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摘 要 抗干扰性是衡量设计质量的一个重要指标，文章以研究典型调相信号的谱特性为基础，以提高信号抗干扰能力为着眼点，结合滑动拟合解调方法，论述了调频调相混合调制信号产生和处理，为相关工程应用及科研工作者提供参考。
关键词 调相信号；调频信号；抗干扰；谱特征
中图分类号：TN974 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）16-0064-01
随着对数字通信技术研究的不断深入，调制与解调技术也不断得到发展。对调相信号进行无误差或者低误差解调技术，一直以来是科研工作者的探究目标。在以往的大多数工程应用中，基本上采用硬件设计技术来解决这一问题。近期，随着这一领域研究的逐渐深入，涌现了许多新的调制技术，由此对解调技术提出的要求也随之越来越多。由于现代信号处理方法的不断发展以及波形解调研究的进步，使得数字化解调技术成为现实。数字化解调技术以软件方法为主体，该技术在实际工程应用中，尤其在虚拟仪器系统及应用中具有广阔的空间。
近年来，航天及卫星通信技术快速发展，对相应的遥测遥控技术的精准性、实时性要求也逐步提高。在卫星通讯数据传递中大量使用的信号调制方式包括了OQPSK及UQPSK，与此同时，这两种调制方式也在其他涉及调制信号数据的工程实践中得到较为广泛的应用。特别是在电子对抗领域的应用，识别这两种信号显得更加重要。从某种意义上讲，认识这两种工程中常见的信号是从事科研工作的基础。学者们在实践中，通过对这类信号的数学模型进行分析，并根据数学分析结果，进一步仿真它们的频谱特性。这种研究方式，对探讨建立在信号频谱特性基础上的调制解调方法至关重要。
1 典型调相信号的频谱特征
在数学表达式表示上看，可以认为两路正交的BPSK信号相互叠加，从而构成了QPSK信号；这两路正交BPSK信号，具有如下共同特性：幅度相等、码元相互同步、功率相等或相近。与QPSK信号相对立的信号是UQPSK信号，即非均衡QPSK信号。OQPSK信号通常被称为具有时延的QPSK信号，QPSK信号与OQPSK信号的区别在于其正交的两个信号相互差了半个码元。
2 用模型滑动拟合法解調正弦载波的调相信号
假设理想的正弦信号表达式为：
y（ t ） = A0 cos（ 2Pft） + B0sin（ 2Pft） + C
= A cos（ 2P f t + θ） + C0 = A cos（ Φ（ t ） ） + C0
对该信号进行抽样、量化以及数据采集，得到离散的数据序列，这一过程中的采集速率已知。对调相信号来讲，可以把它看作理想正弦信号，认为其相位随着调制信号的变化而呈现规律性变化。所以，对该信号解调序列进行分段正弦拟合，在所得到的相位信息中，包含了所有需要的调制信息。在对正弦载波调相信号进行解调时，通过4参数正弦曲线拟合法进行数据拟合， 从而解调出该信号的瞬时频率。可以得到如下结论：调相信号的构成元素是一段段频率随调制信号的变化而变化的正弦波，在该正弦波的波形上任何一点的相位Φ（k），都是由其前一点k-1的相位Φ（k-1）与该点的实时频率相累积而得到的结果。通过滑动正弦波模型，估计各段正弦波的相位参数，就能够获得有用的相位调制信息。
在大多数情况下，调制信号都是周期性的信号，并且所对应的解调波形中至少包含一个或者多个调制信号周期。依据次特性，即可利用整周期信号的均值相等原则，在序列前部和后部，把两组整周期调制信号的均值提取出来，然后使用直线拟合方式，把该趋势分量（k）剔除，从而得到相位解调信号θ（k）。对于解调信号，由于平均滤波效应，过多的信号点将会使解调灵敏度降低，而较少的信号点数能够更加真实地反映调制信号幅度变化的实际情况；但是随着信号点数的减少，模型参数的拟合误差不断增大，从而影响解调的准确度；另外，相邻两个估计值的时间间隔大小，决定了解调信号的时间分辨力，而该时间间隔也越短越好。通常，使用一个周期左右的信号点数进行解调是相对较好的选择。
