第4章無線電監測信號的處理與識別4.1監測信號的處理

4.2無線電監測信號的顯示

4.3無線電信號的技術參數測量

4.4無線電信號的分析識別

4.5超寬帶信號分析

4.1監測信號的處理

要實現對無線電監測信號特征的分析、識別，必須對監測接收到的信號在無線電監測接收設備中進行各種不同的處理。早期的無線電監測，對信號的處理比較簡單，并且主要是在從射頻信號輸入到基帶信號輸出的無線電監測接收機信號通道內進行的。隨著無線電監測技術的迅速發展和進步，現代無線電監測設備對無線電信號的處理越來越復雜，處理內容越來越多，尤其隨著數字信號處理技術的提高及應用，使無線電監測信號處理的實時性和自動化程度大大提高。

對無線電監測信號的處理主要包括以下幾方面內容。

1.信號的放大、濾波和變頻

在監測接收機中，通過對無線電監測信號的放大、濾波和變頻處理，把微弱的射頻信號變為具有所需電平的中頻信號。這種處理，不論監測偵察接收機、通信接收機甚至雷達接收機等，其處理過程都是基本相同的。

2.信號的解調

無線電監測信號的解調一般是由中頻信號解調得到基帶信號。對于無線電通信而言，發射機的調制和接收機的解調都是事先設計好的，只要根據工作種類(對應一定的調制方式)選擇相對應的解調方式，即可實現通信。無線電監測則不同，它事先不知道被監測信號的形式，在截獲到被監測的信號以后，需首先經過分析識別，知道目標信號的調制方式和有關的技術參數以后，才能選擇相應的解調方式。由于目前軍事通信中實際使用的無線電信號形式很多，因此，要求無線電監測接收機具有對多種無線電信號的解調能力。

在已知信號形式的情況下，無線電監測接收機采用的解調方式與通信接收機是基本相同的。關于各種無線電信號的解調方式，在“通信原理與系統”課程中已討論過，這里不再重復。對于少數無線電信號，無線電監測中的解調很難采用通信接收機中的解調方法。例如，對2FSK信號的解調，在通信接收機中，一般是采用不同中心頻率的帶通濾波器將2FSK信號的兩個載頻分離開來，然后采用包絡檢波器(包絡檢波解調)或相乘器(同步解調)解調出基帶信號。由于2FSK信號具有多種不同的頻移間隔，對于無線電監測而言，預先不知道2FSK信號的頻移間隔，因此，不可能在無線電監測接收機中采用相對應的帶通濾波器。為此，無線電監測接收機應采用能解調具有不同頻移間隔2FSK信號的解調方法。譬如，用鑒頻器解調2FSK信號，設計鑒頻器的線性范圍不小于接收機的中頻帶寬,只要2FSK信號的兩載頻都能進入接收機中頻通帶，經鑒頻器后，就會變為不同電平的基帶信號。又如，對跳頻(FH)信號的解調，FH信號采用常用的2FSK信息調制方式時，哪些頻率代表“1”碼，哪些頻率代碼“0”碼，對于通信接收方而言是已知的，可以實現正確解調；對于無線電監測而言，則是未知的，即使能實時檢測出各個跳變的頻率，也不能正確解調出數字基帶信號。因此，在無線電監測中，對FH信號的解調仍是一個有待解決的難點。

目前，無線電監測接收機對無線電信號的解調，一般都采用通信接收機中采用的傳統解調方法。利用數字信號處理技術實現對無線電信號的解調，人們已經做了不少研究工作，并且取得了一定進展。這種解調方法硬件電路簡單，對信號解調的適應性強，預計在新一代無線電監測接收設備中將會得到越來越多的實際應用。在無線電監測中，信號的解調主要有以下作用。

1)用于信號的監聽

在搜索尋找信號時(慢速搜索)，通過人耳監聽可以發現是否有信號出現。由于人耳具有很強的分辨能力，對于采用自動搜索難以發現的微弱信號(自動搜索受門限電平的制約)和難以分辨的鄰近信號，用人耳監聽，則容易發現和進行分辨。當然，在搜索信號時，只能采用某一種特定的解調方法(如包絡檢波)把中頻信號變為音頻信號以便于進行監聽。

對于未加密的話音通信，經解調后可以監聽其通信內容。對于人工莫爾斯報通信，可以監聽其報文。對于傳輸速率較高的電報通信，有經驗的監聽員可以根據信號的音響特點，大致判斷發報速率和采用的終端設備。總之，監聽信號是早期無線電監測的一種主要手段，在現代無線電監測中，它仍然是一種重要的手段。

2)用于基帶信號的記錄

目前常用錄音記錄的方式，對解調出的音頻信號進錄音，留待以后作進一步的分析。對于經解調得到的傳輸速率不高的數字基帶信號，過去常用波紋計進行記錄，波紋計能把由“1”、“0”碼構成的數字基帶信號波形記錄下來，根據記錄的波形，可以測量數字信號的碼元速率以及用于進一步的分析。隨著微機在無線電監測設備中的廣泛應用，現在越來越多地用微機對信號進行測量、記錄和存儲，波紋計已極少應用。

3.信號的顯示

對信號的顯示方式有模擬顯示和數字化顯示兩種。顯示的內容主要有信號的波形、頻譜和信號的技術參數。信號的波形和頻譜都采用顯示器進行顯示；信號的技術參數，有的用顯示器顯示，也有的用數碼管顯示或液晶顯示。

對于信號的顯示，后面將專門進行討論。

4.信號技術參數的測量

測量無線電信號的技術參數是無線電監測的一項重要內容，它涉及的內容較多，將在后面專門進行討論。

5.信號的記錄和存儲

對無線電信號的記錄和存儲，目前常用的手段有以下幾種。

1)錄音記錄

現代無線電監測接收設備一般都配備錄音機，用于錄音記錄。受錄音磁帶頻率響應的限制，錄音需在音頻范圍(高端可達十幾千赫)內進行。實際應用中通常有兩種情況。一種是將信號解調得到音頻信號后，再進行錄音記錄。但是，信號經解調后，信號的調制特征丟失，所以，錄音信號只能反映基帶信號的特征。另一種情況是，把無線電監測接收機的中頻信號再進行一次頻率搬移(通過混頻進行)，使信號頻譜落入錄音機的工作頻帶內，再進行錄音記錄。這樣記錄的信號能比較完整地反映信號的調制特征。在無線電監測中遇到難以分析識別的疑難信號時，宜按后一種情況進行錄音記錄，然后，再對記錄的信號放音，作細致的分析識別。

