波聚合频段组合建议
4.3 中国联通 LTE-Advanced4 载波聚合频段组合
探讨
在 4 载 波 的 FDD+TDD 载 波 聚 合 频 段 组 合 中 ， 受 限 于 中
国联通目在 Band41 频段只有 2555~2575MHz 的频谱 资 源 ，无
法满足 4 载波聚合频段组合对多个 Band41 频 段 内 20MHz 频
谱资源的需求，就目前的频谱分配情况，中国联通 暂无法进行
LTE-Advanced4 载波聚合。
4.4 中国联通 LTE-Advanced 多载波聚合频段组合
建议
综 上 ，根 据 中 国 联 通 现 有 的 频 谱 资 源 与 3GPP 规 范 ，中 国
联 通 LTE-Advanced 双 载 波 聚 合 有 5 种 频 段 组 合 ，3 载 波 由 1
种频段组合，4 载波的 FDD+TDD 载波聚合频段组合暂无频谱
资源支持（如表 2 ）。
5 总结
本 文 通 过 对 LTE-Advanced 载 波 聚 合 原 则 、类 型 、管 理 和
CA 典型应用场景， 并根据中国联通现有频谱资源进行 LTEAdvanced 载波聚合的频段组合方案探讨， 最终形成中国联通
现有频谱资源进行 LTE-Advanced 载波聚合的频段组合建议，
为后续 LTE-Advanced 载波聚合工作开展提供参考意见。
收稿日期：
2016-1-21
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化的处理。 远高于仪器分析带宽的扫频范围，使得检测终端将
于 FPGA 语言去实现高精度测频， 与传统测频方 法 相 比 有 以
整个目标频率按照仪器的分析带宽划分为若干个信道。 同一
下优势： ①FPGA 特有的结构决定了其更易于实现并行算法，
时间，检测终端将射频对 准其中一个检测信道进行数据釆集，
可以充分的利用硬件资源； ② 对于单片机和数字信号处理器
供给后端的基带处理算法进行电磁频谱检测与 分析。 每个检
来说，设计者可以灵活的根据算法结构设计信号处理阵列，就
测信道的数据釆集时间，即检测时间，决定了不同检测信道能
是用硬件来适应算法，可以 加强处理器的运算能力；③ 相对专
够获得的样本数量， 进一步决定了对该检测信道的检测精确
用 集 成 电 路 （ASIC ）而 言 ，采 用 FPGA 能 避 免 开 发 初 期 就 需 要
度。 检测时间过短，将影响检测精度；检测时间过长，将影响其
面临 巨大投资的风险， 同时 FPGA 拥有的微处理器 也 更 加 通
它信道的可用检测时长，降低总体的检测精度。
用和灵活。 因此，在 FPGA 上实现数字高精度测频具有十分重
当然本课题最核心的部分就是要解决跳频信号的截获与
检测， 还有对于超短波频段 的如何分频段扫描才能得如误差
降到最低。
跳频信号即在特定频率上驻留一定时间后， 再跳到另外
要的应用价值。
4 总结
如今国外的数字监测接收机技术都在迅速发展， 不同的
技术特点、 工作模式的接收机大量涌现。 随着模数转换器
一个频率上，在时频上表现为 不同的频率上彼此衔接的线段。
（AD ）、DSP 和 FPGA 等精密器件的高速发展，数字监测接收机
具有良好的抗干扰衰落和抗截获能力， 所以对跳频信 号进行
的发展趋势是数模转换更靠近天线，工作频率范围更大，瞬时
监测时也比较困难。 国内外学者对跳频信号检测问题较为重
带宽更宽并且数字化程度更高。 相对于国外来说，国内在频谱
视 ，提 出 了 许 多 理 论 和 方 法 ，主 要 的 研 究 方 法 有 ：借 助 能 量 检
监测技术方面的发展较晚。 虽然也拥有了自己的一套解决方
测方法的宽带多通道电磁辐射仪， 将截获的 信号通过有多个
