陳奇東，甄衛(wèi)民

（中國(guó)電波傳播研究所，山東 青島266107）

0 引 言

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）在軍事和民用領(lǐng)域一直提供著高精度的導(dǎo)航、定位、授時(shí)等服務(wù)，受到越來(lái)越多的用戶(hù)所依賴(lài)。然而，隨著工業(yè)的發(fā)展，電磁環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，GNSS受到電磁干擾的嚴(yán)重威脅，制約著其應(yīng)用。

為了有效的控制干擾，人們采用了多種手段，包括對(duì)干擾的監(jiān)測(cè)、查找，排除非法干擾；研制抗干擾接收機(jī)，對(duì)干擾進(jìn)行抑制等。均有必要對(duì)干擾的調(diào)制方式進(jìn)行識(shí)別，以確定干擾的特征，從而有利于查找干擾源，或者在接收機(jī)中采用有針對(duì)性的抗干擾算法對(duì)干擾進(jìn)行抑制［1］。

1 干擾的關(guān)鍵特征提取

通常，GNSS干擾是來(lái)自周?chē)臒o(wú)線(xiàn)電通信、廣播的無(wú)意干擾，或是來(lái)自敵方的有意干擾，干擾的調(diào)制方式種類(lèi)繁多，但是所有的調(diào)制方式均是用調(diào)制信號(hào)對(duì)載波的幅度、頻率、相位參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到利用載波承載信息的目的。因此，對(duì)調(diào)制方式的識(shí)別，應(yīng)該從提取干擾的幅度、頻率、相位的關(guān)鍵特征開(kāi)始。主要的關(guān)鍵特征有:

1）歸一化瞬時(shí)幅度的方差σaa［2］

式中，acn（i）為歸一化中心瞬時(shí)幅度值，

而

式中，a（i）為幅度的采樣值。

2）歸一化中心瞬時(shí)幅度的功率譜密度的最大值γ［2－3］max

式中，acn（i）是歸一化中心瞬時(shí)幅度值，定義同式（1）．

式中變量acn（i）定義同式（1）．

式中:

式中，f（i）為頻率的采樣值。

式中:

式中，φ（i）為相位的采樣值。

2 常見(jiàn)干擾調(diào)制方式的識(shí)別

2．1 常見(jiàn)干擾的數(shù)學(xué)表達(dá)

1）AM干擾

式中:ma為調(diào)制指數(shù)，0＜ma＜100%；fx為干擾的調(diào)制頻率；fc為干擾的載波頻率，下同。

2）DSB干擾

3）SSB干擾

式中，y（t）為x（t）的希爾伯特變換

因此，SSB調(diào)制信號(hào)可以表示為

4）角度調(diào)制（FM、PM）干擾

式中，β為調(diào)制指數(shù)。對(duì)于PM信號(hào)β表示為βp＝Kp，Kp為相位偏移常數(shù)；對(duì)于FM信號(hào)β表示為

式中，gT（t）為矩形不歸零脈沖。

6）2FSK干擾

5）2ASK干擾

7）2PSK干擾

式中:an為雙極性二進(jìn)制數(shù)字序列；gT（t）為脈沖成型濾波器的沖擊響應(yīng)。

8）QPSK干擾

式中:Ts為四進(jìn)制符號(hào)間隔，｛θi；i＝1，2，3，4｝為正弦載波的相位，有4種可能狀態(tài)。

2．2 常見(jiàn)干擾調(diào)制方式的識(shí)別流程

針對(duì)上述的常見(jiàn)干擾調(diào)制方式，提取并分析其關(guān)鍵特征，利用不同的關(guān)鍵特征，對(duì)各種調(diào)制方式的干擾進(jìn)行分類(lèi)、識(shí)別，圖1示出了對(duì)不同干擾調(diào)制方式干擾的識(shí)別流程。

圖1 常見(jiàn)干擾調(diào)制方式的識(shí)別流程

從圖1可以看出，通過(guò)歸一化瞬時(shí)幅度的方差，將干擾分成兩類(lèi):AM、ASK、DSB和PSK、FSK、QPSK、SSB、FM、PM，分別對(duì)兩類(lèi)干擾進(jìn)行識(shí)別。

針對(duì)AM、ASK、DSB干擾，通過(guò)歸一化中心瞬時(shí)幅度的功率譜密度的最大值識(shí)別出AM干擾；利用歸一化瞬時(shí)幅度的方差，識(shí)別出ASK干擾和DSB干擾。

針對(duì)PSK、FSK、QPSK、SSB、FM、PM 干擾，首先，利用歸一化瞬時(shí)頻率的累積量將該類(lèi)干擾分成QPSK、PSK和FSK、SSB以及FM、PM 三類(lèi)；然后，分別利用歸一化瞬時(shí)相位的累積量和瞬時(shí)幅度的累積量將干擾識(shí)別開(kāi)來(lái)。

3 干擾調(diào)制方式識(shí)別的性能評(píng)估

通過(guò)上述分析，對(duì)常見(jiàn)干擾的關(guān)鍵特征進(jìn)行提取，對(duì)關(guān)鍵特征進(jìn)行分類(lèi)，識(shí)別出常見(jiàn)干擾的調(diào)制方式，當(dāng)干信比為10dB時(shí)，各種調(diào)制方式的識(shí)別準(zhǔn)確率如表1所示。

表1 識(shí)別準(zhǔn)確率（干信比為10dB）

當(dāng)干信比較高時(shí)，該方法能得到很高的識(shí)別準(zhǔn)確率。隨著干信比的提高，識(shí)別準(zhǔn)確率會(huì)繼續(xù)提高，直至達(dá)到100%；反之，識(shí)別準(zhǔn)確率將降低。圖2示出了識(shí)別準(zhǔn)確率隨干信比的變化。

圖2 干擾調(diào)制方式識(shí)別的準(zhǔn)確率

當(dāng)干擾電平超過(guò)信號(hào)電平時(shí)，即干信比超過(guò)0 dB，該方法可以對(duì)常見(jiàn)干擾調(diào)制方式進(jìn)行識(shí)別，但識(shí)別準(zhǔn)確率只有30%左右，隨著干信比的增加，干擾調(diào)制方式識(shí)別準(zhǔn)確率提高，可以達(dá)到較好的識(shí)別效果。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)干擾的關(guān)鍵特征提取，對(duì)常見(jiàn)干擾進(jìn)行分析，給出干擾調(diào)制方式的識(shí)別流程，通過(guò)仿真，驗(yàn)證該識(shí)別方法的有效性，在干信比達(dá)10dB以上時(shí)，識(shí)別準(zhǔn)確率可以超過(guò)95%，針對(duì)GNSS信號(hào)而言，由于其采用了擴(kuò)頻體制，其抗干擾能力可達(dá)30 dB以上，因此，對(duì)于常見(jiàn)的對(duì)GNSS有威脅的干擾，利用所提到的方法都可以有效識(shí)別。

［1］ KUNDU A，MUKHOPADHYAY M，SARKAR B K．Incorporation of anti－jamming techniques in a GPS receiver［C］／／IEEE－International Conference on Signal Processing，India，Jan．4－6，2008．

［2］ NAND A K，AZZOUZ E E．Automatic analogue modulation recognition［J］．Signal Processing ，1995（46）:211－222．

［3］ WONG M L D，NANDI A K．Automatic digital modulation recognition using artificial neural network and genetic algrithm［J］．Signal Processing，2004（84）:351－365．

［4］ AZZOUZ E E，NANDI A K．Automatic modulation recognition［M］．London:Elsevier Science Ltd，1997．