2)照相(或錄像)記錄

這種手段主要用于記錄疑難信號的波形或頻譜。

3)打印記錄

現代無線電監測接收設備都采用微機控制和進行信號處理，并且很多微機都配有打印機。這樣，監測得到的無線電監測資料，許多可以用打印機打印記錄下來。

4)微機存儲

在無線電監測中，目前已廣泛應用微機對無線電信號進行處理，處理的數據都存儲到存儲器中。微機的內部存儲器容量有限，大量的無線電監測資料(如信號的波形、頻譜、技術參數等)數據是依靠外部存儲器存儲的。外部存儲器應用最多的是磁盤存儲器。利用微機存儲，隨時可以調用存儲的內容，可以對存儲內容進行修改和補充，應用極為方便，所以這種手段得到了普遍應用。

利用射頻數字存儲技術可以直接對射頻信號進行存儲記錄，這樣可以更完整地保留信號的技術特征。但是，由于受器件速度和存儲容量等條件的制約，尚未見到射頻數字存儲技術在無線電監測接收設備中的實際應用。對這種存儲技術，這里不再進行討論。以上是目前無線電監測接收設備中對無線電信號處理的主要內容。由于數字信號處理技術用于無線電信號處理有著巨大的優越性，在無線電監測接收設備中已得到較為廣泛的應用，主要用于信號的頻譜分析、數字濾波、技術參數測量、信號技術特征提取和信號的自動識別。信號的數字解調已用于新研制的無線電監測接收設備中。隨著高速數字處理器件的不斷問世，應用數字處理技術對信號處理的內容會越來越多。從接收到的射頻信號開始，就采用數字處理技術對信號進行處理，這是今后的發展趨勢。 4.2無線電監測信號的顯示

4.2.1信號的模擬顯示

信號的模擬顯示是指中頻信號不經過數字化處理，直接顯示中頻信號的波形或經過顯示電路處理后顯示信號的中頻頻譜。

在模擬顯示方式中，信號的波形一般是用示波器顯示的。波形的顯示原理如圖4-1所示。將中頻信號直接加到示波器的y軸輸入端，選擇適當的時基，即可得到顯示波形。由于任何實際的無線電監測信號都是非周期信號，所以顯示的波形是不穩定的。一般無線電監測接收設備大多不具備對信號波形的模擬顯示功能，所以需外接示波器顯示。圖4-1信號波形顯示對信號中頻頻譜的模擬顯示，其工作原理在第2章已經討論過，為了便于說明問題，將有關的方框圖重畫于圖4-2中。根據第2章的討論知道，鋸齒波電壓產生器每輸出一個鋸齒波，掃頻振蕩器的頻率從最低到最高線性地掃描一個周期，便在顯示器上顯示一幀中頻信號的頻譜。窄帶濾波器的通帶越窄，顯示頻譜的分辨率就越高。隨著鋸齒波電壓一個周期接一個周期的連續變化，中頻信號頻譜便一幀接一幀地連續顯示在顯示器上。圖4-2中頻頻譜模擬顯示原理框圖需要指出，在顯示器上顯示的中頻頻譜與理論分析得到的頻譜是有所區別的，下面對這個問題作進一步的討論。

中頻信號S(t)是非周期信號，它的頻譜函數S(w)可以通過傅立葉變換得到，即

其逆變換為(4-2)(4-1)由式(4-1)可見，S(w)是在無限長的時間內積分得到的，這意味著包含了中頻信號的全部信息。而在中頻頻譜的顯示中，每一幀頻譜是在鋸齒波的一個周期內對所對應的中頻信號進行頻譜分析得到的，它僅包含該周期內中頻信號的信息，而不是整個中頻信號的全部信息。圖4-3示出了鋸齒波電壓U(t)在一個周期T(－T/2～T/2)內與中頻信號S(t)的對應情況。該周期T內對應的中頻信號用S1(t)表示，那么在時間t=－T/2～T/2內，在顯示器上顯示的一幀頻譜應是S1(t)的頻譜。按照式(4-1)分析得到的頻譜函數S(w)是一個確定的頻譜函數，而在實際顯示的頻譜中，由于中頻信號S(t)是一個非周期信號，所以顯示的各幀頻譜結構是不完全相同的，在一幀幀頻譜連續出現時，在顯示器上實際觀察到的頻譜會出現幅度“抖動”現象。但是，只要掃頻振蕩器的掃頻范圍大于中頻信號S(t)的頻譜寬度，從統計學的觀點看，在顯示器上顯示的頻譜與理論分析得到的頻譜是近似相同的。圖4-3信號S(t)的加窗對上述問題可以作以下的數學分析：

在t=－T/2～T/2時間內得到的S1(t)，可以看做是信號S(t)與幅度為1、寬度為T的矩形窗函數W(t)相乘得到的，即S1(t)=S(t)·W(t)。

S1(t)的頻譜函數為

式(4-3)稱為加窗傅立葉變換。在實際的頻譜分析中，不可能是在無限長時間內進行分析的，實際都要加窗。窗函數可以是矩形的，根據對信號處理的要求，也可以采用其他的窗函數。(4-3)根據卷積定理，S1(t)的頻譜函數等于S(t)的頻譜函數S(w)和窗函數W(t)的頻譜函數W(w)的卷積，即

S1(w)=S(w)*W(w)

(4-4)

在已知S(w)和W(w)的情況下，可用式(4-4)求得S1(w)。已知矩形窗函數的頻譜函數為

W(w)的形狀如圖4-4(a)所示，假設S(w)具有圖4-4(b)所示的形狀，則S1(w)的形狀如圖4-4(c)所示。(4-5)圖4-4頻域卷積的頻譜4.2.2信號的數字化顯示