案和产品体系，如出自成 都华日通讯公司的 HR-100 接收 机 ，
并行窄带通道的电磁辐射仪， 对每一个窄带通道都进行能量
再比如来自上 海 复 高 科 技 公 司 的 FGP 系 列 接 收 机 等 。 但 是 ，
检测，再把各个通道的初判结果进行归纳综合判决；另一种是
国内的数字监测接收机更多的选择与国外科技公司进行合作
采用多通道脉冲匹配能量的检 测方法， 在已知待检测跳频信
开发， 使用国外公司的关键 技术和关键器件， 国内在扫描速
号的跳变时刻跳速以及跳频频率集合的前提下， 分析输 入信
度、测频精度等关键指标上与国外公司还有较大的距 离，还不
号与待检测信号在频率、 驻留时间等方面的相关度判断跳频
能达到超短波频谱监测的要求。 所以对通信信号频率扫描、频
信号是否存在。 预期能在高噪声，跳频信号即使很复杂的情况
率测量技术的研究仍然十分重要。 在如今随着精密器件工艺
下完成对信号的监测。
水平的不断提高和数字 信号处理技术方面的不断进步， 宽带
分频段扫描： 一般的通信信号瞬时带宽比较窄， 常规 V/
UHF 通信电台的信号 带 宽 在 kHz 级 别 ，而 一 般 的 短 波 电 台 信
号的瞬时带宽则更窄。 而随着 3G 通信行业的兴起，只有将信
号的带宽变得越来越宽才能携带更多所需的信息。其中 3G 技
术 的 关 键 TD-scdma 信 号 的 带 宽 为 1.6MHz ， 另 外 作 为 3G 技
术演进的 LTE 信号的带宽更是达到了 20MHz 。 而已经在国内
测试使用的 4G 通信网络，每个信 道 将 占 有 相 当 于 3G 网 路 的
5MHz 的的 20 倍的频谱。
由上可知， 性质不同的通信信号的工作频率和信号带宽
可能差异非常大， 死板的固定 频率范围和带宽的接收机显然
满足不了通信信号监测的需求。 为了应对日趋复杂的 通信信
号环境的监测， 则应该对不同的通信信号实时的调节接收系
统的工作状态以应对不同的监测任务。 对于较大覆盖范围的
频率检测，若需要大量的硬件资源才能全 频段实时监测，实现
难度较大， 目前更多的还是采用适当的分频段扫描的方式实
现。 对于频率扫描，频率扫描范围和步进带宽是最重要的两个
参数。 运行时对这两个参数进行重配有以下三点意义：
（1 ）对工作频率全频段进行扫描时，可以选用最大的步进
带宽，以提高对信号的截获概率。
（2 ）全频段扫描发现信号时，可以选择立即停止全频段扫
描（或继续扫描），改为固定带宽接 收模式，对发现的信号进行
重点监测。
（3 ）对特定波段的通信信号进行监测时，可以把扫描范围
缩小到该信号所在的频段范围 来提高对信号的截获概率。 另
外根据信号的带宽去适当的选择步进带宽， 可以提高频 率分
辨力以及测频精度。 信号频率的测量对所有接收机来说都是
必须完成的任务，实 际应用较多、效果较好的测频方法有直接
测频法、过零检测法、FFT 频域算法和近代谱估计 等 方 法 。 基
数字接收机以其优越的性能受到的关注在不断 地升温。 基于
软件无线电思想的宽带数字接收机，利用高速 ADC 去覆 盖 现
有通信、雷达系统 的各种无线接收机设备频段，并将需要截获
的所有信号搬移到基带， 利用可编程器件 对目标信号进行检
测识别并分析。 其后端也能够采用各种信号处理算法对信息
进行提取。 能够快速适应复杂环境的宽带数字接收机是电子
侦察系统发展的必然方向。
参考文献
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收稿日期：
2016-1-28
作者简介：秦 强（1992- ），男，汉族，江苏南京人，硕 士 在 读 ，南
京大学电光学院，研究方向为雷达与信号处理。