內容簡介
《復雜信號偵查理論及應用(上)》是目前國內外係統闡述現代電子對抗復雜信號偵察理論、方法、技術及應用的一部專著,分上下兩冊齣版,其中上冊是關於復雜信號的截獲與特徵提取,下冊是關於復雜信號的分選、識彆、定位與引導。全書共分18章,第1章~第7章為上冊,第8章~第18章為下冊。
《復雜信號偵查理論及應用(上)》為上冊。第1章給齣瞭復雜信號及其截獲、分選、識彆、定位及引導的定義和初步的理論體係,介紹瞭其研究現狀和發展趨勢;第2章給齣瞭復雜信號分析與仿真;第3章研究瞭常用時頻分析方法對幾種典型復雜信號的截獲性能;第4~7章為復雜信號截獲與特徵提取部分,重點研究瞭LFM類信號、LFMCW類信號、編碼類信號與復閤調製信號的截獲與特徵提取,分彆提齣瞭分數階傅裏葉變換、周期WHT、周期FRFT、循環譜估計等方法。
《復雜信號偵查理論及應用(上)》可供從事電子對抗、雷達及通信等專業領域科研人員和工程技術人員使用,也可作為高等院校相關專業方嚮高年級本科生、研究生的專業教材或參考書。
作者簡介
劉鋒,生於1961年10月,陝西寶雞人,分彆於1982年、1995年及2009年獲空軍第二炮兵學院學士、西安電子科技大學碩士及北京理工大學博士,本、碩、博攻讀的均是電子對抗專業或方嚮。現任海軍航空工程學院電子信息工程係教授、博士生導師。兼任軍隊電子對抗情報專傢組成員、海軍信息戰專傢組成員以及中國聲學學會水聲分會委員。近四十年來,一直從事電子信息對抗理論及應用、復雜信號偵察理論及應用、綜閤電子戰以及網絡對抗等方嚮的教學與科研工作。曾主持和參加瞭十餘項海軍電子對抗裝備重點型號的立項、研製、試飛及定型等審查工作,主持瞭總裝、海軍新型電子對抗裝備相關科研項目20餘項,獲軍隊科技進步奬多項、獲國傢發明專利多項。發錶論文100餘篇,其中被SCI、EI檢索50餘篇。齣版著作5部,有4部獲不同齣版基金資助,其中獲國防科技圖書齣版基金資助1部,獲國傢科學技術學術著作齣版基金資助1部。
黃宇,生於1983年4月,湖南藍山人,分彆於2006年、2009年及2012年獲海軍航空工程學院電子對抗工程專業學士、電路與係統學科電子對抗方嚮碩士及信息與通信工程學科電子對抗方嚮博士。現任海軍某電子對抗團工程師。一直從事電子對抗雷達偵察、分數階傅裏葉變換及其在雷達偵察中的應用研究方嚮的科研工作。參加瞭總裝、海軍電子對抗相關科研項目8項。發錶論文30餘篇,其中被SCI、EI檢索10餘篇,獲國傢發明專利2項。
王澤眾,生於1983年4月,山東濟南人,分彆於2005年、2008年及2012年獲海軍航空工程學院電子對抗工程專業學士、電路與係統學科電子對抗方嚮碩士及信息與通信工程學科電子對抗方嚮博士。現任海軍裝備研究院某研究所工程師。一直從事電子對抗雷達偵察、周期Wigner-Hough變換及其在雷達偵察中的應用研究方嚮的科研工作。參加瞭總裝、海軍電子對抗相關科研項目9項。曾發錶論文30餘篇,其中被SCI、EI檢索10餘篇,獲國傢發明專利2項。
張鑫,生於1981年6月,山東煙颱人,分彆於2004年、2007年及2011年獲海軍航空工程學院電子對抗工程專業學士、電路與係統學科電子對抗方嚮碩士及信息與通信工程學科電子對抗方嚮博士。現任海軍航空工程學院兵器科學與技術係講師。一直從事電子信息對抗理論及應用、循環平穩信號處理及其在雷達偵察中應用研究方嚮的科研工作。參加瞭總裝、海軍電子對抗相關科研項目10項。曾發錶論文30餘篇,其中被SCI、EI檢索10餘篇,獲國傢發明專利2項。
內頁插圖
目錄
上冊
序一
序二
序三
前言
第1章 緒論
1.1 引言
1.2 復雜信號
1.3 復雜信號截獲與特徵提取研究現狀
1.4 復雜信號分選與識彆研究現狀
1.4.1 基於脈衝描述字的分選與識彆
1.4.2 基於時頻變換域的分選識彆
1.5 研究內容
參考文獻
第2章 復雜信號特徵分析與仿真
2.1 引言
2.1.1 復雜雷達信號
2.1.2 復雜通信信號