信號的數字化顯示是指把中頻信號經過數字化處理后再在顯示器上進行顯示。由于數字化顯示可以進行微機存儲和調用，并且顯示的靈活性大，因此，在新一代的無線電監測接收設備中，一般都采用這種顯示方式。

信號波形的數字化顯示原理框圖如圖4-5所示。監測接收機輸出的中頻信號先送入A／D變換器，在變換器中對中頻信號進行采樣、量化和編碼，變換為適合于計算機處理的數字信號。在對中頻信號采樣時，采樣頻率必須滿足奈奎斯特采樣定理的條件，這樣得到采樣信號才能恢復出被采樣的模擬信號。圖4-5信號波形數字化顯示原理框圖經過A／D變換的數字信號再進行數字處理，處理的內容視需要而定，一般要經過數字濾波，必要時還可以進行微機存儲，以便以后調用顯示。

經過數字處理的數字信號送入D／A變換器，把數字變換為模擬信號，然后送到顯示器或示波器，顯示恢復出的模擬信號波形。在進行A／D變換時，由于存在量化誤差，會使恢復出的模擬信號產生一定的失真。但是，只要量化精度足夠高(通過增加量化等級來提高量化精度)，可以使模擬信號的失真控制在允許的范圍之內。

由以上所述可見，信號波形的數字化顯示比模擬顯示復雜一些，但卻為波形的存儲和調用提供了方便。采樣序列經過FFT處理得到的數字化頻譜，可以送到顯示器中直接顯示，也可以存入存儲器，在需要時調出顯示。目前，信號數字化頻譜顯示形式一般有以下三種：

(1)瞬時頻譜顯示。它是將采樣得到的長度為N的采樣序列經過FFT實時處理得到一幀數字化頻譜，立即在顯示器上顯示出來。在對上一個采樣序列處理結束后，馬上對第二個采樣序列進行FFT處理，得到第二幀數字化頻譜，并立即在顯示器的同一位置上顯示出來。依此類推，這樣一幀接一幀的數字化頻譜連續顯示在顯示器的同一位置上。這種顯示形式即瞬時頻譜顯示。由于中頻信號是非周期信號，各個采樣序列(長度皆為N)是不完全相同的，因此得到的數字化頻譜也不完全相同，在顯示器上觀察到的頻譜，存在明顯的幅度“抖動”現象。這與中頻頻譜進行模擬顯示時的情況是類似的。

(2)平均頻譜顯示。它顯示的是多幀瞬時頻譜的平均譜。在平均頻譜顯示中，經FFT處理得到的每一幀頻譜數據并不立即送到顯示器顯示，而是在得到多幀(設為m幀)頻譜數據后，在計算機中對m幀頻譜數據相加再求出其平均值，即得

到平均譜數據，然后再送顯示器顯示，這樣顯示的則是平均頻譜。觀察平均頻譜時，幅度“抖動”現象不太明顯，顯示的頻譜比較穩定，這對觀察分析信號的頻譜結構是非常有利的。圖4-6(a)畫出了2FSK信號的平均譜顯示。圖4-6

2FSK信號頻譜顯示

(3)瞬時頻譜的三維顯示(又稱瀑布顯示)。前面討論的瞬時頻譜顯示屬于二維顯示，只需要頻率和電平兩個坐標軸。瞬時頻譜也可以用三維顯示，三維顯示坐標如圖4-7所示。它的x軸為頻率，y軸為電平，z軸為時間。由于各幀的瞬時頻譜在時間上是依次出現的，在顯示時，按照各幀頻譜出現的時間順序，使之在顯示器上占據不同的位置，便構成了瞬時頻譜的三維顯示方式，又稱瀑布顯示方式。圖4-7三維顯示坐標圖4-6(b)示出了2FSK信號頻譜的三維顯示圖。圖中畫了六幀瞬時頻譜依次出現在顯示器的不同位置上。由于各幀頻譜是分別顯示的，因此，從三維頻譜顯示可以直觀地觀察到瞬時譜隨時間變化的情況。因為對中頻信號進行N點采樣時，2FSK信號兩個載頻(f1和f2)出現的概率不同，所以，在每一幀頻譜中，對應f1和f2的兩個譜峰高度一般是不同的，有時會存在比較大的差異。對于信號的平均頻譜而言，兩個

譜峰高度則是基本相同的。以上討論了信號波形和頻譜的數字化顯示方式，尤其信號頻譜的顯示，在無線電監測中應用更為廣泛。除波形和頻譜外，信號的一些技術參數，如信號頻率、電平、信號帶寬、調制方式等，也可顯示在顯示器上，對于用微機對信號進行處理的接收設備，實現這種顯示極為方便。信號的某些參數也可以用數碼管顯示或液晶顯示。

4.3無線電信號的技術參數測量

4.3.1信號頻率的測量

下面介紹一些常用的測頻方法。

1.以無線電監測接收機的工作頻率代替信號頻率

測量信號頻率都是在監測截獲信號以后進行的。對于常規無線電信號而言，當信號被無線電監測接收機截獲后，接收機的頻率就被置定到被截獲的信號頻率上。此時，接收機的工作頻率可以直接顯示出來(用頻率度盤或數碼管等)，也可將其頻率值變換為頻率碼，經微機處理后送到顯示器顯示出來。凡是被截獲的信號都是能進入接收機通帶的信號(要滿足一定的電平要求)，但接收機不一定準確調諧到信號頻率上，這便帶來了測頻誤差。一般認為，這種以接收機工作頻率代替信號頻率的測頻方法，它的最大測頻誤差等于接收機通帶的一半，即|±ΔfM|≤B(B為接收機通帶寬度)。這種測頻方法的最大優點是測頻的實時性強，另外，不需要增加很多的測頻電路，易于實現。它的主要缺點是測頻精度差。接收機的通帶越寬，測頻誤差越大。這種測頻方法一般用于要

