民用无人机跳频信号分析与识别技术研究

发布时间：2020-10-28 04:03

　　 无人机起源于军事领域,后凭借其小型化、功能多样性等特点迅速在民用领域获得青睐。伴随民用无人机应用范围的不断拓宽,其带来的安全问题也获得了各界人士的广泛关注。无人机的信号识别是管制方案的提前和重要环节,是当前在技术和产品上研究的热点,对无人机反制领域有着重要的意义和商业价值。本文分析了无人机通信信号特点,主要从图像角度设计了两种无人机信号识别方法,实现了复杂电磁环境下的跳频信号识别。主要工作和创新有:1、研究了民用无人机系统结构及通信信号特点,并实际采集了无人机信号,对无人机遥控信号整体进行了粗粒度观察;总结了跳频通信系统原理和主要参数,使用simulink对跳频系统进行了仿真实验;同时,介绍了处理非平稳信号的时频分析方法,并通过仿真实验对比总结了各方法的性能和特点。2、现有的基于时频特征进行跳频信号检测识别的方法存在依赖人工设定阈值和混合多种干扰信号时识别能力不足的问题。本文设计了一种基于连通区域标记的方法实现复杂电磁环境下的跳频信号检测及参数估计。首先对采集的信号进行时频域转换,基于能量统计自适应设定去噪门限的方法去除底噪,经过二值化、形态学处理后,对时频数据进行连通区域标记及区域信息提取,经过对连通区域的修正可以对干扰信号进一步处理,对连通区域的聚类可以实现跳频信号的分选,最后根据分选结果可以检测跳频信号并统计出目标跳频信号的参数。该算法在去除白噪的过程中具有自适应性,弥补了设置去噪阈值需要人工干预的不足;在跳频信号检测过程中无需已知目标信号跳速的先验条件,并给出了处理斜变干扰的方法。根据仿真结果表明,该算法可以实现跳频信号的有效检测及参数盲估计。3、针对在跳频信号在识别过程中自动化程度低的问题,结合现有的图像分类技术,使用基于时频图像梯度特征提取的跳频信号分类算法,实现了对跳频信号的自动化分类识别。首先对采集的无人机信号进行了时频域转换,通过对时频瀑布图的样本进行逐像素梯度特征提取,使用支持向量机为分类器,并以遗传算法结合交叉验证的方式进行了核函数参数优化,实现跳频信号的分类识别,该方法不需要已知目标信号参数特性的先验条件实现了盲分类,自动化程度高;在已知样本信号的总带宽、跳频序列周期的情况下,提出了一种固定窗检测的优化算法,该算法以固定窗口截取目标信号单一周期并对窗内数据特征提取,在检测模块按相同窗口扫描进行二分类检测,仿真结果表明该方法具有更高的识别精度,分类效果得到了优化。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN914.41;TP391.41;V279
【部分图文】：

达、声音传感器、无线电探测、摄像机、红外探测为一体的反无人机系统??ＤｒｏｎｅＳｅｎｔｒｙ，并向用户提供可视化界面显示传感器的实时和历史数据，可根据用??户定义的标准广播配置警报［８］，图１－２为ＤｒｏｎｅＳｅｎｔｒｙ设备图及其公司其他产品；??德国公司研发的ＤｒｏｎｅＴｒａｃｋｅｒ智能无人机探测系统，射频探测针对带有Ｗｉｎ图??传的无人机，通过ＳＳＩＤ和ＭＡＣ地址匹配的方式来识别使用ＷｉＦｉ图传的无人??机；罗德＆施瓦茨公司研发的ＡＲＤＲ０ＮＩＳ无人机管控系统主要由ＥＢ５００系列紧??凑型数字接收机、ＨＥ６００全向天线组成，其公司具有强大的链路解密技术，能够??破解遥控信号的通信协议；北斗开放实验室自主研发的ＡＤＳ２０００反无人机系统，??２??

