一种自适应模拟信号解调方法
阅读说明：本技术 一种自适应模拟信号解调方法 (Self-adaptive analog signal demodulation method ) 是由 吕新 黄均安 于 2020-07-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种自适应模拟信号解调方法,包括以下步骤：a)识别器调制识别:先对未知调制信号进行量化处理并进行相移变换处理,使得所述未知调制信号变为复信号；b)解调器调制解调：对所述复信号进行归一化处理并计算归一化幅度方差,得到模拟语音信号；c)对于FM调制信号,先进行反正切运算求出频率值,算出信号频率,然后进过滤波处理解调出频率信号；对于AM调制信号,先进行包络检波提取出幅度数据,然后进行处理采用卷积方式完成低通滤波。d)对解调后的信号进行静噪处理。该方法能够自动识别信号调制类型并进行解调与静噪优化。并且识别参数不涉及频域变换的复杂运算,在保证识别精度的同时大大提高了系统反应时间与运算速度。(The invention discloses a self-adaptive analog signal demodulation method, which comprises the following steps: a) the modulation and identification of the identifier, namely, firstly carrying out quantization processing on an unknown modulation signal and carrying out phase shift transformation processing on the unknown modulation signal so as to change the unknown modulation signal into a complex signal; b) the demodulator modulates and demodulates: carrying out normalization processing on the complex signal and calculating a normalized amplitude variance to obtain a simulated voice signal; c) for FM modulation signals, performing arc tangent operation to obtain a frequency value, calculating signal frequency, and then performing filtering processing to demodulate frequency signals; for AM modulation signals, envelope detection is firstly carried out to extract amplitude data, and then processing is carried out to complete low-pass filtering by adopting a convolution mode. d) And performing squelch processing on the demodulated signal. The method can automatically identify the signal modulation type and carry out demodulation and squelch optimization. And the identification parameters do not relate to the complex operation of frequency domain transformation, so that the identification precision is ensured, and the system reaction time and the operation speed are greatly improved.)
技术领域
本发明涉及一种自适应模拟信号解调方法。
背景技术
解调方案在民用和商用领域运用广泛，保障了传输的单一快捷。但是随着时代发展电子通信电子战的出现，需要解调未知参数的模拟调制信号，这种解调处理方式由于是单解调，因此并没自适应能力。在未知模拟信号调制方式下，不能对信号进行正确的调制，在涉及军事和监听领域，参数未知调制方式未知则传统解调方式完全失效。在单路解调的情况下，如果待解调信号数据流较多，并且是多路信号的话，一路解调性能就会大大下降。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种自适应模拟信号解调方法，对于调制方式与调制指数未知的已调信号，先进行调制类型的识别，在对对应的调制信号进行对应的解调，并进行静噪处理，然后将解调后的数据保存在数据库中。
为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：
一种自适应模拟信号解调方法，包括以下步骤：
a)识别器调制识别:先对未知调制信号进行量化处理并进行相移变换处理，使得所述未知调制信号变为复信号；
b)解调器调制解调：对所述复信号进行归一化处理并计算归一化幅度方差，得到模拟语音信号，进行判断，
如果其小于阈值T0，则进行FM解调，得到FM调制信号；
如果其大于阈值T0，则进行AM解调，得到AM调制信号；
c)对于FM调制信号，先进行反正切运算求出频率值，算出信号频率，然后进过滤波处理解调出频率信号；
对于AM调制信号，先进行包络检波提取出幅度数据，然后进行处理采用卷积方式完成低通滤波；
d)对解调后的信号进行静噪处理。
