内容简介
《复杂信号侦查理论及应用(上)》是目前国内外系统阐述现代电子对抗复杂信号侦察理论、方法、技术及应用的一部专著,分上下两册出版,其中上册是关于复杂信号的截获与特征提取,下册是关于复杂信号的分选、识别、定位与引导。全书共分18章,第1章~第7章为上册,第8章~第18章为下册。
《复杂信号侦查理论及应用(上)》为上册。第1章给出了复杂信号及其截获、分选、识别、定位及引导的定义和初步的理论体系,介绍了其研究现状和发展趋势;第2章给出了复杂信号分析与仿真;第3章研究了常用时频分析方法对几种典型复杂信号的截获性能;第4~7章为复杂信号截获与特征提取部分,重点研究了LFM类信号、LFMCW类信号、编码类信号与复合调制信号的截获与特征提取,分别提出了分数阶傅里叶变换、周期WHT、周期FRFT、循环谱估计等方法。
《复杂信号侦查理论及应用(上)》可供从事电子对抗、雷达及通信等专业领域科研人员和工程技术人员使用,也可作为高等院校相关专业方向高年级本科生、研究生的专业教材或参考书。
作者简介
刘锋,生于1961年10月,陕西宝鸡人,分别于1982年、1995年及2009年获空军第二炮兵学院学士、西安电子科技大学硕士及北京理工大学博士,本、硕、博攻读的均是电子对抗专业或方向。现任海军航空工程学院电子信息工程系教授、博士生导师。兼任军队电子对抗情报专家组成员、海军信息战专家组成员以及中国声学学会水声分会委员。近四十年来,一直从事电子信息对抗理论及应用、复杂信号侦察理论及应用、综合电子战以及网络对抗等方向的教学与科研工作。曾主持和参加了十余项海军电子对抗装备重点型号的立项、研制、试飞及定型等审查工作,主持了总装、海军新型电子对抗装备相关科研项目20余项,获军队科技进步奖多项、获国家发明专利多项。发表论文100余篇,其中被SCI、EI检索50余篇。出版著作5部,有4部获不同出版基金资助,其中获国防科技图书出版基金资助1部,获国家科学技术学术著作出版基金资助1部。
黄宇,生于1983年4月,湖南蓝山人,分别于2006年、2009年及2012年获海军航空工程学院电子对抗工程专业学士、电路与系统学科电子对抗方向硕士及信息与通信工程学科电子对抗方向博士。现任海军某电子对抗团工程师。一直从事电子对抗雷达侦察、分数阶傅里叶变换及其在雷达侦察中的应用研究方向的科研工作。参加了总装、海军电子对抗相关科研项目8项。发表论文30余篇,其中被SCI、EI检索10余篇,获国家发明专利2项。
王泽众,生于1983年4月,山东济南人,分别于2005年、2008年及2012年获海军航空工程学院电子对抗工程专业学士、电路与系统学科电子对抗方向硕士及信息与通信工程学科电子对抗方向博士。现任海军装备研究院某研究所工程师。一直从事电子对抗雷达侦察、周期Wigner-Hough变换及其在雷达侦察中的应用研究方向的科研工作。参加了总装、海军电子对抗相关科研项目9项。曾发表论文30余篇,其中被SCI、EI检索10余篇,获国家发明专利2项。
张鑫,生于1981年6月,山东烟台人,分别于2004年、2007年及2011年获海军航空工程学院电子对抗工程专业学士、电路与系统学科电子对抗方向硕士及信息与通信工程学科电子对抗方向博士。现任海军航空工程学院兵器科学与技术系讲师。一直从事电子信息对抗理论及应用、循环平稳信号处理及其在雷达侦察中应用研究方向的科研工作。参加了总装、海军电子对抗相关科研项目10项。曾发表论文30余篇,其中被SCI、EI检索10余篇,获国家发明专利2项。
内页插图
目录
上册
序一
序二
序三
前言
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 复杂信号
1.3 复杂信号截获与特征提取研究现状
1.4 复杂信号分选与识别研究现状
1.4.1 基于脉冲描述字的分选与识别
1.4.2 基于时频变换域的分选识别
1.5 研究内容
参考文献
第2章 复杂信号特征分析与仿真
2.1 引言
