劉童瑤 吳紹煒 陳華偉

“星鏈”系統(tǒng)在“俄烏沖突”中的應(yīng)用凸顯了低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的軍事價(jià)值。作為“星鏈”系統(tǒng)反制的一種手段，探測(cè)與破壞地面設(shè)備是一種可行措施，但目前手段尚有較多缺陷，尤其是針對(duì)地面終端用戶(hù)設(shè)備時(shí)，存在截獲概率低的問(wèn)題。為了提高探測(cè)效率和精度，本文提出了一種基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的寬帶衛(wèi)星通訊地面終端設(shè)備智能探測(cè)及對(duì)抗技術(shù)方案。該方案以“星鏈”通信系統(tǒng)地面終端設(shè)備為特定目標(biāo)，通過(guò)機(jī)載高性能無(wú)線(xiàn)電探測(cè)感知系統(tǒng)截獲其高指向性通信信號(hào)波束，以數(shù)字射頻存儲(chǔ)方式將寬帶射頻信號(hào)數(shù)字化，通過(guò)深度學(xué)習(xí)方法使用特征學(xué)習(xí)技術(shù)在復(fù)雜電磁環(huán)境中篩選出特定對(duì)象信號(hào)，識(shí)別并持續(xù)跟蹤。此外，本文還構(gòu)建了一個(gè)多機(jī)（站）協(xié)同通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分布式、網(wǎng)格化面覆蓋與點(diǎn)凝視結(jié)合的探測(cè)感知與識(shí)別跟蹤智能化體系。該技術(shù)方案可廣泛應(yīng)用于通信偵聽(tīng)、目標(biāo)識(shí)別、情報(bào)收集等領(lǐng)域。

“星鏈”（StarLink）計(jì)劃是由美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）發(fā)起的一項(xiàng)全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)項(xiàng)目，旨在通過(guò)發(fā)射數(shù)千顆低軌道衛(wèi)星為地球提供高速寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入。該項(xiàng)目得到了包括美國(guó)在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的支持?！靶擎湣蓖ㄐ畔到y(tǒng)地面終端設(shè)備主要分為三種：一是地面網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)，地面站作為“星鏈”與互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)接口，即使未來(lái)激光通信全面應(yīng)用，地面站也有避免激光通信帶寬擁堵、提高網(wǎng)絡(luò)彈性、控制局部網(wǎng)絡(luò)異常的可能影響范圍等方面的重要作用；二是地面站通信裝備，“星鏈”地面站初期采用英國(guó)Cobham公司Ku波段天線(xiàn)，后期以SpaceX公司自行研制的Ka波段天線(xiàn)為主，作為“星鏈”與互聯(lián)網(wǎng)的地面網(wǎng)絡(luò)接口；三是指控天線(xiàn)，用于“星鏈”遙測(cè)、跟蹤與指揮（TT&C）的地面天線(xiàn)。

“星鏈”在局部沖突中充分展現(xiàn)了戰(zhàn)場(chǎng)臨時(shí)通信能力，一旦“星鏈”地面站在部署完成，將在戰(zhàn)時(shí)作為傳統(tǒng)軍事通信系統(tǒng)以外的臨時(shí)通信手段，形成一定軍事威脅?！靶擎湣钡耐{有三種：在軍事上，由于“星鏈”衛(wèi)星的高度低、數(shù)量多，它們可能被用作軍事偵察和通信工具；在信息戰(zhàn)中，“星鏈”衛(wèi)星還可以用于實(shí)施網(wǎng)絡(luò)間諜活動(dòng)，竊取敏感信息；在針對(duì)導(dǎo)彈攔截系統(tǒng)方面，由于“星鏈”衛(wèi)星的特殊技術(shù)特性，其可以轉(zhuǎn)化為導(dǎo)彈攔截系統(tǒng)。系統(tǒng)存在靈活性及隱蔽性強(qiáng)、存活率高等特點(diǎn)，是極限戰(zhàn)爭(zhēng)中極為重要的信息鏈路。

作為“星鏈”系統(tǒng)反制的一種手段，本文探索一種探測(cè)與反制地面終端設(shè)備的方法，提出了一種基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的寬帶衛(wèi)星通訊地面終端設(shè)備智能探測(cè)及對(duì)抗系統(tǒng)。該系統(tǒng)以“星鏈”通信系統(tǒng)地面終端設(shè)備為特定目標(biāo)，研究“星鏈”系統(tǒng)及地面終端設(shè)備的功能、性能及組網(wǎng)應(yīng)用特點(diǎn)，基于機(jī)載智能天線(xiàn)及先進(jìn)軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)開(kāi)發(fā)“星鏈”微波信號(hào)截獲設(shè)備，寬帶射頻信號(hào)以數(shù)字化射頻存儲(chǔ)單元連續(xù)無(wú)縫存儲(chǔ)，并在智能無(wú)線(xiàn)電信號(hào)處理引擎中以深度學(xué)習(xí)輔助方式篩選、識(shí)別出“星鏈”地面終端設(shè)備通信信號(hào)，無(wú)人機(jī)平臺(tái)及其協(xié)作伙伴在寬帶自組織網(wǎng)絡(luò)支持下開(kāi)展特定對(duì)象定位、持續(xù)跟蹤、干擾壓制或摧毀打擊。