进一步，在所述步骤a)中，所述调制信号进行量化处理方法为通过将未知调制信号的int16数据转换成double类型的幅度电压值。
进一步，在所述步骤a)中，所述相移变换处理方法为先用Hilbert变换将信号分解为同相信号I(t)和正交信号Q(t)，然后计算出信号幅度的均方值m0，在用所述均方值m0对信号进行归一化处理，完成限幅器功能；然后再计算归一化信号的幅值，完成包络检波器的功能；最后计算总包络的方差值ζ。
进一步，在所述步骤b)，对于AM调制信号，通过设置静音信号阈值T1，仿真实验验证T1<<T0，将信号包络进行等距分割并分别求出方差ζi，在AM静音状态下，AM调制信号包络恒定，先进行方差判决，滤除静音信号，将剩下的方差再次求均值，进行静音处理提高识别准确性，完成对于模拟话音信号的调制识别。
进一步，在所述步骤d)后，对解调后的信号进行静噪处理后，进行多线程处理。
由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明为一种自适应模拟信号解调方法，该方法通过对模拟话音信号含有静音调制信号的处理过滤，并用包络方差的均方值判断调制模式，解调识别的128路并行计算。采用希尔伯特变换相移待解调信号，并通过同相和正交分量的数学特点，计算信号的数学期望，并将信号进行归一化处理，然后做平方和完成AM的包络提取，或者求反正切完成FM的频率提取，最终完成对应的解调目标。解调后的话音信号，对于白噪声和啸噪声的过滤处理，最后将解调后的数据保存在数据库中。
该方法能够自动识别信号调制类型并进行解调与静噪优化。并且识别参数不涉及频域变换的复杂运算，在保证识别精度的同时大大提高了系统反应时间与运算速度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明中一种自适应模拟信号解调方法的流程图；
图2为本发明中阈值-信噪比的函数图；
图3为本发明中识别器流程图；
图4为本发明中解调器流程图；
图5为本发明中多线程模块流程图；
图6为本发明中多核并行处理前后CPU使用图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1至图6所示，一种自适应模拟信号解调方法，包括以下步骤：
在进行识别器调制识别，对系统进行预处理，配置相关CPU核心与线程环境，并将算法程序绑定到相应CPU中。
具体的，首先为64核128路并行处理器及调用matlab静噪算法做好初始化工作。考虑到matlab是线程安全的，所以采用多线程和windows库函数SetProcessAffinityMask实现64核128路并行处理；为了让VC++调用matlab算法，需将matlab算法封装成dll方便VC++的调用。
a)识别器调制识别:先对未知调制信号进行量化处理并进行相移变换处理，使得所述未知调制信号变为复信号；
具体的，对于未知调制信号，首先进行将量化过的数据进行处理，将int16数据转换成double类型的幅度电压值。
然后采用相移法，用Hilbert变换将信号分解为同相信号I(t)和正交信号Q(t)，然后计算出信号幅度的均方值m0，在用此均方值对信号进行归一化处理，将每一个采样点数据都除以此均方值m0对信号进行归一化处理，完成限幅器功能。
c)解调器调制解调：对所述复信号进行归一化处理并计算归一化幅度方差，得到模拟语音信号，进行判断，
如果其小于阈值T0，则进行FM解调，得到FM调制信号；
如果其大于阈值T0，则进行AM解调，得到AM调制信号；
对于FM调制信号，先进行反正切运算求出频率值，算出信号频率，然后进过滤波处理解调出频率信号；
对于AM调制信号，先进行包络检波提取出幅度数据，然后进行处理采用卷积方式完成低通滤波。
具体的，先计算归一化信号的幅值，完成包络检波器的功能。最后计算总包络的方差值ζ，得到模拟语音信号。
调制识别原理如下：AM信号为调幅信号，是将待调信号调制到载波信号的幅度上因此以调信号包络有较大的变化，而FM调制是将待调信号调制到载波的频率上而信号幅度保持不变，因此FM调制为恒包络调制方式，因此包络基本没有变化。设置一定阈值T0就可以判决出是否为幅度变化信号。
但是由于模拟话音不是时时都有通信信号，因此在AM静音的时刻，如果静音时间比较长，AM调制后幅度包络依然没有变化，会产生错误识别。通过设置静音信号阈值T1，仿真实验验证T1<<T0，将信号包络进行等距分割并分别求出方差ζi，这样在静音状态，调制信号包络恒定，先进行方差判决，滤除静音信号，将剩下的方差再次求均值，可以进行静音处理提高识别准确性，完成对于模拟话音信号的调制识别。
对于AM调制信号，只需要将识别中完成归一化处理的限幅信号，进行包络检波就可以直接提取出幅度数据，最后进行处理采用卷积方式完成低通滤波。如果有需要可以对包络信号进行均匀量化，以便后续读取处理。
对于FM调制信号，采用AM一样的信号操作进行Herbert变换和归一化操作，将信号数据进行归一化处理，将I路信号和Q路相除求反正切，算出信号频率，然后进过LPF低通滤波就可以解调出频率信号。
d)对解调后的信号进行静噪处理。解调后的模拟语音信号存在两种类型的无效语音段：一是原始语音信号存在白噪声或者无效语音段(比如发动机声或者敲桌子声等等)，因为此类型语音段不存在任何有价值的信息，所以浪费收听人的时间；二是经过传输造成某些语言段变成啸叫声，影响收听人的收听体验。因此在进行完AM,FM信号解调之后的真实话音信号进行声音静噪处理，对于白噪声和刺耳的啸噪声进行屏蔽过滤，最后输出平缓的话音。
在所述步骤(d)后，对解调后的信号进行静噪处理后，进行多线程处理。服务器得到传来的数据先进行系统多线程处理。首先检索属性，然后获取CPU逻辑核心数，然后将解调线程绑定到相应的逻辑核心中，然后将解调器开始工作，将数据打入空闲线程的解调器中，经过包络检波等数据处理，输出解调后的话音信号，然后开始静噪处理滤除掉声音信号中的啸噪声等杂音。最后按照需要将清晰的声音信号保存在本地数据库SQLite或者再将其发送给服务器端进行传输和后续调用。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。