对那些小于0.1 rad或者大于30rad的调制相位偏移，使用上述方法，仍然能够获得有效的相位解调波形，尤其是对大相位偏移，解调没有限制；但对于特别小的相位偏移，如12mrad，由于解调失真，尚无法有效解调出来。
3 调相调频混合调制方法
在脉冲压缩的工程应用中，线性调频（LFM）信号是技术最成熟、实践中应用最广泛的脉冲压缩信号之一。但由于其形式简单、产生方法单一，因此抗干扰性较差。采用相位调制及脉冲内LFM相结合的混合调制信号，使得信号具有多种变化形式，保持了LFM信号原有的优点，又增加了抗干扰能力。
构造相位调制函数：
其中：P为码长，为二相编码序列称为相位调制码，-1表示相移为π，+1表示相移为0。
线性调频信号的复数表达式可以表示为：
T为线性调频信号的时宽，k=B/T为线性调频信号的频率变化斜率，B为线性调频信号带宽，f0为中心载频。
则可得到一种新的调频调相信号：
在实际工程应用中， 为了提高计算速度，多在频域对脉冲压缩处理。
由于可以采用不同中心载频、脉冲宽度、相位调制码及调频带宽，混合调制信号具有多种形式。混合调制信号在速度、距离分辨率以及脉压增益方面明显高于单纯的相位编码或线性调频信号。脉冲压缩处理后的主瓣宽度及位置不变，最大旁瓣与主瓣距离较远，从而易于抑制旁瓣。
在压缩后指标相同的条件下混合信号所需的码长较小，所以多普勒影响比纯相位编码的小，减小了中频带宽，提高了信噪比。
4 结束语
研究表明：由于混合调制信号采用了脉内线性调频、脉间相位编码相混合的方法，同时具有线性调频信号及相位编码信号的特性，因而具有较强的抗干扰性能。
参考文献
[1]John P Deyst， Michael T Soulders， Otis M So lomon Jr. Bounds on least- squares four- parameter sine-fit errors due to harmonic distortion and noise [J].IEEE Transactions on Instrumentation & Measurement， 1995， 44（3） ： 637-642.
[2]马银玲.脉压雷达抗干扰性能研究[D].成都：电子科技大学，2005.
关键词 调相信号；调频信号；抗干扰；谱特征
中图分类号：TN974 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）16-0064-01
随着对数字通信技术研究的不断深入，调制与解调技术也不断得到发展。对调相信号进行无误差或者低误差解调技术，一直以来是科研工作者的探究目标。在以往的大多数工程应用中，基本上采用硬件设计技术来解决这一问题。近期，随着这一领域研究的逐渐深入，涌现了许多新的调制技术，由此对解调技术提出的要求也随之越来越多。由于现代信号处理方法的不断发展以及波形解调研究的进步，使得数字化解调技术成为现实。数字化解调技术以软件方法为主体，该技术在实际工程应用中，尤其在虚拟仪器系统及应用中具有广阔的空间。
近年来，航天及卫星通信技术快速发展，对相应的遥测遥控技术的精准性、实时性要求也逐步提高。在卫星通讯数据传递中大量使用的信号调制方式包括了OQPSK及UQPSK，与此同时，这两种调制方式也在其他涉及调制信号数据的工程实践中得到较为广泛的应用。特别是在电子对抗领域的应用，识别这两种信号显得更加重要。从某种意义上讲，认识这两种工程中常见的信号是从事科研工作的基础。学者们在实践中，通过对这类信号的数学模型进行分析，并根据数学分析结果，进一步仿真它们的频谱特性。这种研究方式，对探讨建立在信号频谱特性基础上的调制解调方法至关重要。
1 典型调相信号的频谱特征
在数学表达式表示上看，可以认为两路正交的BPSK信号相互叠加，从而构成了QPSK信号；这两路正交BPSK信号，具有如下共同特性：幅度相等、码元相互同步、功率相等或相近。与QPSK信号相对立的信号是UQPSK信号，即非均衡QPSK信号。OQPSK信号通常被称为具有时延的QPSK信号，QPSK信号与OQPSK信号的区别在于其正交的两个信号相互差了半个码元。
