短波信号录音存储注意事项

徐国强，韩仿仿

（国家无线电监测中心乌鲁木齐监测站，乌鲁木齐 830054）

短波信号录音存储注意事项

徐国强，韩仿仿

（国家无线电监测中心乌鲁木齐监测站，乌鲁木齐 830054）

短波信号的分析和识别是通信侦查和无线电监测管理的一项关键技术。在日常监测中，无法实现信号的在线分析时，需对信号采集存储以进行人工分析。本文对日常监测工作中离线信号音频文件存储中遇到的问题进行了详细的分析，并根据分析结果总结了一些相关的工作经验，并详细说明了将信号存储为音频文件的参数设置方法及记录条件等，为信号的音频文件存储提供有效参考。

信号采集与存储；信号分析；解调方式

1 引言

短波信号的分析和识别是通信侦查和无线电监测管理的一项关键技术。在日常监测中，由于一些信号发射不规律、发射时长较短或设备在线自动识别能力不足，导致无法在线自动识别信号时，需要对信号采集存储以进行离线分析。参照ITU-RSM1600建议书，目前信号的存储主要有信号IQ数据存储和信号音频存储两种方式。由于不同设备IQ数据的存储格式不兼容，IQ数据存储量较大，能采集IQ数据的设备有限，而很多信号分析软件均支持对信号音频文件的分析，所以在日常监测工作中常将信号存储为音频格式。对信号音频采集的过程就是在接收机接收端对解调信号的时域波形进行采样和存储的过程。实际工作中，发现信号解调方式及解调频点的设置等因素，均会对信号的采集产生一定的影响，存储方法不当会导致信号的信息存储不完整，从而无法进一步的分析和恢复数据。通过认真研究和多次试验，我们找出了相关的原因并总结了一些信号录音时应注意的事项，下面详细探讨。

2 监测工作中遇到的问题

目前，接收机主要有AM，FM，USB，LSB，CW等几种模拟解调方式。由于信号的音频格式存储是针对信号采用接收机的上述解调方式中的一种解调后再进行采样和存储的，因此，解调频点和解调方法的选择对保持信号频谱结构的完整性起着至关重要的作用。在实际工作中，我们发现利用E3238S接收机的AM解调方式存储的FSK信号音频文件，无法通过信号分析软件对该信号进行分析。随后又利用USB解调方式对FSK信号录音，并用CoolEdit软件观察这两种解调方式下存储的信号的时频图如图1、图2所示。

图1 USB解调方式下FSK录音文件的时频图

图2 AM解调方式下FSK录音文件的时频图

该信号的载频为11 470kHz，通过图1可较容易地判断出该信号为2FSK信号，而图2中信号的频谱结构不完整，无法判断信号相关特征。通过实验发现，利用该接收机的AM解调方式存储其他信号的音频文件后，利用信号分析软件分析时也会出现上述的信号频谱结构存储不完整的现象。

3 问题的分析

通过查阅资料和询问设备厂商，我们分析之所以会出现上述问题是由于实际中AM信号的解调器几乎都采用包络检波器。E3238S接收机的AM和USB的解调方式的实现方法不同，AM解调方式采用的是包络检波法，USB的解调方式采用的是相干解调法。下面以调幅信号为例对两种解调方法进行具体说明。

相干解调是将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。相干解调原理如图3所示。

图3 AM相干解调原理框图

将已调制信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得

由上式可知，只要用一个低通滤波器（LPF），就可以将第1项与第2项分离，无失真的恢复出原始的调制信号，即

将一段时间长度的高频信号的峰值点连线，就可以得到上方（正的）一条线和下方（负的）一条线，这两条线就叫包络线。包络线就是反映高频信号幅度变化的曲线。当用一个低频信号对一个高频信号进行幅度调制（即调幅）时，低频信号就成了高频信号的包络线。从调幅信号中将低频信号解调出来的过程，就叫做包络检波。也就是说，包络检波是幅度检波。由于AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器电路如图4所示。