以無(wú)人機(jī)為平臺(tái)天然具備更高截獲衛(wèi)星地面終端設(shè)備高指向性通信信號(hào)波束能力，且具備更強(qiáng)的區(qū)域覆蓋、現(xiàn)場(chǎng)到達(dá)能力。中大型無(wú)人機(jī)有足夠的有效負(fù)載承載能力，天線(xiàn)陣列可部署空間大，機(jī)器學(xué)習(xí)硬件及電力開(kāi)銷(xiāo)支撐能力強(qiáng)。我們還構(gòu)建了一個(gè)多機(jī)（站）協(xié)同通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)立體式分布式、網(wǎng)格化面覆蓋與點(diǎn)凝視結(jié)合的探測(cè)感知與識(shí)別跟蹤智能化體系。該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于通信偵聽(tīng)、目標(biāo)識(shí)別、情報(bào)收集等領(lǐng)域。

本文涉及的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)如下：共形天線(xiàn)設(shè)計(jì)技術(shù)、高靈敏度抗阻塞接收機(jī)技術(shù)、智能識(shí)別技術(shù)體系和寬帶智能協(xié)同通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

共形天線(xiàn)設(shè)計(jì)技術(shù)

電子對(duì)抗（Electronic Countermeasures，ECM）中，目標(biāo)的位置信息極為重要，是決定勝負(fù)的關(guān)鍵。在無(wú)人機(jī)上部署測(cè)向天線(xiàn)受空氣動(dòng)力學(xué)及飛機(jī)動(dòng)力約束需要控制其突出機(jī)體形狀及體積，常采用雙馬刀天線(xiàn)來(lái)構(gòu)建雙通道測(cè)向能力。隨著戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)的性能要求越來(lái)越高，尤其探測(cè)區(qū)域較廣這種比較苛刻的環(huán)境上，無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)需具有測(cè)向精度高、快速檢測(cè)以及體積小等特點(diǎn)。同時(shí)，為改善平臺(tái)隱身性能，測(cè)向系統(tǒng)需采用共形設(shè)計(jì)，提高綜合作戰(zhàn)效能。

高增益無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)

無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)主要功能是利用無(wú)線(xiàn)電技術(shù)對(duì)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)輻射源進(jìn)行偵測(cè)、定位和分析，目的是為無(wú)線(xiàn)電偵察干擾和頻譜管理工作提供技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)。

有文獻(xiàn)提出一種基于國(guó)產(chǎn)化非線(xiàn)陣雙基線(xiàn)干涉儀的無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)設(shè)備，證實(shí)其滿(mǎn)足瞬時(shí)360°全方位高靈敏度和高精度測(cè)向技術(shù)要求，能夠適應(yīng)車(chē)載、便攜和無(wú)人機(jī)載等多平臺(tái)無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)要求。

DF天線(xiàn)設(shè)計(jì)技術(shù)

測(cè)向（Direction Finder）天線(xiàn)即DF天線(xiàn)，是一種用來(lái)確定無(wú)線(xiàn)電信號(hào)源位置的設(shè)備。測(cè)向天線(xiàn)的定位原理是基于無(wú)線(xiàn)電波的傳播特性，它通過(guò)測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)度和到達(dá)時(shí)間來(lái)確定信號(hào)源的方向。測(cè)向天線(xiàn)在通信、雷達(dá)、無(wú)線(xiàn)電偵察等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

測(cè)向天線(xiàn)的定位原理主要分為到達(dá)時(shí)間差測(cè)向和信號(hào)強(qiáng)度測(cè)向兩種，在實(shí)際應(yīng)用中有很多形式和類(lèi)型，常見(jiàn)的測(cè)向天線(xiàn)有方向性天線(xiàn)、陣列天線(xiàn)等。

在雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域，測(cè)向天線(xiàn)可以用來(lái)追蹤和定位目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的探測(cè)和跟蹤。吳健等提出了雷達(dá)信號(hào)與通信信號(hào)一體化測(cè)向方案，介紹了測(cè)向所采用的技術(shù)體制和天線(xiàn)單元布設(shè)所采用的虛擬基線(xiàn)設(shè)計(jì)方法，對(duì)共用接收前端進(jìn)行分析和仿真，通過(guò)暗室測(cè)試，證明測(cè)向系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)信號(hào)和通信信號(hào)的測(cè)向精度均優(yōu)于1（均方根誤差）。

在無(wú)線(xiàn)電偵察中，測(cè)向天線(xiàn)可以用來(lái)確定敵方通信設(shè)備的位置，為作戰(zhàn)決策提供情報(bào)支持。任力等使用直升機(jī)機(jī)載無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)測(cè)向設(shè)備，搭載ADD197和ADD107陣列天線(xiàn)系統(tǒng)分別進(jìn)行干擾源信號(hào)的測(cè)向定位，驗(yàn)證了直升機(jī)搭載陣列化側(cè)向天線(xiàn)測(cè)向指示和測(cè)向精度指標(biāo)穩(wěn)定可靠，空中平臺(tái)相交地面系統(tǒng)定位信號(hào)、排查干擾效率更高。何偉杰提出一種基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的無(wú)線(xiàn)電測(cè)向技術(shù)，研究了干涉儀測(cè)向技術(shù)、無(wú)源時(shí)差定位技術(shù)、雙通道測(cè)向系統(tǒng)的硬件及軟件算法、基于三次相關(guān)的時(shí)延估計(jì)算法等內(nèi)容，該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)對(duì)非法信號(hào)源的快速測(cè)向和定位。