求測頻速度快、測頻精度要求不高的場合。在全景顯示搜索接收機中，通常應用這種測頻方法。

2.應用自動頻率微調技術的測頻方法

圖4-8是應用自動頻率微調(AFC)技術實現測頻的組成方案。該方案用于監測監聽分析接收機中，它將AFC技術、數控頻率合成器和接收機的混頻結合在一起，在實現頻率變換的同時，也實現了接收機對信號的準確調諧和對信號頻率的間接測量。圖4-8

AFC用于測頻的原理框圖

3.利用中頻頻譜進行測頻

在信號頻譜的模擬顯示中，一般直接顯示信號的中頻頻譜(見圖4-9)。根據中頻頻譜結構和顯示器的頻率刻度范圍，可以找出信號頻譜的中心頻率，并估算出其頻率值fi。fi并非是接收的信號頻率，還需根據接收機中的頻率變換關系，由fi推算出接收的信號頻率fc。

由于模擬顯示頻譜不便于計算機處理，因此，這種測頻方法是靠人工進行的，實時性很差。另外，由于顯示的中頻頻譜不穩定，加上噪聲的影響以及顯示器頻率刻度的精確程度，這些都會對測頻精度產生影響。這種測頻方法的測頻精度高于上面討論的第1種方法，但一般低于第2種方法。圖4-9中頻頻譜

4.利用微機進行測頻

由于現代無線電監測接收設備廣泛應用微機進行控制和信號處理，將計算機技術和數字信號處理技術結合起來，實現對信號頻率等多種技術參數的測量，不但易于實現，而且測量的精度高、實時性好，所以，其應用也越來越廣泛。

利用微機測頻具有極大的靈活性，可以用不同的方法實現。例如，可以通過測量單位時間內信號過零點的數量，自動計算出信號的頻率；可以根據信號的頻譜計算其中心頻率，然后再計算出信號的頻率；等等。目前應用較多的是根據信號的頻譜進行測頻，這樣，信號頻譜分析和測頻可以結合起來，便于實現，并且容易達到所要求的測頻精度。下面主要介紹這種測頻方法。根據信號的頻譜測量信號頻率，所測量的是信號頻譜的中心頻率，其測量步驟主要包含以下幾個環節：

(1)對中頻信號進行采樣(序列長度為N)，再經FFT處理得到信號的數字化頻譜。由于信號的平均頻譜比較穩定，因此，利用信號頻譜測量信號技術參數時，都是用信號的平均頻譜。

(2)計算信號頻譜的中心頻率f0，f0的計算可以用不同的方法實現，下面介紹兩種方法。

方法一：計算信號帶寬的中心頻率。

信號帶寬的中心頻率和信號頻譜的中心頻率是相等或非常接近的，于是，可以用信號帶寬的中心頻率近似代替信號頻譜的中心頻率f0。關于信號帶寬的測量將在后面討論。用微機可以算出信號頻帶低端邊界頻率的位置序號NL和高端邊界頻率的位置序號NH，信號帶寬中心頻率的位置序號則為N0=(NL+NH)/2。

已知數字化頻譜相鄰譜線的間隔為

則信號頻帶的中心頻率為

這種計算信號帶寬中心頻率的方法適用于任何信號，但對于不對稱的信號頻譜，容易產生較大的測頻誤差。(4-6)方法二：利用譜峰位置計算頻譜的中心頻率。

如AM信號、2ASK信號、2PSK信號、窄帶調頻信號等，其信號頻譜只有一個尖峰，并且尖峰所對應的頻率就是頻譜的中心頻率。對于這一類信號，可用微機找出譜峰的位置序號N0，再按式(4-6)計算出f0。對于2FSK信號，它有兩個譜峰，對應的位置序號分別為N1和N2，頻譜中心頻率對應的位置序號為N0=(N1+N2)/2，由此可求出f0。

如果信號頻譜包含多個譜峰(一般為偶數個譜峰)，頻譜中心頻率的計算可以參照2FSK信號的方法處理。

利用信號譜峰計算f0的方法，其計算結果誤差較小，實際應用比較多。但這種方法不適用于在理論上不存在譜峰的信號。

(3)根據f0計算接收信號的頻率fc。f0是信號數字化頻譜的中心頻率，數字化頻譜是被限制在0～fs(共有N個樣值)的頻率范圍之內。在已知f0計算信號頻率fc時，需根據以下兩種不同的情況分別進行處理。

第一種情況：被采樣的信號中頻很低，按照低通信號的采樣定理進行采樣，采樣頻率fs大于信號最高頻率的2倍。中頻頻譜(理論分析得到的)、采樣頻率和經FFT得到的數字化頻譜示于圖4-10中。這種情況下，數字化頻譜的中心頻率f0和中頻頻譜的中心頻率fi是一致的(或近似相等)，此時，可根據接收機中的頻率變換關系，由f0反推出信號頻率fc的表達式，并據此計算信號頻率。圖4-10低通采樣時的信號頻譜第二種情況，中頻信號頻率比較高，按帶通信號的采樣定理進行采樣，采樣頻率fs一般比中頻fi低許多。中頻頻譜、采樣頻率和數字化頻譜示于圖4-11中。經過FFT處理后，信號的頻譜向頻率低端進行了搬移，f0不再等于fi。在這種情況下，欲計算出信號頻率fc，需先根據f0計算出中頻頻率fi，然后，再根據接收機中的頻率變換關系由fi求出fc。

已知f0后，可按下式計算fi：

fi=f0+mfs (4-7)圖4-11帶通采樣時的信號頻譜上述三個環節都是由微機自動實現的，實時性較好。得到的測量結果變為頻率碼后可以送顯示器顯示，也可進行存儲。微機測頻可以獲得很高的測頻精度(測頻誤差可小于1Hz),但隨著測頻精度的提高，微機的運算量增大，使測頻的實時性變差。

以上介紹的四種測頻方法，不需要增加外部測量設備，目前應用很多。尤其應用微機測頻，今后會逐步成為主要的測頻手段。此外，信號頻率的測量，還可以應用數字式頻率計，應用示波器通過觀察李沙育圖形等測頻方法來實現，這些測頻方法可以獲得很高的測頻精度，但需要增加外部測量設備，并且測頻的實時性差，目前已很少應用，這里不再介紹。4.3.2信號頻譜寬度的測量

