1 噪声调频信号功率谱检测原理
噪声调频干扰信号最常见的是射频振荡的频率与调制噪声电压ξ(t)成线性关系,为了方便把噪声调频,信号的时域如式(1)
设调制噪声电压ξ(t)是高斯噪声,其幅度概率密度分布为高斯函数
由于噪声调频干扰的角频率与ξ(t)呈线性关系,故瞬时角频率或角频偏的概率密度也应为高斯分布,其均方根的值为
式(6)中的积分只有在mfe》1和mfe《1时才能近似求解。
当mfe》1可以得到噪声调频信号的干扰带宽(半功率带宽)为
对于噪声调频信号,由于信号的随机性很强,很难在使用相关的办法对这类噪声调制的信号进行检测,所以常用的瞬时相关、时频分布等检测方法对其无效。但是由于接收系统在设计时,其系统的热噪声相对比较稳定,所以其热噪声功率谱也是相对稳定的。当由调频干扰信号进入接收机时,根据式(6),其功率谱在干扰频带[f0一△fj/2,f0+△fj/2]内会比无调频干扰信号时在能量上有明显的提高,根据这一特征,可以检测出干扰信号。并相应的确定带宽和中心频率,如图l所示。
图1中噪声调频信号的中心频率4.3 GHz,每伏调制为1 GHz/V,时长10 ms,为了提高检测带宽按单次时长100 ns做4 096采样,循环10 000次累积处理。在实用的条件下一般会至少做到几十毫秒的时长来进行累计。产生的白噪声调制信号首先经过256阶的带通滤波器,用来给生成的白噪声滤波进行色化处理,通带为4.29~4.31 GHz,所以视频调频带宽20 MHz。经过滤波后的随机数带入到式(1),得到噪声调频信号,然后计算功率谱,结果如图1(a)所示。从图1(a)中可以看到在40 GHz的检测带宽中,信号的能量主要集中在4.3 GHz左右。图1(b)为中心频率处放大图形,可以看出干扰信号的3 dB带宽(即归一化能量的0.707左右处)为0.18 GHz,10 dB带宽(归一化能量0.3左右处)为0.37 GHz。
当白噪声累加到调频干扰后在得到的功率谱,如图2所示。
从图2中可以看出在SNR=一10 dB情况下,可以检测处噪声调频干扰信号,且在中心频率处的能量有所衰减。由于考虑仿真速度的需要此处所取时长较短,如果加长时间的积累,即相当于增加了能量的积累,得到的检测灵敏度会更高。对于检测门限的设定,是在实际应用中关心的问题。这里简述两种参考门限的确定方法。第一,对于系统的热噪声是在设计时所确定的固有性质,相对外界环境要稳定的多,在设置门限时可以考虑当切断外来所有的信号输入,得到的机内热噪声的功率均值数作为参考门限,这样的好处是确保此时噪声纯净,缺点是没有考虑环境噪声的存在,从而出现虚警的概率增加,这也是文中使用的方法;第二,是在侦察天线没有对准干扰源的情况下,得到内外混合噪声的各个频点的功率均值作为参考门限,其优点是能够真实的反映实际情况,但是如果此时有其它发射机信号的输入,则检测出现漏警的概率会大大增加。