2.1.1 复杂雷达信号
2.1.2 复杂通信信号
2.1.3 雷达调制信号分类
2.2 脉内线性调频信号的分析与仿真
2.2.1 线性调频脉冲信号
2.2.2 线性调频连续波
2.3 相位编码信号的分析与仿真
2.3.1 二相编码信号
2.3.2 四相编码信号
2.3.3 多相编码信号
2.3.4 T1码、T2码、T3码、T4码分析与仿真
2.4 脉内频率编码信号的分析与仿真
2.4.1 频率编码脉冲信号
2.4.2 频域中的频率编码脉冲信号
2.4.3 时频域中的频率编码脉冲信号FSK
2.5 FSK/PSK信号的分析与仿真
2.6 频率-相位编码复合调制信号分析与仿真
2.6.1 子脉冲内LFM调制-Bgrker编码复合信号
2.6.2 信号脉宽内LFM调制-Barker编码复合信号
2.7 复合线性调频信号分析与仿真
2.8 侦察信号环境仿真
2.8.1 侦察方程和侦察系统运动模型
2.8.2 雷达侦察信号仿真
2.9 小结
参考文献
第3章 常用时频分析方法对几种典型复杂信号的截获性能分析
3.1 引言
3.2 短时傅里叶变换
3.2.1 信号模型
3.2.2 仿真条件
3.2.3 STFT仿真与分析
3.3 WVD仿真与分析
3.3.1 不同信噪比下的LFM信号的WVD时频图
3.3.2 不同信噪比下的FMCW信号的WVD时频图
3.3.3 不同信噪比下的FSK信号的WVD时频图
3.3.4 不同信噪比下的BPSK信号的WVD时频图
3.4 伪Wigner-Ville分布仿真与分析
3.4.1 不同信噪比下的LFM信号的PWVD时频图
3.4.2 不同信噪比下的FMCW信号的PWVD时频图
3.4.3 不同信噪比下的FSK信号的PWVD时频图
3.4.4 不同信噪比下的BPSK信号的PWVD时频图
3.5 平滑伪Wigncr-Ville分布仿真与分析
3.5.1 不同信噪比下的LFM信号的SPWVD时频图
3.5.2 不同信噪比下的FMCW信号的SPWVD时频图
3.5.3 不同信噪比下的FSK信号的SPWVD时频图
3.5.4 不同信噪比下的BPSK信号的SPWVD时频图
3.6 重排平滑伪Wigner-Ville分布仿真与分析
3.6.1 不同信噪比下的LFM信号的RSPWVD时频图
……
第4章 LFM类信号的截获与特征提取
第5章 LFMCW类信号截获与特征提取
第6章 编码类信号截获与提取特征
第7章 复合调制类信号截获与特征提取
下册
前言/序言
近十年来,战场电磁信号环境日益密集复杂,各类新体制雷达、通信及声呐等装备不断涌现,使得电子情报侦察系统面临的信号调制类型越来越多,调制样式越来越复杂。尤其是对复杂调制信号的截获、分选、识别、定位及引导问题,已经成为制约新一代电子情报侦察系统研制的技术瓶颈。国内外众多学者专家和科研人员为此做出了不懈的努力和探索,并取得了不少研究成果。作者所领导的研究团队是国内较早开展复杂调制信号截获、分选、识别、定位及引导等研究的团队之一。2002年,一次偶然的机会,作者有幸发现了电子侦察系统面对复杂调制信号会出现增批、漏批问题,但一直未能找到很好的解决方法。这件事促使作者最终下决心走向了一个新的研究方向,即“复杂信号侦察理论及应用”。后经深入系统研究,发现这是一个影响侦察系统更新换代的瓶颈,是当前一个世界性的难题,就连西方国家都未能很好解决。从此以后的十多年时间里,作者及其团队将全部精力和时间都集中在复杂信号侦察理论及应用领域,开展了系统深入的研究工作,并努力保持研究的一致性和连续性,始终致力于复杂调制信号截获、分选、识别、定位及引导的新理论与新方法的探索与应用。先后完成多项相关科研项目,获得多项国家发明专利,在国内外被SCI、El检索的期刊上发表几十篇该领域学术论文。本书是作者及其团队十多年来研究成果的提炼总结,并吸收了国内外相关的新研究成果,部分研究成果填补了该领域国内空白,初步形成了复杂信号侦察理论及应用的理论体系。