共形天線(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)

共形天線(xiàn)的概念起源比較早，最先開(kāi)展對(duì)共形天線(xiàn)的研究的是美國(guó)航空司令部。其主要應(yīng)用場(chǎng)景是導(dǎo)彈和飛機(jī)的蒙皮，主要用于減小飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)阻力以提升氣動(dòng)性能。在IEEE STD145-1993中給出了共形天線(xiàn)的定義：共形天線(xiàn)是和物體外形保持一致的天線(xiàn)或天線(xiàn)陣。此處的物體外形僅與非電磁因素有關(guān)，如空氣動(dòng)力學(xué)因素與流體力學(xué)因素。簡(jiǎn)而言之，共形天線(xiàn)是一種形式特殊的天線(xiàn)，與常規(guī)天線(xiàn)的不同就在于其形狀上，常規(guī)天線(xiàn)的形狀由天線(xiàn)的電性能要求決定，而共形天線(xiàn)的形狀既要滿(mǎn)足天線(xiàn)的電性能要求，還要兼顧飛行器的氣動(dòng)特性。為了保證更好的氣動(dòng)力，對(duì)飛機(jī)天線(xiàn)的設(shè)計(jì)提出了符合性好、外形低、體積小、重量輕等嚴(yán)格要求。

對(duì)共形天線(xiàn)的具體技術(shù)研究最早可以追溯至二十世紀(jì)三十年代，當(dāng)時(shí)的科研工作者為了滿(mǎn)足雷達(dá)技術(shù)發(fā)展對(duì)天線(xiàn)的要求，對(duì)圓環(huán)、球形相控陣進(jìn)行了相關(guān)研究。1936年，Chireix研究了一種圓環(huán)陣列天線(xiàn)，采用對(duì)稱(chēng)振子作為其陣列單元，Chireix對(duì)該陣列做了大量研究，發(fā)表了一系列與該陣列相關(guān)的研究性論文，為共形天線(xiàn)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。到了二十世紀(jì)下半葉，以圓柱為共形載體的共形天線(xiàn)技術(shù)研究成為了科研工作者們的研究重心，這類(lèi)天線(xiàn)的主要應(yīng)用環(huán)境是導(dǎo)彈和飛機(jī)等。二十世紀(jì)末，美國(guó)空軍部提出了“傳感器飛機(jī)”項(xiàng)目，至此共形天線(xiàn)的研究正式進(jìn)入了高速蓬勃發(fā)展時(shí)期。

2021年，電子科技大學(xué)的Jun-Jie Peng等學(xué)者提出了一種用于無(wú)人機(jī)平臺(tái)共形的共形相控陣。共形載體是無(wú)人機(jī)的前機(jī)翼蒙皮，共形天線(xiàn)輻射體采用錐形槽耦合饋電的偶極子天線(xiàn)滿(mǎn)足水平極化的需求。天線(xiàn)輻射體被印刷在聚酰亞胺薄膜上，聚酰亞胺薄膜的柔性使得天線(xiàn)可以很容易地被共形安裝在無(wú)人機(jī)前翼。同時(shí)，在共形偶極子天線(xiàn)的前側(cè)放置了兩種頻率選擇表面陣列，用于減小波束寬度提高增益。作者以此輻射體作為陣列單元繼續(xù)設(shè)計(jì)了一個(gè)1×8的陣列共形在無(wú)人機(jī)前翼表面，在2.55-3.12GHz實(shí)現(xiàn)了有源電壓駐波比小于3.5，E面波束掃描角達(dá)到了士70°。

有國(guó)外學(xué)者研究了一種新的共形天線(xiàn)設(shè)計(jì)，可以獲得更好的帶寬（0.53GHz）和增益（9dB），采用適合飛機(jī)機(jī)身安裝的纖薄柔性基板，在5.2GHz工作頻率附近實(shí)現(xiàn)了10.2%的帶寬，有助于提高合成孔徑雷達(dá)（SAR）的跨距離分辨率，并且所獲得的增益增加了跨距離覆蓋，減少了氣動(dòng)阻力。

對(duì)載體共形天線(xiàn)的技術(shù)研究大致可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)側(cè)重于共形陣列天線(xiàn)的技術(shù)研究，另一類(lèi)側(cè)重于面向特殊復(fù)雜載體環(huán)境的共形天線(xiàn)單輻射體技術(shù)研究。由于載體環(huán)境的多樣性與復(fù)雜性，對(duì)相應(yīng)地載體共形天線(xiàn)單輻射體技術(shù)的研究充滿(mǎn)了不確定性與挑戰(zhàn)。關(guān)于載體共形天線(xiàn)的研究重心應(yīng)當(dāng)主要放基于具體復(fù)雜載體環(huán)境下的超寬帶載體共形天線(xiàn)單輻射體的技術(shù)研究。

寬帶高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星通信信號(hào)接收與處理技術(shù)