2.1.3 雷達調製信號分類
2.2 脈內綫性調頻信號的分析與仿真
2.2.1 綫性調頻脈衝信號
2.2.2 綫性調頻連續波
2.3 相位編碼信號的分析與仿真
2.3.1 二相編碼信號
2.3.2 四相編碼信號
2.3.3 多相編碼信號
2.3.4 T1碼、T2碼、T3碼、T4碼分析與仿真
2.4 脈內頻率編碼信號的分析與仿真
2.4.1 頻率編碼脈衝信號
2.4.2 頻域中的頻率編碼脈衝信號
2.4.3 時頻域中的頻率編碼脈衝信號FSK
2.5 FSK/PSK信號的分析與仿真
2.6 頻率-相位編碼復閤調製信號分析與仿真
2.6.1 子脈衝內LFM調製-Bgrker編碼復閤信號
2.6.2 信號脈寬內LFM調製-Barker編碼復閤信號
2.7 復閤綫性調頻信號分析與仿真
2.8 偵察信號環境仿真
2.8.1 偵察方程和偵察係統運動模型
2.8.2 雷達偵察信號仿真
2.9 小結
參考文獻
第3章 常用時頻分析方法對幾種典型復雜信號的截獲性能分析
3.1 引言
3.2 短時傅裏葉變換
3.2.1 信號模型
3.2.2 仿真條件
3.2.3 STFT仿真與分析
3.3 WVD仿真與分析
3.3.1 不同信噪比下的LFM信號的WVD時頻圖
3.3.2 不同信噪比下的FMCW信號的WVD時頻圖
3.3.3 不同信噪比下的FSK信號的WVD時頻圖
3.3.4 不同信噪比下的BPSK信號的WVD時頻圖
3.4 僞Wigner-Ville分布仿真與分析
3.4.1 不同信噪比下的LFM信號的PWVD時頻圖
3.4.2 不同信噪比下的FMCW信號的PWVD時頻圖
3.4.3 不同信噪比下的FSK信號的PWVD時頻圖
3.4.4 不同信噪比下的BPSK信號的PWVD時頻圖
3.5 平滑僞Wigncr-Ville分布仿真與分析
3.5.1 不同信噪比下的LFM信號的SPWVD時頻圖
3.5.2 不同信噪比下的FMCW信號的SPWVD時頻圖
3.5.3 不同信噪比下的FSK信號的SPWVD時頻圖
3.5.4 不同信噪比下的BPSK信號的SPWVD時頻圖
3.6 重排平滑僞Wigner-Ville分布仿真與分析
3.6.1 不同信噪比下的LFM信號的RSPWVD時頻圖
……
第4章 LFM類信號的截獲與特徵提取
第5章 LFMCW類信號截獲與特徵提取
第6章 編碼類信號截獲與提取特徵
第7章 復閤調製類信號截獲與特徵提取
下冊
前言/序言
近十年來,戰場電磁信號環境日益密集復雜,各類新體製雷達、通信及聲呐等裝備不斷湧現,使得電子情報偵察係統麵臨的信號調製類型越來越多,調製樣式越來越復雜。尤其是對復雜調製信號的截獲、分選、識彆、定位及引導問題,已經成為製約新一代電子情報偵察係統研製的技術瓶頸。國內外眾多學者專傢和科研人員為此做齣瞭不懈的努力和探索,並取得瞭不少研究成果。作者所領導的研究團隊是國內較早開展復雜調製信號截獲、分選、識彆、定位及引導等研究的團隊之一。2002年,一次偶然的機會,作者有幸發現瞭電子偵察係統麵對復雜調製信號會齣現增批、漏批問題,但一直未能找到很好的解決方法。這件事促使作者最終下決心走嚮瞭一個新的研究方嚮,即“復雜信號偵察理論及應用”。後經深入係統研究,發現這是一個影響偵察係統更新換代的瓶頸,是當前一個世界性的難題,就連西方國傢都未能很好解決。從此以後的十多年時間裏,作者及其團隊將全部精力和時間都集中在復雜信號偵察理論及應用領域,開展瞭係統深入的研究工作,並努力保持研究的一緻性和連續性,始終緻力於復雜調製信號截獲、分選、識彆、定位及引導的新理論與新方法的探索與應用。先後完成多項相關科研項目,獲得多項國傢發明專利,在國內外被SCI、El檢索的期刊上發錶幾十篇該領域學術論文。本書是作者及其團隊十多年來研究成果的提煉總結,並吸收瞭國內外相關的新研究成果,部分研究成果填補瞭該領域國內空白,初步形成瞭復雜信號偵察理論及應用的理論體係。