信號的頻譜寬度(又稱信號帶寬)目前都是根據實際顯示的信號頻譜進行測量的，測量方法有以下兩種。

1.模擬頻譜顯示

根據無線電監測接收機中頻頻譜顯示器上顯示的頻譜和顯示器上的頻率刻度，估算出頻譜高端和低端的頻率值，二者之差即為信號頻譜寬度。

這種測量方法由人工進行，實時性差，測量精度也不夠高。

在沒有中頻頻譜顯示器的情況下，也可以用外部的頻譜分析儀測量信號頻譜寬度。將接收機的中頻信號(或射頻信號)加到頻譜分析儀的輸入端，調整頻譜儀的頻率，顯示出信號頻譜，即可測量其信號帶寬。

2.數字化頻譜顯示

在數字化頻譜顯示時，可以利用微機自動計算出信號頻譜寬度。信號帶寬一般按信號功率的90％來確定。計算方法可按兩種情況處理。

(1)在已知信號頻譜中心頻率f0的位置序號(N0)時，從f0開始，分別向頻譜的高端和低端，依次將各頻譜分量的功率(用相對功率值)相加，當相加功率之和達到信號總功率的90％時，分別計算出高端和低端的頻率位置序號NH和NL，則信號的帶寬為

Bs=(NH－NL)·ΔF (4-8)

式中，ΔF為相鄰譜線的頻率間隔。

(2)在未測量出信號頻譜中心頻率f0的情況下，分別從頻譜的高端和低端，向頻譜的中心頻率方向依次將各頻譜分量的功率(相對功率)相加，當相加功率之和為總功率的10％時，分別計算出兩端的兩個頻率位置序號N'H和N'L，則信號帶寬為

用微機計算出的信號帶寬可以顯示和存儲。這種測量方法是自動實現的，實時性好。測量精度與ΔF有關，ΔF越小，測量精度越高，但實時性變差。(4-9)4.3.3信號電平的測量

嚴格來講，測量的信號電平應當是接收機的輸入信號電平，但是，輸入信號電平都很低，并且往往多個信號混在一起，這給測量帶來了很大困難。實際測量時，都是測量接收機的中頻信號電平，通常用相對電平表示。

在全景顯示搜索接收機和監測監聽分析接收機中，信號電平的測量一般是不同的。全景顯示搜索接收機對截獲到的信號實時地進行全景顯示，為了增大信號電平顯示的動態范圍，在中頻級一般采用對數放大器(見圖4-12)，中頻信號經對數放大、檢波和低放后送全景顯示器顯示。顯示器的縱坐標以對數顯示信號幅度電平，橫坐標為頻率。這樣，在全景顯示器上就可以直接讀出信號的對數電平值。圖4-12信號的對數放大在監測監聽分析接收機中，都設有自動增益控制(AGC)電路，如圖4-13所示。AGC輸出的控制電壓Uc是由中頻信號檢波得到的，Uc隨中頻信號電平近似呈線性變化。因此，通常用AGC檢波輸出電壓作為信號電平大小的標志。但是，由于AGC對接收機增益具有控制作用，因此Uc只能近似反映信號電平的大小。只有AGC與受控級斷開的情況下，Uc才能比較準確地反映信號電平的大小。圖4-13接收機中的AGC4.3.4數字信號碼元速率的測量

1.利用波紋計測量碼元速率

波紋計是一種專門用于測量電報信號速率的裝置。將數字基帶信號送入波紋計，波紋計自動在紙帶上記錄下信號的波形，如圖4-14所示。根據記錄的波形，可以判斷出一個碼元的近似寬度。假設在Δt秒時間內共記錄了m個碼元，則該數字信號的碼元速率為

這種測量方法是借助于波紋計由人工測量完成的，實時性差，測量精度較低，適宜于測量速率較低的電報信號。圖4-14波紋計記錄波形

2.利用顯示器測量碼元寬度

測量碼元寬度的原理電路如圖4-15所示。數字基帶信號經放大器放大后分兩路輸出，一路經延遲后送顯示器供顯示；另一路作為掃描產生器的觸發信號，在其觸發下，掃描產生器輸出鋸齒波電壓作為顯示器的掃描信號。圖4-15碼元寬度測量電路數字信號中“1”碼的上升沿作為觸發邊沿，設鋸齒波的掃描寬度為T，當一個鋸齒波結束后，掃描產生器才能再次被“1”碼的上升沿觸發。延遲電路的作用是使“1”碼的上升沿能在顯示器上顯示出來。由于實際的數字信號存在“1”碼的連碼現象，因此，顯示器上會出現寬度不同的脈沖，其中最窄的脈沖寬度為碼元寬度。顯示器上掃描線的長度等于鋸齒波的寬度T是已知的，根據最窄脈沖寬度所占掃描線的比例，即可計算出碼元寬度。

這種測量方法也是人工進行的，實時性差，測量精度也較差。

以上兩種測量碼元速率(或寬度)的方法，目前已很少應用。

3.利用微機測量碼元速率

利用微機測量數字信號的碼元速率，其應用已越來越多。可以在數字基帶信號測量，有的信號也可以在中頻測量，一般前者比較容易實現。

利用微機測量碼元速率時可以采用不同的實現方法，這取決于所采用的硬件和對軟件的設計。例如，在基帶信號測量碼元速率時，首先用A／D變換器對數字基帶信號進行N點采樣，得到采樣序列x(n)，如圖4-16所示。再用微機對數列x(n)進行分析處理，最后計算出Rb或Tb。圖4-16由采樣得到序列x(n)4.3.5