在現(xiàn)代電子探測(cè)與偵察系統(tǒng)中，接收機(jī)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)越來(lái)越高。由于無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的快速發(fā)展進(jìn)步及推廣應(yīng)用，空間電磁背景越來(lái)越復(fù)雜，天線(xiàn)端所接收到的信號(hào)中有用信號(hào)往往淹沒(méi)在強(qiáng)干擾中，包括自然界隨機(jī)的電磁干擾及人為的電子對(duì)抗信號(hào)。偵察接收機(jī)的功能要在這些復(fù)雜的信號(hào)“汪洋大?！敝校鶕?jù)特定對(duì)象的特征信息遴選出有用信號(hào)進(jìn)行處理，要具備更好的接收性能、信號(hào)處理能力和電子對(duì)抗能力。

無(wú)線(xiàn)接收機(jī)的主要性能參數(shù)包括：工作頻率范圍、最大信道帶寬、接收靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、交調(diào)等。這些性能參數(shù)中，靈敏度和接收機(jī)的噪聲系數(shù)以及信道帶寬相關(guān)；交調(diào)失真和1dB壓縮點(diǎn)對(duì)接收機(jī)的大信號(hào)測(cè)量能力影響最大；而接收機(jī)對(duì)鄰道和旁道的選擇性以及對(duì)鄰道和旁道中干擾信號(hào)的抑制能力則是由通道濾波器的特性和本振信號(hào)的相位噪聲性能決定；接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍通常是通過(guò)自動(dòng)增益控制和選用一個(gè)適當(dāng)ADC來(lái)改善。

接收功率超過(guò)接收動(dòng)態(tài)允許的最大功率電平時(shí)，會(huì)導(dǎo)致接收機(jī)飽和阻塞使其無(wú)法正常工作，長(zhǎng)時(shí)間的阻塞還可能造成接收機(jī)的永久性性能下降。因此，設(shè)計(jì)過(guò)程需要針對(duì)提高靈敏度，降低阻塞干擾進(jìn)行指標(biāo)設(shè)置，這對(duì)于優(yōu)化偵察接收機(jī)的效能具有較大的實(shí)際意義。

寬頻率覆蓋快速掃描接收機(jī)前端設(shè)計(jì)技術(shù)

高靈敏度軟件接收機(jī)實(shí)現(xiàn)定位技術(shù)的核心是捕獲和跟蹤。衛(wèi)星信號(hào)從射頻前端輸出后，便接入到捕獲模塊，只有捕獲到信號(hào)，才能進(jìn)入跟蹤階段，然后由跟蹤程序得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)。由此可見(jiàn)，捕獲技術(shù)是所有軟件接收機(jī)技術(shù)的開(kāi)端，尤其是在弱信號(hào)的條件下，能否檢測(cè)到信號(hào)并傳遞給后面的跟蹤程序更是重中之重。

接收機(jī)前端設(shè)計(jì)技術(shù)包括以下內(nèi)容：射頻前端，包括低噪聲放大器、濾波器、下變頻器等部件，能在寬廣頻率范圍內(nèi)將選定的微波射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于處理的中頻信號(hào)，并調(diào)整其信號(hào)幅度以更好的觀(guān)察和測(cè)量其特性；中頻信號(hào)處理，對(duì)接收到的模擬信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，如放大、濾波、混頻等操作，將其達(dá)到最大發(fā)揮采樣及數(shù)字信號(hào)處理單元性能的狀態(tài)；數(shù)字信號(hào)處理，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣量化及濾波等操作，將其轉(zhuǎn)換為可以進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的信號(hào)；數(shù)字信號(hào)分析，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行重采樣、載波同步及解調(diào)、時(shí)頻域轉(zhuǎn)換及特征提取等操作，將其轉(zhuǎn)換為可以識(shí)別和理解的信息；控制與監(jiān)測(cè)，對(duì)接收機(jī)前端進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)，例如調(diào)節(jié)增益、頻率等參數(shù)，以及監(jiān)測(cè)信號(hào)質(zhì)量等；接口與通信，接收機(jī)前端需要與其他設(shè)備進(jìn)行接口和通信，如與計(jì)算機(jī)、其他接收機(jī)等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信。

復(fù)雜調(diào)制寬帶信號(hào)數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)

為應(yīng)對(duì)微波射頻信號(hào)數(shù)字化特征對(duì)無(wú)線(xiàn)電探測(cè)與偵察的挑戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)寬帶信號(hào)數(shù)字射頻存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的連續(xù)采樣及存儲(chǔ)的流盤(pán)模式，為在線(xiàn)和離線(xiàn)挖掘信號(hào)低概率事件提供技術(shù)支撐。

數(shù)字射頻儲(chǔ)存器（Digital Radio Frequency Memory，DRFM）能完成對(duì)射頻信號(hào)的直接采樣、存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)分享再利用，主要由寬帶ADC、大容量FPGA及其配置存儲(chǔ)器PROM、寬帶DAC、雙口SRAM、時(shí)鐘電路和電源穩(wěn)壓電路等幾部分組成。

根據(jù)采樣信號(hào)的量化方式，DRFM可分為幅度量化和相位量化兩種實(shí)現(xiàn)方式。幅度量化DRFM實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：?jiǎn)瓮ǖ繢RFM、模擬正交雙通道DRFM、多通道DRFM等。單通道DRFM是目前較為常用的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)是可以采用超外差接收機(jī)的處理方式，有較強(qiáng)的寄生信號(hào)抑制能力，系統(tǒng)的寄生信號(hào)電平主要取決于量化位數(shù)，量化位數(shù)越高，寄生信號(hào)抑制能力越強(qiáng)；其缺點(diǎn)是瞬時(shí)帶寬較小，只有采樣率的一半。

