导言
选用MSK 调制的跳频通讯具有主瓣能量会集、旁瓣式微滚降快、频谱运用率高和抗干扰能力强等长处，在军事通讯中运用广泛。如美军现役的联合战术信息分发体系选用的通讯信号，作业带宽969~1 206 MHz，跳频速率为70000 多跳/ s， 单个频点驻留时间约为13 s，信号持续时间* s， 总共有51个距离为3 MHz 的信道，码速率为5 MHz。已知在该作业频段内首要还存在单频、窄带调幅和线性调频等信号。为了精确截获并辨认方针信号，针对此信号环境规划了一种MSK 信号检测辨认办法，并运用FPGA 进行了规划完结。
1 算法规划
1.1 宽带跳频信号实时检测算法
用现代技能来完结宽带数字化接纳的一个有用的办法是通过信道化技能，完结信道化一般的办法是选用快速傅里叶改换（FFT）。运用FFT技能比用单个滤波器规划法更简单完结，由于FFT所需求的运算量更少。
某个由FFT运算输出的频率重量，可以当作输入信号与某个脉冲函数的卷积。因而可以把FFT的每个输出当作滤波器的脉冲响应函数与输入信号的卷积。为了处理一个接连的输入信号。有必要在不同时间对各段数据进行FFT处理。一般，开始点记为n = 0，数据段可以滑动M点，相应的FFT可以写成：
M 的值有必要跟着输入信号接连改变，这种运算也叫作短时傅里叶改换（STFT）。
FFT的长度和堆叠点数是非常重要的参数，这些参数与最小脉宽和频率分辨率有关，它们决议了接纳机的灵敏度。若FFT的长度为N，信号的采样频率为f s，那么经FFT核算后，信号的频率分辨率为：
数据堆叠点数决议了时间分辨率和处理的最短脉宽，数据堆叠率越高，则时间分辨率越高。
本规划中运用STFT 的办法完结一个粗测频引导数字接纳机，为掩盖整个跳频带宽，选用700 MHz采样率对方针信号进行采样，粗测频引导精度在1 MHz以内，因而FFT长度挑选为1 024 点，数据堆叠率50%，确保时间分辨率在1 s 之内。
运用粗测频接纳单元的检测成果去引导一个精测单元，可以对方针信号进行更为精确的丈量和辨认。精测单元选用数字正交下变频的完结办法，数字本振频率随粗测引导成果而设置，变频后的带宽依据方针信号而确认。
1.2 MSK 信号辨认算法
MSK 信号可以写成：
式中，Tb 为码元周期，θk 是第k 个码元的相位常数，取值为nπ， Pk 为二进制双极性码元，取值为 1，所以MSK 信号相位分段线性改变，每个码元周期内相对前*元载波相位上升或下降π/2
依据三角函数打开，设θk 开始参考值为0，得：
又依据Ik= 1, Qk= 1, 令f L= f c-14Tb, f H=f c+14Tb,MSK 信号通过平方环可得：
可知，MSK 信号通过平方运算后，含有2f L 和2fH两个离散频率重量，反映在FFT起伏谱上，在这2 个频点上存在2 个显着的谱峰，2 个谱峰的距离为1 个码元速率，而且距离2 倍载频处均为码元速率的一半。这些特征是此频段内其他信号不具备的，可以依据这些特征对MSK 进行有用的辨认。因而，将通过正交下变频的信号进行平方运算，确认信号呈现后对其平方的成果进行FFT处理核算起伏谱，再对谱峰点进行剖析即可完结MSK 信号的辨认。
2 算法的FPGA 完结
2.1 算法完结
跳频MSK 信号检测辨认的完结框图如图1 所示，选用FPGA 完结，包含短时傅里叶改换（STFT） 粗测频引导、数字正交下变频、平方运算和起伏谱剖析等首要模块。STFT 粗测频引导在宽带条件下进行实时的信号检测和频率粗测，丈量的成果引导数字正交下变频模块，对信号进行变频、滤波和抽取，得到低采样速率的零中频数据，平方运算模块对零中频数据进行平方处理，在确认存在信号后，对平方运算模块的输出进行FFT运算得到信号的起伏谱，通过起伏谱剖析模块得到终究的辨认成果。