FSK信號頻移間隔的測量

測量FSK信號的頻移間隔主要有以下兩種方法。

1.利用頻移測試儀測量頻移間隔

頻移測試儀的原理框圖如圖4-17所示。

圖4-17中幾個電路的作用如下：

·分路脈沖產生器：輸出正、負極性的周期性矩形脈沖序列，分別送入電子交換器和掃描產生器。脈沖序列的重復周期為TK。

·可調振蕩器：輸出信號頻率f0可調，被測信號頻率需在f0的覆蓋范圍內。圖4-17頻移測量原理圖

·電子交換器：為一電子交換開關，受來自分路脈沖產生器輸出脈沖的控制。當控制脈沖為負極性時，FSK信號接入放大器；反之，為正極性時，可調振蕩器輸出信號接入放大器。放大器不能同時接入兩種信號。

·掃描產生器：產生鋸齒波電壓作為示波管的掃描電壓。掃描電壓受來自分路脈沖產生器輸出脈沖的控制，控制脈沖為負極性時，在鋸齒波電壓上疊加幅度為U0的負極性直流電壓；當控制脈沖為正極性時，在鋸齒波電壓上疊加幅度為U0的正極性直流電壓，U0的幅度大于鋸齒波電壓的幅度，其波形如圖中所示。這樣做的目的是在控制脈沖為負、正兩種極性時，使掃描線分別顯示在熒光屏的左、右兩側。鋸齒

波電壓的寬度為TP。圖4-17中其他電路的作用，讀者可自行分析。

下面討論頻移測試儀的工作原理。

若被測信號為2FSK信號，在控制脈沖為負極性期間，2FSK信號的兩個載頻經鑒頻器后變為與之相對應的兩個電壓加到示波管上，在熒光屏的左側顯示兩條亮線。在控制脈沖為正極性期間，振蕩器輸出信號經鑒頻器后在熒光屏右側顯示一條亮線。由于電子開關轉換速度很快和熒光屏的余輝作用，三條亮線會同時顯示在熒光屏上。調整振蕩器頻率，使右側亮線分別對齊左側的兩條亮線，并記下與之相對應的兩個振蕩頻率f1和f2，則f1和f2之差的絕對值|f1－f2|恰好等于2FSK信號的頻移間隔。設2FSK信號的碼元寬度為Tb，在測量頻移間隔時，應滿足以下兩個條件：

(1)Tb<TK/2。目的在于：控制脈沖為負極性期間，2FSK信號兩個載頻所對應的電壓都能顯示在熒光屏上。

(2)Tb

TK/2。在一個控制脈沖的持續時間內，保證鋸齒波電壓進行多次掃描，使熒光屏上顯示的亮線有足夠的輝度。

利用頻移測試儀也可以測量4FSK信號的頻移間隔。

上述測量FSK信號頻移間隔的方法，測量精度較高，但人工測量的實時性較差。此外，必須配備頻移測試儀的條件下才能進行測量，因此其應用受到了一定限制。目前這種測量頻移間隔的方法已應用不多。<<

2.根據FSK信號的頻譜測量頻移間隔

在以模擬方式顯示FSK信號中頻頻譜的情況下，根據兩個譜峰中心之間的間隔和顯示器的頻率刻度，可以估算出FSK信號的頻移間隔。不過，這樣測出的頻移間隔，其精確度不高。

當FSK信號的頻譜以數字化頻譜形式顯示時，可用微機自動測量FSK信號的頻移間隔。其測量方法是：利用微機先找出兩個譜峰中心所在的頻率位置序號N1和N2，再按|N1－N2|·ΔF計算出頻移間隔。對于4FSK信號也可參照這種方法測量頻移間隔。

利用微機自動測量FSK信號的頻移間隔，測量精度高，實時性好，又不需外加測量設備，因此在新一代無線電監測接收設備中得到了廣泛應用。4.3.6

AM信號調幅度的測量

實際的模擬調幅信號的包絡是隨機變化的，所以，直接測量模擬調幅信號的調幅度ma是極其困難的。只有在無線電監測接收設備中采用微機和數字信號處理技術以后，對AM信號經過數字化處理，ma的測量才得以實現。

對于實際的AM信號，調幅度的定義為

式中，Amax和Amin分別為AM信號包絡的最大值和最小值。(4-10)

ma的測量步驟主要包括：

(1)對中頻AM信號進行N點采樣，得到采樣序列x(n)。

(2)對x(n)取絕對值運算得到|x(n)|。

(3)|x(n)|經數字低通濾波器得到AM信號包絡的序列A(n)。

(4)根據序列A(n)計算出Amax和Amin，再代入式(4-10)，即可求出ma的值。

上述測量步驟示于圖4-18中。圖4-18

ma的測量原理

4.4無線電信號的分析識別

4.4.1識別的內容及方法

在無線電監測中，經過對信號的處理，測量、提取和顯示出信號的技術參數和技術特征，再通過對信號技術參數和技術特征的綜合分析判斷，對信號進行識別。處理、分析是手段，識別是目的。通過對信號的處理、分析、識別，可以把零散的無線電監測素材變為有階值的無線電監測數據。

在實際應用中，對信號的處理、分析、識別往往是交織在一起的。例如，通過對信號波形、頻譜結構、信號帶寬等參數的分析，一般可以識別出信號的調制樣式(對稱調制形式或調制方式)。在調制樣式確定以后，如果要識別出某一個特定的信號，則需要進一步提取信號的細微特征，加以分析判斷，才能實現對個體信號的識別。若要估算發射臺的發射功率，則需要對信號的電平、方位等參數進行處理和分析才能完成。

對信號調制樣式的識別和對個體信號的識別，一般可以利用無線電監測接收設備來實現(用人工識別或自動識別)，這也是本書討論的重點。但是，根據無線電監測的任務和要求，需要分析識別的內容是很多的，主要有：

(1)信號種類的識別：包括常規無線電信號的調制方式、多路復用信號、特殊無線電信號以及各種無線電信號的技術參數。信號種類的識別可以了解被監測設備的部分技術狀

況，為無線電頻譜管理提供可靠依據。

(2)被監測無線電設備技術性能的識別：包括無線電設備的體制、技術性能、特點和新技術的應用情況。無線電設備技術性能的識別可以為我們研究無線電頻譜管理策略、無線電設備研制和發展提供重要的參考依據。