DRFM可以截獲、存儲(chǔ)、處理并復(fù)制敵方雷達(dá)信號(hào)，從而應(yīng)用到電子對(duì)抗、雷達(dá)干擾等領(lǐng)域。

寬帶無(wú)線(xiàn)電信號(hào)實(shí)時(shí)分析技術(shù)

實(shí)時(shí)分析技術(shù)可以提供對(duì)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，對(duì)于雷達(dá)、無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的調(diào)試和優(yōu)化、無(wú)線(xiàn)電設(shè)備的研發(fā)和測(cè)試、以及頻譜管理等領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

寬帶無(wú)線(xiàn)電信號(hào)實(shí)時(shí)分析技術(shù)的基本原理是利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)采集到的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。首先，通過(guò)高精度的數(shù)字采樣設(shè)備對(duì)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)進(jìn)行采樣，并將采樣得到的數(shù)字信號(hào)輸入到數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備中。然后，利用各種數(shù)字信號(hào)處理算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、解調(diào)、特征提取等操作，提取出信號(hào)中的各種信息，如頻率、功率、調(diào)制方式、信號(hào)類(lèi)型等。最后，將這些信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，提供實(shí)時(shí)報(bào)告和可視化圖表，幫助用戶(hù)更好地理解和掌握無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的特征和規(guī)律。

在實(shí)際應(yīng)用中，寬帶無(wú)線(xiàn)電信號(hào)實(shí)時(shí)分析技術(shù)可以應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的調(diào)試和優(yōu)化。通過(guò)對(duì)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的實(shí)時(shí)分析，可以快速找出系統(tǒng)中的問(wèn)題并進(jìn)行解決，提高通信質(zhì)量和穩(wěn)定性。同時(shí)，該技術(shù)也可以應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)電設(shè)備的研發(fā)和測(cè)試，幫助設(shè)備制造商對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化。此外，該技術(shù)還可以應(yīng)用于頻譜管理和安全領(lǐng)域，協(xié)助管理部門(mén)對(duì)頻譜進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理，防止非法信號(hào)的干擾和入侵。

實(shí)時(shí)分析與DRFM技術(shù)是應(yīng)為復(fù)雜數(shù)字化特征射頻信號(hào)分析的技術(shù)基礎(chǔ)，為偶發(fā)、小概率及隱蔽發(fā)射信號(hào)探測(cè)及分析提供了可信賴(lài)的技術(shù)手段。隨著未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，該技術(shù)也將不斷得到完善和拓展，為無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供更加準(zhǔn)確、快速、可靠的支持。

智能識(shí)別技術(shù)體系

復(fù)雜無(wú)線(xiàn)電信號(hào)表征

復(fù)雜無(wú)線(xiàn)電信號(hào)表征是指對(duì)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的特性和參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和描述的過(guò)程。無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的特性包括頻率、相位、振幅、調(diào)制方式等，這些特性可以通過(guò)各種測(cè)量?jī)x器和方法進(jìn)行測(cè)量和記錄。通過(guò)對(duì)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的表征，可以了解信號(hào)的來(lái)源、傳播方式、傳輸特性等信息，從而進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理。

隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的傳輸速率和頻帶利用率不斷提高，信號(hào)的復(fù)雜度也越來(lái)越高。在復(fù)雜的信道環(huán)境中，無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的探測(cè)和識(shí)別技術(shù)面臨著許多挑戰(zhàn)。

目前，無(wú)線(xiàn)電信號(hào)探測(cè)的技術(shù)主要包括基于信號(hào)功率譜的探測(cè)方法、基于信道化的探測(cè)方法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)的探測(cè)方法等。

（1）基于信號(hào)功率譜的探測(cè)方法

根據(jù)不同調(diào)制方式的信號(hào)的頻譜形狀差異性，可以采用基于頻譜形狀的分類(lèi)算法。其計(jì)算復(fù)雜度低且具有一定的抗噪性能。基于信號(hào)功率譜的探測(cè)方法利用寬帶信號(hào)的功率譜特征進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)雷達(dá)信號(hào)調(diào)制方式的識(shí)別做了大量的研究，主要方法有：瞬時(shí)自相關(guān)法、譜相關(guān)分析、時(shí)頻變換法、小波變換法等。

信號(hào)瞬時(shí)自相關(guān)法原理簡(jiǎn)單，可以處理大帶寬信號(hào)，易于工程實(shí)現(xiàn)且實(shí)時(shí)性較好，但是對(duì)非線(xiàn)性信號(hào)進(jìn)行分析效果不好。韓立輝等提出采用小波包分析方法進(jìn)行消噪處理，以瞬時(shí)自相關(guān)算法估計(jì)信號(hào)的瞬時(shí)頻率，進(jìn)而求出調(diào)制參數(shù)，其瞬時(shí)自相關(guān)算法進(jìn)行了滑動(dòng)平均改進(jìn)。