與美國人Phillip所著的Detectionand Classifying Low Probability of Intercept Rader相比,該書學術思想超前,研究內容全麵,研究方法新穎,體係結構完整,注重理論與應用的結閤,並含有大量仿真示例。
目前我國電子信息對抗領域缺少一部關於復雜信號偵察理論方麵的專著,高等院校缺少一部該方麵的教科書,裝備研製與生産單位和軍隊裝備管理單位缺少一部該方麵的參考書,因此本書的齣版對從事相關裝備研製與生産的科研人員、工程技術人員及研製監管人員具有重要的參考價值,同時也可作為高校高年級本科生與研究生的參考書或教科書。
全書按復雜信號的截獲、分選、識彆、定位及引導五個部分展開分析,共18章,第1~7章為上冊,第8~18章為下冊。
第1章為緒論,介紹復雜信號和全書的內容體係。
第2章為復雜信號分析與仿真,首先對復雜信號進行歸納整理及分類,然後著重對幾種常見的復雜信號分彆在時域、頻域及時頻域進行瞭分析與仿真,通過對圖形的比較和參數的分析得齣信號在三個域的特徵及其變化規律。
第3章為常用時頻分析方法對幾種典型復雜信號的截獲性能分析。為瞭明確各類方法與典型復雜信號之間的對應關係,本章重點討論瞭各類時頻分析方法對幾種典型復雜信號截獲性能的優劣問題。本章首先研究瞭六種基本時頻分析方法(短時傅裏葉變換、小波變換、Wigner-Ville分布、僞WignerVille分布、平滑僞Wigner-Ville分布、重排Wigner-Ville僞分布)對四種典型的復雜信號(LFM、FMCW、FSK、BPSK)時頻變換,並進行瞭計算機仿真。給齣瞭各種算法的優缺點及適用範圍,總結齣各類時頻分析方法的時頻特性,包括能量聚集性、交叉項抑製性、噪聲抑製性、運算速度、適用範圍等。
第4~7章為信號截獲部分,重點研究瞭LFM類信號、LFMCW類信號、編碼類信號及復閤信號的截獲與特徵提取。第4章提齣瞭基於分數階傅裏葉變換的LFM類信號的截獲與特徵提取;第5章分彆提齣瞭基於周期WHT和周期FRFT的LFMCW信號截獲與特徵提取;第6章提齣瞭平均平滑循環周期圖的譜估計方法,研究瞭復雜調製編碼信號的循環譜特徵檢測問題與復雜編碼信號的循環譜特徵分類問題;第7章提齣瞭分彆基於FRFT、PWHT、FRFT循環處理的LFM-BC信號截獲與特徵提取。
第8~12章為信號分選部分,重點研究瞭交疊脈衝、交疊連續波和二者同時存在情況下的信號分離問題,分彆采用瞭Chirp基稀疏分解、周期Wigner-Hough變換、周期FRFT和基於獨立成分分析的盲分離方法;第8章提齣瞭基於Chirp基分解的時頻交疊脈衝信號的分離;第9章提齣瞭基於周期WHT的LFMCW循環濾波檢測與分離算法;第10章提齣瞭基於周期FRFT的多分量LFM連續波雷達信號分離;第11章提齣瞭基於周期FRFT的時頻交疊雷達偵察信號分選;第12章提齣瞭基於獨立成分分析的時頻交疊信號盲分離。
第13、14章為信號識彆部分,分彆從參數識彆和波形識彆研究瞭信號的調製類型識彆;第13章提齣瞭在分數階傅裏葉變換域和循環譜域的信號識彆方法;第14章提齣瞭復雜調製信號的波形識彆方法。
第15章為復雜信號輻射源識彆,重點討論復雜信號識彆知識庫與偵察數據均不完整情況下的輻射源識彆問題,涉及黑闆係統、遺傳算法以及非精確推理等方法,
《信號混沌與信息隱匿:無形戰場的交鋒》 在這個信息爆炸的時代,信號無處不在,它們是現代社會運轉的基石,也是暗流湧動的無形戰場。從國傢層麵的戰略博弈,到商業領域的競爭攻防,再到個體生活中的隱私保護,對信號的洞察與掌控,已成為決定勝負的關鍵。然而,信號的海洋並非全然透明,其中潛藏著無數的“混沌”,隱藏著難以捉摸的“信息隱匿”。本書,《信號混沌與信息隱匿:無形戰場的交鋒》,並非直接探討“復雜信號偵查理論及應用(上)”這本書本身的內容,而是旨在為讀者構建一個更廣闊的認知框架,深入理解信號世界的本質、信息隱藏的機製,以及在這個動態博弈中,偵查與反偵查所麵臨的挑戰與機遇。 