2 用模型滑动拟合法解調正弦载波的调相信号
假设理想的正弦信号表达式为：
y（ t ） = A0 cos（ 2Pft） + B0sin（ 2Pft） + C
= A cos（ 2P f t + θ） + C0 = A cos（ Φ（ t ） ） + C0
对该信号进行抽样、量化以及数据采集，得到离散的数据序列，这一过程中的采集速率已知。对调相信号来讲，可以把它看作理想正弦信号，认为其相位随着调制信号的变化而呈现规律性变化。所以，对该信号解调序列进行分段正弦拟合，在所得到的相位信息中，包含了所有需要的调制信息。在对正弦载波调相信号进行解调时，通过4参数正弦曲线拟合法进行数据拟合， 从而解调出该信号的瞬时频率。可以得到如下结论：调相信号的构成元素是一段段频率随调制信号的变化而变化的正弦波，在该正弦波的波形上任何一点的相位Φ（k），都是由其前一点k-1的相位Φ（k-1）与该点的实时频率相累积而得到的结果。通过滑动正弦波模型，估计各段正弦波的相位参数，就能够获得有用的相位调制信息。
在大多数情况下，调制信号都是周期性的信号，并且所对应的解调波形中至少包含一个或者多个调制信号周期。依据次特性，即可利用整周期信号的均值相等原则，在序列前部和后部，把两组整周期调制信号的均值提取出来，然后使用直线拟合方式，把该趋势分量（k）剔除，从而得到相位解调信号θ（k）。对于解调信号，由于平均滤波效应，过多的信号点将会使解调灵敏度降低，而较少的信号点数能够更加真实地反映调制信号幅度变化的实际情况；但是随着信号点数的减少，模型参数的拟合误差不断增大，从而影响解调的准确度；另外，相邻两个估计值的时间间隔大小，决定了解调信号的时间分辨力，而该时间间隔也越短越好。通常，使用一个周期左右的信号点数进行解调是相对较好的选择。
对那些小于0.1 rad或者大于30rad的调制相位偏移，使用上述方法，仍然能够获得有效的相位解调波形，尤其是对大相位偏移，解调没有限制；但对于特别小的相位偏移，如12mrad，由于解调失真，尚无法有效解调出来。
3 调相调频混合调制方法
在脉冲压缩的工程应用中，线性调频（LFM）信号是技术最成熟、实践中应用最广泛的脉冲压缩信号之一。但由于其形式简单、产生方法单一，因此抗干扰性较差。采用相位调制及脉冲内LFM相结合的混合调制信号，使得信号具有多种变化形式，保持了LFM信号原有的优点，又增加了抗干扰能力。
构造相位调制函数：
其中：P为码长，为二相编码序列称为相位调制码，-1表示相移为π，+1表示相移为0。
线性调频信号的复数表达式可以表示为：
T为线性调频信号的时宽，k=B/T为线性调频信号的频率变化斜率，B为线性调频信号带宽，f0为中心载频。
则可得到一种新的调频调相信号：
在实际工程应用中， 为了提高计算速度，多在频域对脉冲压缩处理。
由于可以采用不同中心载频、脉冲宽度、相位调制码及调频带宽，混合调制信号具有多种形式。混合调制信号在速度、距离分辨率以及脉压增益方面明显高于单纯的相位编码或线性调频信号。脉冲压缩处理后的主瓣宽度及位置不变，最大旁瓣与主瓣距离较远，从而易于抑制旁瓣。
在压缩后指标相同的条件下混合信号所需的码长较小，所以多普勒影响比纯相位编码的小，减小了中频带宽，提高了信噪比。
4 结束语
研究表明：由于混合调制信号采用了脉内线性调频、脉间相位编码相混合的方法，同时具有线性调频信号及相位编码信号的特性，因而具有较强的抗干扰性能。
参考文献
[1]John P Deyst， Michael T Soulders， Otis M So lomon Jr. Bounds on least- squares four- parameter sine-fit errors due to harmonic distortion and noise [J].IEEE Transactions on Instrumentation & Measurement， 1995， 44（3） ： 637-642.
[2]马银玲.脉压雷达抗干扰性能研究[D].成都：电子科技大学，2005.