(3)被監測通信網臺的識別：包括被監測通信網的數量，各通信網的組成、地理分布、級別、屬性、應用性質(屬于指揮網、后勤網、協同網等)、工作特點以及配備的無線電裝設備類型等。通信網臺的識別是我們制定無線電頻譜管理作戰計劃的重要依據。

完成上述內容的識別，僅靠信號的技術特征和技術參數是不夠的，還需要信號的方位參數、通聯特征以及從其他渠道獲得的情報資料，進行綜合分析判斷。上述分析識別內容，很多屬于無線電情報分析工作的內容，可參閱情報分析相關書籍。目前，在無線電監測中，對信號分析識別的方法應用較多的主要有以下兩種：

一是分析比較法。它是將兩種事物進行比較，根據相同或相近的程度作出判斷。例如，對多個已知網臺的監測中，判斷某個信號是新出現的信號還是已知網臺的信號，以及判斷該信號是哪一個網臺的信號，就是采用分析比較法。其做法是：先對各個已知網臺信號的技術特征建立模本并存入模本數據庫中。在監測接收到某個信號之后，提取其技術特征，并與模本庫中的各個模本進行比較，根據模本相吻合的程度(需要設置比較門限)，對信號作出識別判斷。以上講的是利用微機進行自動分析比較。如果是人工分析比較，思路也是相同的，只是已知信號的模本要存放在人的大腦中。二是綜合分析法。它是將與研究對象有關的各個要素聯系起來，進行綜合的分析推理，從而作出判斷的方法。例如對信號調制樣式的識別，就是對信號的波形、頻譜特征和技術參數進行綜合分析，從而識別出信號的調制樣式。

下面我們以無線電信號調制樣式的自動識別為例，說明對信號進行自動識別的基本原理。由于信號自動識別涉及較多和較深的數學知識，并且對同一內容的識別可以采用不同的方法實現。限于教材的篇幅，對上述無線電信號調制樣式的自動識別的例子，盡量定性地說明工作原理。對于實現的具體方法和涉及的數學分析，不作深入的討論。4.4.2無線電信號調制樣式的自動識別

1.信號特征的提取

提取信號特征是實現自動識別的基礎。提取特征的內容，要根據待識別信號的種類來確定。另外，接收機輸出的中頻信號，一般是頻率較低的固定中頻，并且保留了信號調制特征，所以，一般都從中頻提取信號特征。

信號特征在時域、頻域和空域都有表現，根據待識別的四種信號，在時域提取信號的瞬時包絡，在頻域提取信號的頻譜，作為識別四種信號的依據。

1)信號瞬時包絡的提取

對信號瞬時包絡的提取可參閱第2章2.6節正交混頻電路的內容。對瞬時包絡和瞬時相位有不同的描述方法，根據識別的需要，這里用包絡直方圖表示信號的瞬時包絡特性。圖4-19畫出了AM、SSB、2ASK和2FSK四種信號的包絡直方圖。圖中橫坐標Ai表示包絡幅度的變化，將包絡的變化范圍劃分為N個等級。縱坐標Xi表示包絡值在每一等級中出現的頻度，是用歸一化值表示的，故

對于AM和SSB信號，瞬時包絡變化范圍較大，直方圖的分布較為平坦。2ASK和2FSK信號的包絡值分布比較集中，從理論上講只有一個包絡值(未計2ASK信號包絡的“0”值)，但由于噪聲的影響，實際的包絡值不止一個，只是有些等級的包絡值出現的概率很小。圖4-19幾種信號的包絡直方圖

2)信號頻譜的提取

目前對無線電信號的分析處理主要應用數字信號處理技術，所以，實際應用中應提取信號的數字化頻譜。把接收機輸出的中頻信號經A／D變換變為數字采樣序列后再送入FFT處理器，則得到信號的數字化頻譜(通常稱信號頻譜)。

圖4-20畫出了AM、USB、2ASK、2FSK四種信號的數字化頻譜；AM信號上、下兩個邊帶基本是對稱的，SSB(只畫了上邊帶)信號理論上只有一個邊帶，由于信號加窗引起的頻譜展寬，另一邊帶也有很小的幅度。2ASK信號為單峰譜結構，2FSK信號則為雙峰譜結構。圖4-20四種信號的數字頻譜

2.信號特征參數的確定

經過對中頻信號的數字化處理，可以得到信號的瞬時包絡(以直方圖表示)和信號的數字化頻譜。但是要對四種信號進行識別分類，還必須提取出既能反映信號特征，又便于計算機處理的參數，這些參數這里稱之為特征參數。根據待識別的四種信號特征，確定用以下參數作為特征參數：

(1)反映信號瞬時包絡起伏大小的參數，用包絡熵表示，記為

信號的瞬時包絡起伏越大，包絡直方圖的平坦度越好，則包絡熵值越大；反之，則包絡熵值越小。(4-11)

(2)反映信號頻譜對稱度好壞的參數，用頻譜對稱系數表示，記為

由式(4-12)可以看出，在信號頻譜理想對稱的情況下，Wf=1。(4-12)

(3)反映信號譜峰多少的參數，用譜峰系數表示，記為

若信號頻譜有兩個譜峰，則Mf>2；如果只有一個譜峰，則只有Nm1值，此時Mf=1。

以上三個參數可以從信號的瞬時包絡和頻譜中進行提取計算，這就為信號的自動識別分類提供了條件。(4-13)

3.自動分類的實現

用以上三個特征參數值的大小作為信號分類的依據。

首先用HA分類。AM信號和SSB信號的HA值接近；2ASK和2FSK信號的HA值接近；而前兩種信號的HA值比后兩種信號要大得多。據此，可以將AM、SSB信號和2ASK、2FSK信號區分開來。

用Wf參數對AM和SSB信號分類，前者Wf≈1；后者Wf1(上邊帶信號)或Wf1(下邊帶信號)。

用Mf參數對2ASK和2FSK信號分類，前者Mf=1，后者Mf>2。

上述分類過程可以用圖4-21來表示。它是模式識別中的一種樹形分類器結構。在根據特征參數值進行分類時，需要設置參數的判決門限值。門限值的大小是在一定的信噪比條件下經過大量實驗統計確定的。>><<圖4-21自動識別樹形分類