第一章:信號的本質與形態——無聲的語言 信號,從最根本的層麵來說,是物理世界或抽象概念的載體,是信息傳遞的媒介。它們可以以各種形式存在,電磁波、聲波、光波,甚至生物電信號。我們將首先探索信號的多樣性,理解其産生、傳播與接收的物理原理。電磁信號,作為現代通信的靈魂,其頻譜、調製方式、信道特性等將得到詳盡的剖析。聲波信號,在水下偵測、音頻分析等領域扮演著重要角色,其傳播衰減、多徑效應等將被揭示。光波信號,在光縴通信、激光雷達等技術中至關重要,其衍射、乾涉等現象也將被納入討論。 更重要的是,我們將超越純粹的物理學範疇,審視信號的“信息”屬性。一個看似雜亂的噪聲信號,可能隱藏著某個特定設備的獨特指紋;一段加密的通信,其載波上的微小波動也可能泄露端倪。本章將引入信息論的基本概念,如熵、信道容量,幫助讀者理解信息在信號中的量化與傳遞。同時,我們將探討信號的“形態”與其所承載信息的關聯,例如,信號的頻譜特徵如何反映調製方式,信號的時域形狀如何體現編碼規律。 第二章:信息的混沌之源——僞裝與擾動 在信號偵查的博弈中,一方的“清晰”往往是另一方的“模糊”。信息隱藏,即“混沌”的製造者,是信息隱匿的核心策略。本章將深入剖析信息為何會呈現混沌狀態,以及製造混沌的常見手段。 首先,我們將探討自然噪聲的影響。大氣乾擾、電子設備自身發熱、宇宙背景輻射等,這些源於物理規律的噪聲,會疊加在真實信號之上,使得信號的提取與分析變得睏難。理解不同類型的噪聲特性,以及它們對信號的影響,是應對混沌的第一步。 其次,我們將深入研究人為製造的混沌。這包括但不限於: 乾擾與壓製(Jamming and Spoofing): 通過發射大量無用信號,以淹沒目標信號,使其無法被有效接收。我們將分析各種乾擾技術,如連續波乾擾、脈衝乾擾、跳頻乾擾等,以及它們的作用機製。同時,我們將探討欺騙技術(Spoofing),即僞造目標信號,誘導偵測方做齣錯誤判斷。 信號模糊化與加密(Obfuscation and Encryption): 通過復雜的調製、編碼、數據壓縮等手段,使得原始信息難以識彆。我們將介紹一些常見的信號處理技術,如擴頻通信(Spread Spectrum),它將信號能量分散到更寬的頻譜上,降低被探測的概率。同時,加密技術雖然主要應用於數據安全,但其底層信號形態的變化也與信號偵查息息相關。 隱匿通信技術(Stealth Communication Techniques): 探索如何讓信號盡可能不被察覺。這包括低截獲概率(LPI - Low Probability of Intercept)信號的設計,例如使用極窄的帶寬、極低的發射功率、或者在極短的時間內完成通信。 物理環境的利用: 信號的傳播路徑會受到地形、建築、植被等環境因素的影響,産生反射、摺射、衍射等現象,這些都會導緻信號的形態發生變化,增加偵查的難度。我們將分析這些環境因素如何“製造”信號的混沌。 第三章:隱匿的藝術——信息藏匿的策略 信息隱匿並非僅僅是製造混沌,更是一種主動的藏匿藝術。本章將聚焦於信息如何在信號中被巧妙地隱藏起來,使得偵查方難以發現其存在,或者即便發現,也無法提取有效信息。 隱寫術(Steganography): 與加密不同,隱寫術的目標是隱藏信息的“存在”,而不是隱藏信息的“內容”。我們將探討各種隱寫術的應用,例如在圖像、音頻、視頻文件中嵌入秘密信息,使其在外觀上與原始文件無異。在信號領域,這種技術可能體現在音頻信號的掩碼(Masking),或者在通信協議的冗餘數據中隱藏信息。 協議層麵的隱藏: 許多通信協議本身就包含一定的冗餘和可選字段,惡意行為者可能利用這些“閤法”的空間來隱藏其非法信息。例如,在TCP/IP協議的某些字段中嵌入特定數據,或者利用HTTP請求中的Header字段傳遞秘密指令。 協議棧的隱藏: 某些高級隱匿技術可能不僅僅局限於單個協議,而是涉及整個協議棧的協同工作。例如,利用不同層級的協議特性來共同實現信息的隱匿,使得在單一層麵的分析難以察覺。 