譜相關(guān)分析法適用于雷達(dá)信號(hào)的檢測(cè)與分析，不足之處在于計(jì)算量過(guò)大。H. Hu等運(yùn)用譜相關(guān)分析法，提出了4個(gè)相干特征參數(shù)，使用支持向量機(jī)（Support Vector Machine，SVM）作為分類(lèi)器完成了雷達(dá)信號(hào)的調(diào)制識(shí)別。王茂汶等為解決分?jǐn)?shù)階傅里葉變換（FRFT）在非合作線(xiàn)性調(diào)頻（LFM）信號(hào)檢測(cè)中運(yùn)算量過(guò)大，限制其工程應(yīng)用的問(wèn)題，提出基于FRFT檢測(cè)LFM信號(hào)“粗測(cè)引導(dǎo)+精細(xì)測(cè)量”的處理算法，改進(jìn)算法相比直接采用FRFT運(yùn)算復(fù)雜度大大降低。

時(shí)頻變換法包括WVD變換及其演進(jìn)算法，W. Gardner描述了測(cè)量和計(jì)算具有周期平穩(wěn)性的時(shí)間序列的譜相關(guān)函數(shù)的方法，確定了可靠性與時(shí)間、光譜和周期分辨率之間的相互作用，討論了周期泄漏和混疊、周期分辨率和周期相位等新問(wèn)題。該方法對(duì)噪聲不敏感，缺點(diǎn)是不適合與多信號(hào)分析。因此針對(duì)這個(gè)缺點(diǎn)，Choi等提出了Choi-Williams分布，能夠較好地解決交叉項(xiàng)問(wèn)題，但是降低了時(shí)頻分辨率。

小波變換是一種時(shí)間—尺度分析方法，具有多尺度特性，大的尺度對(duì)應(yīng)的是一個(gè)對(duì)信號(hào)的全局的概略描述，而小的尺度則相應(yīng)地對(duì)應(yīng)于細(xì)節(jié)性的描述。王渝沖等研究了小波變換算法中常用的Morlet小波方法。此類(lèi)方法通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行小波變換，提取小波脊線(xiàn)作為特征進(jìn)行脈內(nèi)調(diào)制雷達(dá)信號(hào)的分類(lèi)。但此方法需要選擇合理的小波基，且小波脊線(xiàn)提取算法易受噪聲干擾，實(shí)際應(yīng)用效果不理想。

（2）基于信道化的探測(cè)方法

基于信道化的探測(cè)方法將寬帶信號(hào)進(jìn)行信道化，對(duì)信道化后的各個(gè)信道，利用窄帶信號(hào)檢測(cè)的方法開(kāi)展信號(hào)檢測(cè)，但該類(lèi)方法在窄帶檢測(cè)環(huán)節(jié)中，檢測(cè)的效果受噪聲以及門(mén)限閾值選取的影響較大，且其在信道化過(guò)程中，存在分割不理想的情況，并會(huì)損失一定的原始信號(hào)數(shù)據(jù)信息。

國(guó)內(nèi)從上世紀(jì)九十年代開(kāi)始對(duì)數(shù)字信道化技術(shù)進(jìn)行研究，研究重點(diǎn)側(cè)重于數(shù)字信道化的硬件實(shí)現(xiàn)、信號(hào)檢測(cè)與參數(shù)估計(jì)等方面。在數(shù)字信道化技術(shù)方面的研究跟西方國(guó)家相比我們開(kāi)始的較晚，目前也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展?；诩訖?quán)交疊（WOLA）結(jié)構(gòu)的信道化技術(shù)打破了常規(guī)數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)中抽取倍數(shù)與信道數(shù)目二者之間的約束關(guān)系，使得該技術(shù)在復(fù)雜的電磁環(huán)境下依然可以保證性能。文獻(xiàn)有學(xué)者針對(duì)信道化技術(shù)子信道劃分的問(wèn)題，提出了一種基于樹(shù)形結(jié)構(gòu)的多級(jí)級(jí)聯(lián)信道化結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)子信道的非均勻劃分。

國(guó)外針對(duì)數(shù)字信道化技術(shù)則行了長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展和積累，相關(guān)成果也比較多。1986年，James B. Tsui便對(duì)數(shù)字信道化的原理進(jìn)行了研究，并分析了其優(yōu)缺點(diǎn)，為后續(xù)的數(shù)字信道化接收機(jī)奠定了基礎(chǔ)。Zahimiak D.R等人提出了一種將多相濾波技術(shù)與傅里葉技術(shù)相結(jié)合的信道化結(jié)構(gòu)，這種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)使得信道化實(shí)現(xiàn)時(shí)的資源進(jìn)一步大大降低。

數(shù)字信道化的目的是通過(guò)數(shù)字下變頻，濾波以及抽取等一系列數(shù)字運(yùn)算，將整個(gè)ADC采集后待處理信號(hào)的整個(gè)頻譜劃分為多個(gè)子信道。數(shù)字信道化可分為非均勻信道化和均勻信道化，非均勻信道化的每個(gè)子信道寬度不等且子信道中心頻率之間間隔不相同，均勻信道化則每個(gè)子信道的寬度相同且子信道中心頻率之間間隔相同。對(duì)于非均勻信道化，各個(gè)子信道的濾波器設(shè)計(jì)不相同，導(dǎo)致輸出頻響不一致且計(jì)算程度復(fù)雜；而均勻信道化可以使用相同的信道濾波器，其頻響具有一致性且計(jì)算簡(jiǎn)單。