4.5超寬帶信號分析

4.5.1超寬帶信號的分類及頻譜特性

1.超寬帶信號的定義

在對超寬帶信號(UWB)的定義進行描述前，先引入兩個具體概念，即信號的絕對帶寬與相對帶寬(又稱分數帶寬)。

假設fl和fh分別為一信號頻譜的最低頻率點與最高頻率點，則該信號的絕對帶寬定義為最高頻率點與最低頻率點的差值：

B=fh－fl (4-14)

相對帶寬定義為絕對帶寬與信號中心頻率的比值，即(4-15)

2.UWB信號的分類

按照信號的具體構成方式，UWB信號主要可分為兩大類，即沖擊無線電超寬帶(ImpulseRadioUWB，IR-UWB)信號和多頻帶超寬帶(Multi-BandUWB，MB-UWB)信號。IR-UWB是傳統的超寬帶信號實現方式，也是使用較為廣泛和技術相對較為成熟的一種UWB信號形式；MB-UWB以正交頻分復用(OrthogonalFrequency-DivisionMultiplexing,OFDM)技術為支撐，是一種頻譜利用率較高的多帶調制信號。

IR-UWB不同于常規的載波通信原理，它采用發射極窄的脈沖信號，通過對這些周期脈沖的位置或幅度等信息進行調制，從而實現有用信息的加載。其中具有代表性的如早期由XtremeSpectrum公司率先提出的直接序列超寬帶(DirectSequenceUWB，DS-UWB)技術，并制造出了射頻模塊、MAC模塊和基帶處理模塊，后由Motorola的Freescale公司收購。

多頻帶方式與沖擊無線電的原理不同。它是將FCC規定的3.1～10.6GHz的UWB頻帶劃分為最小帶寬為500MHz的若干個子頻帶。用戶的數據在相繼的時間區間內在不同的載波子帶上傳輸，從而使系統在不使用陷波器的情況下就可以避免特定頻帶上的非人為干擾。同時還可解決數據傳輸速率與抗多徑衰落之間的矛盾。目前在該方向討論得較為廣泛的一種技術就是OFDM。一般的多載波傳輸使用互不交疊的頻分復用多載波，為了減小各載波之間的相互干擾，通常要在各載波之間預留一個保護頻帶，在頻譜資源極其緊張與寶貴的今天，這種頻譜資源的浪費是無法容忍的。使用OFDM技術，各載波之間滿足相互正交的關系，即使有交疊，從理論上講載波間也不會產生干擾，從而保證了系統有限帶寬資源的充分利用，提高了頻譜利用率。MB-OFDMUWB頻譜劃分方案如圖4-22所示。圖4-22

MB-OFDMUWB頻譜劃分示意圖

3.跳時脈沖位置調制UWB(TH-PPMUWB)

TH-PPMUWB是用采取脈沖位置調制和跳時多址方式的二進制信息比特來控制脈沖序列生成的一種調制方式。其信號發射系統構成模塊如圖4-23所示。

圖4-23

TH-PPMUWB信號發射系統主要模塊框圖假設二進制信源產生的二進制序列b=(…，b0，b1，…,bk，bk+1，…)的原始速率為1/Tbb/s，則重復編碼器將b的每個比特重復Ns次后所得序列a=(…，a0，a1，…，ai，ai+1,…)的比特速率變為Ns/Tb=1/Tf。發射編碼器引入跳時碼C，并生成序列d={di/di=CiTc+eai}。PPM調制器產生脈沖重復頻率為1/Tf的單位沖擊脈沖串，其脈沖位置由序列d與PPM調制器共同控制。此時，經過調制的沖激脈沖序列再通過一個沖激響應為p(t)的脈沖成形器，即得到TH-PPMUWB信號。其時域信號可表示為(4-16)假設a是一個平穩離散隨機過程，不同的隨機變量ai是等概且統計獨立的，其概率密度函數w(t)的傅立葉變換為

則

|W(f)|2=1+2p2［1－cos(2pfe)］－2p［1－cos(2pfe)］

(4-18)(4-17)若以p表示發射0比特(無e偏移)的概率，則1－p就表示發射1比特(有e偏移)的概率。對于等概二進制序列，p=1/2，則式(4-18)可簡化為

又假設Pm(f)為忽略e時信號的傅立葉變換，則TH-PPMUWB信號的頻譜可表示如下：

TH-PPMUWB信號的時域波形及功率譜密度如圖4-24所示。(4-19)(4-20)圖4-24

TH-PPMUWB信號時域波形及功率譜密度

4.直接序列脈沖幅度調制UWB(DS-PAMUWB)

DS-PAMUWB的調制方式與TH-PPMUWB不同，后者是用二進制脈沖序列a控制周期脈沖串中各窄脈沖的位置，而DS-PAM調制方式則是用a去調制各窄脈沖的幅度。其信號形式可表示如下：

假設a的均值和方差分別是m和s2，基本脈沖沖激響應p(t)的傅立葉變換為P(f)，則DS-PAMUWB信號的功率譜密度為

圖4-25即為DS-PAMUWB信號的波形圖及功率譜密度。(4-21)(4-22)圖4-25

DS-PAMUWB信號時域波形及功率譜密度4.5.2超寬帶信號分析方法

1.頻域分析法

由傅立葉定理可知，任何滿足狄里赫利條件的周期信號都可表示為正弦和余弦信號的級數形式，且頻率為基頻的整數倍。由于電磁兼容分析需要覆蓋所考慮系統的整個頻段，而UWB信號的頻域范圍又極寬，因此，如果從時域進行分析就需要花費很長的時間，頻域范圍將可能從基波到成千上萬次的諧波，顯然這種分析方法存在缺點。

UWB信號的頻譜特點決定了它必然與現存的一部分無線系統存在頻譜重疊現象，而其頻譜中同時含有連續成分和離散成分。對于兼容性分析的結果采用頻域表示法能夠較為直觀地觀察信號共存時的頻譜特性，從而通過