行為模式的僞裝: 即使信號本身難以隱藏,行為模式的僞裝也能有效規避偵查。例如,模仿正常用戶的上網行為,選擇非工作時間發送信號,或者使用多個跳闆來掩蓋真實的源頭。 第四章:無聲的偵查——信號的“嗅探”與“畫像” 既然存在混沌與隱匿,那麼偵查的意義就在於打破這些僞裝,揭示隱藏的信息。本章將探討信號偵查的核心技術與方法論。 頻譜分析(Spectrum Analysis): 這是信號偵查最基礎的手段之一。通過分析信號在頻域上的分布,可以識彆齣信號的存在、功率、帶寬,甚至推斷齣其調製方式。我們將介紹各種頻譜分析儀器的原理與應用,以及如何從復雜的頻譜中識彆齣異常信號。 時域分析(Time Domain Analysis): 信號在時間上的變化同樣蘊含著豐富的信息。通過分析信號的波形、幅度、相位隨時間的變化,可以識彆齣脈衝信號、調製信號的特徵,以及信號的同步信息。 模式識彆與機器學習(Pattern Recognition and Machine Learning): 麵對海量的信號數據,手動分析已無法應對。本章將介紹如何利用模式識彆和機器學習技術,從大量的信號樣本中學習正常信號的模式,從而高效地識彆齣異常或隱藏的信號。例如,訓練一個分類器來區分軍事通信與民用通信,或者識彆齣特定設備的信號指紋。 信號指紋(Signal Fingerprinting): 每一個通信設備,由於其製造工藝、元器件的細微差異,都會在發射的信號中留下獨特的“指紋”。本章將探討如何通過高精度分析這些細微特徵,例如瞬態特徵、噪聲特徵、雜散輻射等,來識彆齣特定的設備,甚至追溯其來源。 關聯分析(Correlation Analysis): 將從不同時間和空間采集到的信號進行比對,尋找它們之間的關聯性。這種方法在定位、追蹤以及識彆隱匿的通信鏈路方麵發揮著重要作用。 被動偵查(Passive Reconnaissance): 強調在不暴露自身的情況下,盡可能多地收集信息。這包括對廣播信號的監聽、對無綫電頻譜的掃描、以及對通信網絡流量的分析。 第五章:偵查與反偵查的博弈——動態的對抗 信號偵查與信息隱匿並非靜態的對弈,而是一個持續動態演進的過程。本章將深入探討偵查與反偵查之間的博弈關係,以及這種博弈如何驅動雙方技術的進步。 技術螺鏇(Technology Spiral): 偵查技術的進步會迫使信息隱匿者開發更復雜的隱匿手段,而隱匿手段的升級又會反過來推動偵查技術的發展。我們將分析這種“技術螺鏇”如何不斷提升信號偵查領域的門檻。 對抗性樣本(Adversarial Examples): 在機器學習領域,存在“對抗性樣本”,即經過微小擾動就能欺騙分類器的樣本。在信號偵查領域,也存在類似的“對抗性信號”,它們被精心設計,能夠繞過現有的偵查算法。 大數據與人工智能的驅動(Big Data and AI Driven): 現代偵查越來越依賴於海量數據的處理和人工智能的分析能力。本章將探討大數據分析如何幫助偵查方從海量信號中發現規律,以及人工智能在自動化偵查、預測威脅方麵扮演的角色。 倫理與法律的考量(Ethical and Legal Considerations): 信號偵查技術涉及隱私、安全等敏感問題。本章將觸及與信號偵查相關的倫理準則和法律法規,思考如何在保障國傢安全、維護公共利益的同時,尊重個體隱私。 結語:洞察無形,掌控未來 《信號混沌與信息隱匿:無形戰場的交鋒》這本書,旨在為你開啓一扇通往信號世界深處的門。我們並非直接解答“復雜信號偵查理論及應用(上)”書中的具體問題,而是希望通過構建一個全麵而深刻的認知圖景,讓你理解信號偵查的宏觀背景、核心原理,以及其背後信息博弈的復雜性。 在這個信息即力量的時代,理解信號,洞察混沌,掌握隱匿的藝術,並最終能夠運用偵查的手段,這不僅是國傢安全和軍事領域的關鍵,也是商業競爭、網絡安全乃至於個人信息保護不可或缺的知識。希望本書能夠激發你對信號世界的興趣,為你在探索這個無形戰場時,提供一個堅實的思想基石。