（3）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)的探測(cè)方法

使用寬帶信號(hào)功率譜的能量指標(biāo)作為檢測(cè)依據(jù)，但該類(lèi)方法受限于對(duì)信號(hào)噪聲基底估計(jì)的精確度，在復(fù)雜電磁環(huán)境下性能下降明顯。信道化的探測(cè)方法將寬帶信號(hào)進(jìn)行信道化，對(duì)信道化后的各個(gè)信道，利用窄帶信號(hào)檢測(cè)的方法開(kāi)展信號(hào)檢測(cè)。該類(lèi)方法在窄帶檢測(cè)環(huán)節(jié)中，檢測(cè)的效果受噪聲以及門(mén)限閾值選取的影響較大，且其在信道化過(guò)程中，存在分割不理想的情況，并會(huì)損失一定的原始信號(hào)數(shù)據(jù)信息。

近年來(lái)，隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)的快速發(fā)展，一些基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)的探測(cè)方法被提出。這些方法通過(guò)構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)寬帶通信信號(hào)的一維功率譜特征，以此開(kāi)展信號(hào)檢測(cè)，或者使用深度學(xué)習(xí)中的目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)信號(hào)的時(shí)頻譜進(jìn)行特征提取和處理，能夠估計(jì)信號(hào)的起止時(shí)間，并判斷信號(hào)目標(biāo)的存在性。

戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué)申請(qǐng)的一項(xiàng)專(zhuān)利提供一種復(fù)雜環(huán)境下寬帶無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)檢測(cè)方法及系統(tǒng)，將深度學(xué)習(xí)自然目標(biāo)識(shí)別與處理領(lǐng)域的向心偏移網(wǎng)絡(luò)引入信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜環(huán)境下寬帶無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)的有效檢測(cè)，提升信號(hào)檢測(cè)效果。幸晨杰提出一種基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的寬帶信號(hào)頻譜檢測(cè)方法，并設(shè)計(jì)了從一維頻譜檢測(cè)結(jié)果提取信號(hào)起止時(shí)間和頻帶范圍的后處理流程。劉國(guó)華等基于實(shí)數(shù)時(shí)延徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了具有記憶效應(yīng)的接收機(jī)非線(xiàn)性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，分別采用K-均值聚類(lèi)算法和正交最小二乘法對(duì)模型的隱含層中心和權(quán)值進(jìn)行選取和學(xué)習(xí)，使用寬帶信號(hào)的同相和正交兩個(gè)分量對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，模型的歸一化均方誤差可達(dá)-41.88dB。

知識(shí)圖譜構(gòu)建與學(xué)習(xí)

針對(duì)復(fù)雜無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的智能識(shí)別技術(shù)需要構(gòu)建知識(shí)圖譜，該圖譜以無(wú)線(xiàn)電信號(hào)特征為實(shí)體，以特征之間的關(guān)系為邊，構(gòu)建出一個(gè)包含豐富信息的圖形網(wǎng)絡(luò)。例如，可以將信號(hào)的頻率、功率、調(diào)制方式等特征作為實(shí)體的屬性，將信號(hào)類(lèi)型、信號(hào)來(lái)源等作為實(shí)體之間的關(guān)系，從而構(gòu)建出一個(gè)涵蓋多種信息的圖形網(wǎng)絡(luò)。

其次，利用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)對(duì)知識(shí)圖譜進(jìn)行學(xué)習(xí)和優(yōu)化。通過(guò)對(duì)大量無(wú)線(xiàn)電信號(hào)數(shù)據(jù)的訓(xùn)練和分析，模型可以學(xué)習(xí)到信號(hào)的特征和規(guī)律，從而提高對(duì)未知信號(hào)的識(shí)別準(zhǔn)確率和處理效率。例如，可以使用監(jiān)督學(xué)習(xí)算法，利用已知的信號(hào)特征和標(biāo)簽來(lái)訓(xùn)練模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)未知信號(hào)的分類(lèi)和預(yù)測(cè)。2017年8月，DARPA啟動(dòng)了射頻機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)（RFMLS）項(xiàng)目旨在“建立一種射頻鑒別能力，能夠從信號(hào)嘈雜聚集的頻譜中分辨出獨(dú)特和特殊的信號(hào)”，未來(lái)將應(yīng)用于民用和軍事領(lǐng)域。迄今，包括CNN、fast R-CNN、faster R-CNN、FPN、YOLO、SSD等多種算法均得到了應(yīng)用探索。以R-CNN、faster R-CNN為代表的基于區(qū)域提取的目標(biāo)檢測(cè)算法，檢測(cè)過(guò)程分為區(qū)域提取和檢測(cè)分類(lèi)兩步；以YOLO、SSD為代表的基于回歸問(wèn)題的端到端目標(biāo)檢測(cè)算法，直接在一個(gè)卷積網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的定位和識(shí)別，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因基于圖像深度學(xué)習(xí)算法具備更豐富的算法和模型資源、效率更高，研究可以利用YOLO等圖像深度學(xué)習(xí)算法為基礎(chǔ)開(kāi)展微波信號(hào)特征學(xué)習(xí)能力開(kāi)發(fā)。

通過(guò)對(duì)知識(shí)圖譜的學(xué)習(xí)和優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的智能識(shí)別和處理。例如，可以將識(shí)別結(jié)果與已知的信號(hào)類(lèi)型進(jìn)行比對(duì)，從而判斷信號(hào)是否屬于正常通信范疇；也可以根據(jù)信號(hào)的特征進(jìn)行來(lái)源追蹤，從而協(xié)助管理部門(mén)對(duì)無(wú)線(xiàn)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管和管理。