与美国人Phillip所著的Detectionand Classifying Low Probability of Intercept Rader相比,该书学术思想超前,研究内容全面,研究方法新颖,体系结构完整,注重理论与应用的结合,并含有大量仿真示例。
目前我国电子信息对抗领域缺少一部关于复杂信号侦察理论方面的专著,高等院校缺少一部该方面的教科书,装备研制与生产单位和军队装备管理单位缺少一部该方面的参考书,因此本书的出版对从事相关装备研制与生产的科研人员、工程技术人员及研制监管人员具有重要的参考价值,同时也可作为高校高年级本科生与研究生的参考书或教科书。
全书按复杂信号的截获、分选、识别、定位及引导五个部分展开分析,共18章,第1~7章为上册,第8~18章为下册。
第1章为绪论,介绍复杂信号和全书的内容体系。
第2章为复杂信号分析与仿真,首先对复杂信号进行归纳整理及分类,然后着重对几种常见的复杂信号分别在时域、频域及时频域进行了分析与仿真,通过对图形的比较和参数的分析得出信号在三个域的特征及其变化规律。
第3章为常用时频分析方法对几种典型复杂信号的截获性能分析。为了明确各类方法与典型复杂信号之间的对应关系,本章重点讨论了各类时频分析方法对几种典型复杂信号截获性能的优劣问题。本章首先研究了六种基本时频分析方法(短时傅里叶变换、小波变换、Wigner-Ville分布、伪WignerVille分布、平滑伪Wigner-Ville分布、重排Wigner-Ville伪分布)对四种典型的复杂信号(LFM、FMCW、FSK、BPSK)时频变换,并进行了计算机仿真。给出了各种算法的优缺点及适用范围,总结出各类时频分析方法的时频特性,包括能量聚集性、交叉项抑制性、噪声抑制性、运算速度、适用范围等。
第4~7章为信号截获部分,重点研究了LFM类信号、LFMCW类信号、编码类信号及复合信号的截获与特征提取。第4章提出了基于分数阶傅里叶变换的LFM类信号的截获与特征提取;第5章分别提出了基于周期WHT和周期FRFT的LFMCW信号截获与特征提取;第6章提出了平均平滑循环周期图的谱估计方法,研究了复杂调制编码信号的循环谱特征检测问题与复杂编码信号的循环谱特征分类问题;第7章提出了分别基于FRFT、PWHT、FRFT循环处理的LFM-BC信号截获与特征提取。
第8~12章为信号分选部分,重点研究了交叠脉冲、交叠连续波和二者同时存在情况下的信号分离问题,分别采用了Chirp基稀疏分解、周期Wigner-Hough变换、周期FRFT和基于独立成分分析的盲分离方法;第8章提出了基于Chirp基分解的时频交叠脉冲信号的分离;第9章提出了基于周期WHT的LFMCW循环滤波检测与分离算法;第10章提出了基于周期FRFT的多分量LFM连续波雷达信号分离;第11章提出了基于周期FRFT的时频交叠雷达侦察信号分选;第12章提出了基于独立成分分析的时频交叠信号盲分离。
第13、14章为信号识别部分,分别从参数识别和波形识别研究了信号的调制类型识别;第13章提出了在分数阶傅里叶变换域和循环谱域的信号识别方法;第14章提出了复杂调制信号的波形识别方法。
第15章为复杂信号辐射源识别,重点讨论复杂信号识别知识库与侦察数据均不完整情况下的辐射源识别问题,涉及黑板系统、遗传算法以及非精确推理等方法,
《信号混沌与信息隐匿:无形战场的交锋》 在这个信息爆炸的时代,信号无处不在,它们是现代社会运转的基石,也是暗流涌动的无形战场。从国家层面的战略博弈,到商业领域的竞争攻防,再到个体生活中的隐私保护,对信号的洞察与掌控,已成为决定胜负的关键。然而,信号的海洋并非全然透明,其中潜藏着无数的“混沌”,隐藏着难以捉摸的“信息隐匿”。本书,《信号混沌与信息隐匿:无形战场的交锋》,并非直接探讨“复杂信号侦查理论及应用(上)”这本书本身的内容,而是旨在为读者构建一个更广阔的认知框架,深入理解信号世界的本质、信息隐藏的机制,以及在这个动态博弈中,侦查与反侦查所面临的挑战与机遇。 