2.2 高速STFT 完结
为了掩盖整个跳频带宽，中频信号的采样率设为700MHz， 而FPGA 无法直接处理这样高速率的数据，因而需求选用多路并行处理，行将中频采样信号分红4 路，每路175 MHz， 这使得在FPGA 中运算成为可能。相应的FFT运算也需求多个运算模块并行处理，这样的价值就是增加了硬件资源耗费。数据接纳及FFT处理的完结框图如图2 所示。
要完结50%的数据堆叠处理，需求2 个图2 所示的模块，这样粗测频引导模块就需求8 个1 024 点FFT运算单元，在FPGA 中运用FFT的IP 核完结。
完结FFT处理后需求进行起伏谱核算和谱峰提取，通过对谱峰的能量检测进行是否存在信号的判别，并依据谱峰方位得到粗测频成果，以此引导正交下变频模块。
2.3 数字正交下变频的完结
数字正交下变频模块依据前面得到的引导信息，设置适宜的数字本振频率值，将信号搬移到零中频，并对信号进行低通滤波和抽取，得到低采样率的零中频数据，以便利后续处理。数字正交下变频选用根据多相抽取滤波器的多路并行结构，完结如图3所示。
2.4 信号辨认的完结
信号辨认的首要模块是平方运算和信号的起伏谱剖析。为了表现MSK 信号的特征，对通过正交下变频得到的数据进行平方运算。假如直接对数据进行惯例的平方处理，成果会产生零频重量，对后续处理形成晦气影响。为了消除这种影响，需求将正交的复数据进行坐标改换，转变成起伏和相位的表明方式。这样再进行平方运算时，坚持起伏值不变，相位值变成本来的2 倍并通过相位解卷绕处理，最终再通过坐标反改换，得到通过平方运算的复数据。
坐标改换可选用核算器（CORD%&&&&&%） 运算IP 核完结，有利于节约硬件资源，进步运算功率。
起伏谱剖析模块通过粗测频引导确认信号到来，对通过平方运算的零中频数据进行FFT处理，得到信号的起伏谱。进行谱剖析时依照如下过程：
① 提取过检测门限的谱峰点；
② 确认最大谱峰的方位；
③ 确认距离最大谱峰方位左右5 MHz 处是否存在与最大谱峰值相差不大的谱峰；
④ 检测2 个谱峰连线的中点方位是否是2 倍的有用信道载一再点。
通过以上过程，完结了MSK 信号的辨认。
3 实验成果
为了验证算法完结是否能正确截获并辨认MSK 方针信号，运用泰克公司的恣意信号产生器AWG7122B 模仿产生了方针信号环境，并运用硬件渠道进行了接纳测验，为了便于调查核算成果，运用Xilinx 公司的在线逻辑剖析仪软件ChipScope 截取了FPGA 内部的运算数据和成果。
运用恣意信号产生共设置了3 个信号，信号1参数如下：
信号方式： 脉冲；
信号时长： * s;
信号距离： 13 s;
脉内调制：MSK;
码元速率： 5 MHz;
信号2 的参数如下：
信号方式： 单频脉冲；
信号时长： 5 s;
信号距离： 50 s;
信号3 的参数如下：
信号方式： 脉冲；
信号时长： 8 s；
信号距离： 300 s；
脉内调制： 线性调频；
带宽： 1 MHz。
其间MSK 信号设置为脉冲间频率跳变，跳频点3 个，距离30 MHz, 单频脉冲信号跳频点6 个，距离10MHz, 线性调频信号载频固定。
在FPGA 中通过相应处理得到3 种信号的谱剖析成果，运用ChipScope 软件可在线取得FPGA 内部数据，将数据导入MATLAB 处理后得到3 种信号的起伏谱图，如图4、图5 和图6 所示。
实验成果表明，该规划可以完结对方针信号的实时截获和精确辨认。
4 结束语
该文提出了一种FPGA 可完结的跳频MSK 信号实时截获和辨认的规划方案，通过实验证明，可以对宽带跳频信号进行实时的截获，并可以对其间的MSK 方针信号完结精确辨认，可运用于针对特定方针的通讯侦查体系，具有较高的运用价值。