開(kāi)發(fā)分析識(shí)別引擎與驗(yàn)證系統(tǒng)

（1）開(kāi)發(fā)分析識(shí)別引擎

分析識(shí)別引擎是針對(duì)復(fù)雜無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的智能識(shí)別技術(shù)的拓展部分，它可以利用知識(shí)圖譜對(duì)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)進(jìn)行分析和識(shí)別。開(kāi)發(fā)步驟可以由以下幾部分構(gòu)成：數(shù)據(jù)預(yù)處理，對(duì)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括去噪、濾波等操作，以提高信號(hào)的質(zhì)量和識(shí)別準(zhǔn)確率；特征提取，利用知識(shí)圖譜中提取的信號(hào)特征對(duì)預(yù)處理后的信號(hào)進(jìn)行分析，提取出信號(hào)的關(guān)鍵特征；模型訓(xùn)練，利用已知的信號(hào)特征和標(biāo)簽來(lái)訓(xùn)練模型，可以選擇多種機(jī)器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行訓(xùn)練；模型評(píng)估，對(duì)訓(xùn)練好的模型進(jìn)行評(píng)估，可以利用測(cè)試數(shù)據(jù)集來(lái)測(cè)試模型的準(zhǔn)確率和性能；模型優(yōu)化，根據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，可以提高模型的識(shí)別準(zhǔn)確率和處理效率。

（2）驗(yàn)證系統(tǒng)

驗(yàn)證系統(tǒng)是用來(lái)驗(yàn)證分析識(shí)別引擎的正確性和可靠性的系統(tǒng)。它可以對(duì)輸入的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，并將識(shí)別結(jié)果與已知的信號(hào)類(lèi)型進(jìn)行比對(duì)，從而判斷分析識(shí)別引擎的準(zhǔn)確性和可靠性。將待驗(yàn)證的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)輸入到驗(yàn)證系統(tǒng)中，利用分析識(shí)別引擎對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行處理，提取出信號(hào)的特征并進(jìn)行分析和識(shí)別。將分析識(shí)別引擎的識(shí)別結(jié)果與已知的信號(hào)類(lèi)型進(jìn)行比對(duì)，判斷分析識(shí)別引擎的準(zhǔn)確性和可靠性，輸出驗(yàn)證結(jié)果，包括分析識(shí)別引擎的準(zhǔn)確率、識(shí)別時(shí)間和處理效率等信息。

寬帶智能協(xié)同通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

寬帶智能協(xié)同通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種集成了寬帶通信、智能化處理和協(xié)同通信技術(shù)的新一代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。該技術(shù)旨在實(shí)現(xiàn)高速、高效、高可靠性的通信，同時(shí)具備智能化的處理能力和協(xié)同通信的能力，以滿(mǎn)足各種復(fù)雜的應(yīng)用需求。

寬帶智能協(xié)同通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用了先進(jìn)的寬帶通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，通過(guò)采用上文中所描述的先進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)，可以對(duì)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)進(jìn)行高精度的數(shù)字化處理，進(jìn)一步提高通信質(zhì)量和可靠性。

該技術(shù)集成了智能化處理技術(shù)，可以利用人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)的技術(shù)手段，對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析、處理和識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的通信管理。例如，可以通過(guò)智能化處理技術(shù)對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別和分類(lèi)，自動(dòng)識(shí)別出不同類(lèi)型的通信數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的處理和傳輸。

寬帶智能協(xié)同通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還具備協(xié)同通信的能力，可以通過(guò)多機(jī)（站）協(xié)同通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)分布式、網(wǎng)格化“面覆蓋與點(diǎn)凝視”結(jié)合的探測(cè)感知與識(shí)別跟蹤智能化體系。通過(guò)協(xié)同通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同工作，提高通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)多層次的通信保障，提高通信安全性。

寬帶智能協(xié)同通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種先進(jìn)、高效、智能化的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。未來(lái)，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)將會(huì)不斷優(yōu)化和完善，為各種復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景提供更加高效、可靠、智能的通信服務(wù)。

結(jié)束語(yǔ)

在論文中，我們通過(guò)機(jī)載高性能接收機(jī)截獲“星鏈”通信系統(tǒng)地面終端設(shè)備的高指向性通信信號(hào)波束，通過(guò)數(shù)字化射頻存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)分析技術(shù)對(duì)信號(hào)原始數(shù)據(jù)開(kāi)展預(yù)處理。其后，采用深度學(xué)習(xí)方法，利用特征學(xué)習(xí)技術(shù)在復(fù)雜電磁環(huán)境中篩選出特定對(duì)象信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)了特定信號(hào)識(shí)別和跟蹤。此外，我們還構(gòu)建了一個(gè)多機(jī)（站）協(xié)同通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了分布式、網(wǎng)格化“面覆蓋與點(diǎn)凝視”結(jié)合的探測(cè)感知與識(shí)別跟蹤智能化體系。論文研究?jī)?nèi)容作為一種技術(shù)手段，用于提高探測(cè)截獲效率和精度，為電子支援及電磁空間管控提供可靠支撐，具有一定的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。