第一章:信号的本质与形态——无声的语言 信号,从最根本的层面来说,是物理世界或抽象概念的载体,是信息传递的媒介。它们可以以各种形式存在,电磁波、声波、光波,甚至生物电信号。我们将首先探索信号的多样性,理解其产生、传播与接收的物理原理。电磁信号,作为现代通信的灵魂,其频谱、调制方式、信道特性等将得到详尽的剖析。声波信号,在水下侦测、音频分析等领域扮演着重要角色,其传播衰减、多径效应等将被揭示。光波信号,在光纤通信、激光雷达等技术中至关重要,其衍射、干涉等现象也将被纳入讨论。 更重要的是,我们将超越纯粹的物理学范畴,审视信号的“信息”属性。一个看似杂乱的噪声信号,可能隐藏着某个特定设备的独特指纹;一段加密的通信,其载波上的微小波动也可能泄露端倪。本章将引入信息论的基本概念,如熵、信道容量,帮助读者理解信息在信号中的量化与传递。同时,我们将探讨信号的“形态”与其所承载信息的关联,例如,信号的频谱特征如何反映调制方式,信号的时域形状如何体现编码规律。 第二章:信息的混沌之源——伪装与扰动 在信号侦查的博弈中,一方的“清晰”往往是另一方的“模糊”。信息隐藏,即“混沌”的制造者,是信息隐匿的核心策略。本章将深入剖析信息为何会呈现混沌状态,以及制造混沌的常见手段。 首先,我们将探讨自然噪声的影响。大气干扰、电子设备自身发热、宇宙背景辐射等,这些源于物理规律的噪声,会叠加在真实信号之上,使得信号的提取与分析变得困难。理解不同类型的噪声特性,以及它们对信号的影响,是应对混沌的第一步。 其次,我们将深入研究人为制造的混沌。这包括但不限于: 干扰与压制(Jamming and Spoofing): 通过发射大量无用信号,以淹没目标信号,使其无法被有效接收。我们将分析各种干扰技术,如连续波干扰、脉冲干扰、跳频干扰等,以及它们的作用机制。同时,我们将探讨欺骗技术(Spoofing),即伪造目标信号,诱导侦测方做出错误判断。 信号模糊化与加密(Obfuscation and Encryption): 通过复杂的调制、编码、数据压缩等手段,使得原始信息难以识别。我们将介绍一些常见的信号处理技术,如扩频通信(Spread Spectrum),它将信号能量分散到更宽的频谱上,降低被探测的概率。同时,加密技术虽然主要应用于数据安全,但其底层信号形态的变化也与信号侦查息息相关。 隐匿通信技术(Stealth Communication Techniques): 探索如何让信号尽可能不被察觉。这包括低截获概率(LPI - Low Probability of Intercept)信号的设计,例如使用极窄的带宽、极低的发射功率、或者在极短的时间内完成通信。 物理环境的利用: 信号的传播路径会受到地形、建筑、植被等环境因素的影响,产生反射、折射、衍射等现象,这些都会导致信号的形态发生变化,增加侦查的难度。我们将分析这些环境因素如何“制造”信号的混沌。 第三章:隐匿的艺术——信息藏匿的策略 信息隐匿并非仅仅是制造混沌,更是一种主动的藏匿艺术。本章将聚焦于信息如何在信号中被巧妙地隐藏起来,使得侦查方难以发现其存在,或者即便发现,也无法提取有效信息。 隐写术(Steganography): 与加密不同,隐写术的目标是隐藏信息的“存在”,而不是隐藏信息的“内容”。我们将探讨各种隐写术的应用,例如在图像、音频、视频文件中嵌入秘密信息,使其在外观上与原始文件无异。在信号领域,这种技术可能体现在音频信号的掩码(Masking),或者在通信协议的冗余数据中隐藏信息。 协议层面的隐藏: 许多通信协议本身就包含一定的冗余和可选字段,恶意行为者可能利用这些“合法”的空间来隐藏其非法信息。例如,在TCP/IP协议的某些字段中嵌入特定数据,或者利用HTTP请求中的Header字段传递秘密指令。 协议栈的隐藏: 某些高级隐匿技术可能不仅仅局限于单个协议,而是涉及整个协议栈的协同工作。例如,利用不同层级的协议特性来共同实现信息的隐匿,使得在单一层面的分析难以察觉。 