基于功率谱平均的水声直扩信号倒谱检测方法

　　直接序列扩频(directsequence spread spectrum,DSSS)通信因其抗人为干扰性强、抗多径干扰性强,能实现码分多址,具有很强组网能力等特点,在水声网络通信中得到广泛应用.随着/网络化水声对抗0概念的提出,针对水声网络对抗的研究初见端倪,如水声通信干扰和水声网络协议对抗[1].水声通信信号侦察[2]是实施水声通信干扰和确定水声通信网组成的先决条件,因此在水声网络对抗中具有重要的作用.低信噪比是非合作水声直扩信号侦察需要克服的问题,常用的方法是利用直扩信号的规律性及其和周围噪声在时域、频域、相关域、功率谱域、倒谱域、谱相关域、高阶谱域和时频域中的不同特征对其进行检测[3-6],其中倒谱域的检测方法计算速度快,可实时检测,已得到广泛应用[7].倒谱分析利用直接序列扩频信号中伪随机码分量在时域和频域的周期性,运用对数运算提升淹没在连续量中的谱线分量,传统的倒谱方法根据直扩信号在倒谱域中高端谱线特性来检测直扩信号的有无[7].低信噪比时,谱线分量淹没在噪声中,检测概率不高,对侦收数据分段求倒谱,将各个分段的倒谱求集平均[8],能提升谱线分量,提高检测性能,但其本质仍是以单根谱线幅度与倒谱域整体平均幅度的比值作为检测量,因此易受脉冲噪声干扰使得虚警概率高,工作性能不佳[8].该文利用直扩信号在倒谱域低端谱线较为密集、且对分段数据求功率谱集平均后再求倒谱能提升低端谱线的特点,取功率谱集平均后得到的倒谱域低端一定采样宽度,以此宽度内倒谱谱线幅度平均值与倒谱域整体幅度平均值的比值作为检测量,在同样的虚警概率下,得到了比传统方法更高的检测率.通过浅海信道中直扩信号非合作检测的计算机仿真实验证明了该方法的有效性.

　　1 倒谱检测原理

　　倒谱定义为信号的对数功率谱的功率谱[7].即

　　假设直扩信号为

　　式中:d(t)是信息码,p(t)是伪随机码,ωC=2πfC是载波角频率,U0是载波初相.直扩信号的功率谱为

　　式中:C=A²/4.P+1/P²,P是伪随机码每周期切普数,TC是伪随机码的切普宽度,PTC为伪随机码的时间周期, sd(f)是信息码d(t)的功率谱.直扩信号的对数功率谱为

　　式中含有3个分量:表示信号功率谱幅度的直流项、表示扩频信号伪码速率的低频项和表示伪码周期的高频项.与此相对应,倒谱的输出也有3项:第1项为位于0位置的谱线,反映信号功率谱幅度;第2项位于倒谱域靠近0位置处(下文简称低端),其位置反映直扩信号功率谱包络特性,如图1(a);第3项位于倒谱域远离0位置处(下文简称高端),其位置反映直扩信号伪码周期特性,如图1(b).