部件为无人机提供动力，保证其平稳飞行；图像拍照模块负责拍摄画面，配合存??储设备可将拍摄的画面存储下来，部分无人机还配备视觉系统，可通过拍摄画面??进行分析，实现避障、目标识别、跟踪拍摄、自动巡航等功能，图２－１为无人机??硬件组成示意。??＇?１??１各类附加ＭＥＭＳ?Ｉ??Ｉ??１?Ｉ??????！?｜?陀螺仪?；??通信模块?鋈?｜?加速度计?丨??器?Ｉ???！???１?一?！?气压传感器?丨??导航模块?——３???」????Ｉ?］?动力装置??图像拍摄模组???１?电子调速器ｉ?；??????１??Ｉ??ｊ?电机（Ｘ４）??Ｉ???图２－１无人机系统硬件组成??２．１．２无人机通信信号分析??市场上主要的消费级无人机包括大疆的精灵系列、Ｍａｖｉｃ系列，小米和天??７??

的跳频通信信号，在无人机飞行过程中，无人机的飞行指令由遥控器发送的跳频??信号控制，一旦失控，无人机会根据事先设定的指令执行缓降或者返航的命令，??图２－２为无人机通信信号及传输方向的示意图。??—ＧＰＳ／ＧＩＯＮＡＳＳ?獨??＾ｈ｜ｂｓ！ｈ｜??牛??ＩＳＳ；?ｒ＾ｌ??图２－２无人机通信信号示意??２．１．３无人机遥控信号实测??为了进一步观察无人机信号的时频域特征，实际采集了无人机信号，实验的??设备、过程、采集的数据处理及结果如下：??（１）实验设备??８??
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 胥桓;张辉;范雪林;;一种非全驻留跳频信号参数估计方法[J];通信技术;2017年04期

2 欧阳鑫信;万群;曹景敏;熊瑾煜;;跳频信号的时差直接定位[J];电子学报;2017年04期

3 欧阳鑫信;万群;熊瑾煜;贺青;文飞;;慢跳跳频信号的时差估计方法[J];现代雷达;2016年02期

4 袁英俊;黄知涛;王岩;周一宇;;基于相位差分的跳频信号识别方法[J];通信对抗;2010年04期

5 李杰;肖扬灿;;一种非合作的跳频信号跳同步方法[J];通信对抗;2011年02期

6 刘洋洋;盛利元;张凤娟;;基于混沌序列的跳频信号源FPGA设计与实现[J];计算机测量与控制;2012年11期

7 王辉;王斌;;基于示向图分割投影的短波跳频信号检测算法[J];信号处理;2012年12期

8 杨新锋;曹媛姝;;跳频信号功率谱密度估计[J];电子科技;2011年06期

9 钱博;王洋;滕振宇;;差分跳频信号分离方法研究[J];沈阳理工大学学报;2011年02期

10 方志;贾峰;;复杂电磁环境下跳频信号检测及拼接算法[J];无线电工程;2010年08期

相关博士学位论文 前7条

1 陈利虎;跳频信号的侦察技术研究[D];国防科学技术大学;2009年

2 朱文贵;基于阵列信号处理的短波跳频信号盲检测和参数盲估计[D];中国科学技术大学;2007年

3 沙志超;单/多通道跳频信号侦察处理关键技术研究[D];国防科学技术大学;2013年

4 欧阳鑫信;跳频信号时差估计与直接定位方法研究[D];电子科技大学;2017年

5 郭建涛;基于时频分析的跳频信号参数估计[D];华中科技大学;2009年

6 王曰海;扩谱通信抗干扰的现代信号处理应用研究[D];浙江大学;2014年

7 贾可新;通信侦察中的信号分选算法研究[D];电子科技大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘丽;民用无人机跳频信号分析与识别技术研究[D];北京邮电大学;2019年

2 孙会超;基于FPGA的扩跳频信号发送系统的研究与实现[D];郑州大学;2018年

3 胡晓芳;基于稀疏性的跳频信号检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2018年

4 刘建宇;基于时频分析的跳频信号欠定盲分离算法研究[D];哈尔滨工程大学;2018年

5 池袖伟;基于时频分析的跳频信号参数估计方法研究[D];哈尔滨工程大学;2018年

6 彭江;随机跳频信号设计与处理技术研究[D];国防科学技术大学;2016年

7 张云飞;基于压缩感知的跳频信号参数估计[D];西安电子科技大学;2018年

8 王思勉;基于压缩感知的跳频信号分析与实现[D];西安电子科技大学;2018年

9 卢迅;压缩域跳频信号检测与参数估计技术研究[D];解放军信息工程大学;2016年

10 程标;基于稀疏重构的多信号目标识别关键技术研究[D];解放军信息工程大学;2016年

本文编号：2859560