行为模式的伪装: 即使信号本身难以隐藏,行为模式的伪装也能有效规避侦查。例如,模仿正常用户的上网行为,选择非工作时间发送信号,或者使用多个跳板来掩盖真实的源头。 第四章:无声的侦查——信号的“嗅探”与“画像” 既然存在混沌与隐匿,那么侦查的意义就在于打破这些伪装,揭示隐藏的信息。本章将探讨信号侦查的核心技术与方法论。 频谱分析(Spectrum Analysis): 这是信号侦查最基础的手段之一。通过分析信号在频域上的分布,可以识别出信号的存在、功率、带宽,甚至推断出其调制方式。我们将介绍各种频谱分析仪器的原理与应用,以及如何从复杂的频谱中识别出异常信号。 时域分析(Time Domain Analysis): 信号在时间上的变化同样蕴含着丰富的信息。通过分析信号的波形、幅度、相位随时间的变化,可以识别出脉冲信号、调制信号的特征,以及信号的同步信息。 模式识别与机器学习(Pattern Recognition and Machine Learning): 面对海量的信号数据,手动分析已无法应对。本章将介绍如何利用模式识别和机器学习技术,从大量的信号样本中学习正常信号的模式,从而高效地识别出异常或隐藏的信号。例如,训练一个分类器来区分军事通信与民用通信,或者识别出特定设备的信号指纹。 信号指纹(Signal Fingerprinting): 每一个通信设备,由于其制造工艺、元器件的细微差异,都会在发射的信号中留下独特的“指纹”。本章将探讨如何通过高精度分析这些细微特征,例如瞬态特征、噪声特征、杂散辐射等,来识别出特定的设备,甚至追溯其来源。 关联分析(Correlation Analysis): 将从不同时间和空间采集到的信号进行比对,寻找它们之间的关联性。这种方法在定位、追踪以及识别隐匿的通信链路方面发挥着重要作用。 被动侦查(Passive Reconnaissance): 强调在不暴露自身的情况下,尽可能多地收集信息。这包括对广播信号的监听、对无线电频谱的扫描、以及对通信网络流量的分析。 第五章:侦查与反侦查的博弈——动态的对抗 信号侦查与信息隐匿并非静态的对弈,而是一个持续动态演进的过程。本章将深入探讨侦查与反侦查之间的博弈关系,以及这种博弈如何驱动双方技术的进步。 技术螺旋(Technology Spiral): 侦查技术的进步会迫使信息隐匿者开发更复杂的隐匿手段,而隐匿手段的升级又会反过来推动侦查技术的发展。我们将分析这种“技术螺旋”如何不断提升信号侦查领域的门槛。 对抗性样本(Adversarial Examples): 在机器学习领域,存在“对抗性样本”,即经过微小扰动就能欺骗分类器的样本。在信号侦查领域,也存在类似的“对抗性信号”,它们被精心设计,能够绕过现有的侦查算法。 大数据与人工智能的驱动(Big Data and AI Driven): 现代侦查越来越依赖于海量数据的处理和人工智能的分析能力。本章将探讨大数据分析如何帮助侦查方从海量信号中发现规律,以及人工智能在自动化侦查、预测威胁方面扮演的角色。 伦理与法律的考量(Ethical and Legal Considerations): 信号侦查技术涉及隐私、安全等敏感问题。本章将触及与信号侦查相关的伦理准则和法律法规,思考如何在保障国家安全、维护公共利益的同时,尊重个体隐私。 结语:洞察无形,掌控未来 《信号混沌与信息隐匿:无形战场的交锋》这本书,旨在为你开启一扇通往信号世界深处的门。我们并非直接解答“复杂信号侦查理论及应用(上)”书中的具体问题,而是希望通过构建一个全面而深刻的认知图景,让你理解信号侦查的宏观背景、核心原理,以及其背后信息博弈的复杂性。 在这个信息即力量的时代,理解信号,洞察混沌,掌握隐匿的艺术,并最终能够运用侦查的手段,这不仅是国家安全和军事领域的关键,也是商业竞争、网络安全乃至于个人信息保护不可或缺的知识。希望本书能够激发你对信号世界的兴趣,为你在探索这个无形战场时,提供一个坚实的思想基石。