图4 包络检波器电路及其输出波形

包络检波解调效率高，解调器输出近似为相干解调的2倍；解调电路简单，特别是接收端不需要与发送端同频同相位的载波信号，大大降低实现难度。实际中，AM信号的解调器几乎都采用包络检波器。

由上可知，采用包络检波方法，仅仅恢复的是调幅信号的包络信息，不能完整的恢复非调幅信号的完整信息，而采用相干解调方法，可以比较完整地恢复出信号的波形，图5为分别利用AM和USB解调方式对广播信号解调后的频谱图，能够很好地说明这个问题。图5左边是用接收机在AM解调方式下对某调幅广播信号录音并用LG118软件读取录音文件后显示的频谱图，右边是在USB解调方式下对同一调幅广播信号录音并用LG118软件读取录音文件后显示的频谱图，可以看出左边信号的频谱不完整，通过频谱无法判断这个信号是广播信号，而右边信号的频谱却很完整，可以很明显判断出这个信号为广播信号。

图5 AM和USB解调方式对广播信号录音后恢复出的频谱图对比

4 信号的音频存储要求

4.1 接收机解调方式设置

无论采用何种方式对信号进行采集和存储，前提是要比较完整地保留信号的幅度、相位和频率等信息，以确保能够对信号进行恢复及开展后续的分析。通过在不同的解调方式对信号进行录音，并用信号分析软件进行分析，我们发现接收机解调方式设为USB，LSB，CW时，通过录音文件均能较完整地恢复信号的波形。在日常监测工作中，对调幅信号进行录音时，接收机解调方式应设置为AM；对调频信号进行录音时，接收机解调方式应设置为FM；对单边带信号进行录音时，根据信号具体情况，接收机解调方式应设置为USB或LSB；对发报信号和数字信号进行录音时，接收机解调方式应设置为USB。设置不同解调方式时，要合理设置相应的解调带宽和解调频率。

4.2 接收机解调频点的设置

接收机的解调频率设置不同，对信号录音和分析有着重要影响。在对信号进行录音时，如果接收机的解调频率设置不合适，通过录制的音频文件恢复出的信号频谱可能不完整。调幅和调频信号比较常见，信号的中心频率很容易判断，录音时只要将接收机解调频率设置为信号的中心频率即可。单边带信号分为上边带信号和下边带信号，具体频率应根据解调出的信号的声音是否清晰确定。在对数字信号录音时，接收机解调方式设为USB，接收机的解调频率应低于信号的频率下限，保证接收到的信号完全包含在解调带宽范围内。通常设置的接收机的解调频率低于信号的频率下限1kHz左右。如果设置的接收机解调频率高于信号频率下限，通过录制的音频文件恢复出的信号频谱可能不完整。下面三幅图是接收机在USB解调方式下，接收机解调频率相对某一FSK信号频率变化时，对此，FSK信号录音后用Cool Edit软件读取其录音文件恢复出的时频图。

图6 接收机解调频率为FSK信号左边波峰处频率时

图7 接收机解调频率低于FSK信号频率下限时

图8 接收机解调频率在FSK信号两个峰值频率之间时

图6中，从左边可以看出接收机解调频率为信号左边峰值处频率，高于信号频率下限，右边是恢复出的录音文件的时频图，可以看出恢复出的信号频谱部分丢失。图7显示的是接收机解调频率低于信号频率下限时恢复出的录音文件的时频图，可以看出信号的频谱很完整。图8显示的是接收机解调频率位于信号两个峰值频率之间时恢复出的录音文件的时频图，可以看出信号的频谱丢失了一半，无法判断出这是FSK信号。通过上述对比可知，对信号录音时，一定要根据信号类型正确设置接收机的解调频率，否则可能无法通过录音文件恢复出信号完整的频谱。

4.3 接收机解调带宽的设置

在采集和储存信号时，设置的接收机解调带宽应大于或等于信号的带宽，但不要将其设置过大，过大有可能会采集到其他信号的频谱分量；也不能将其设置过小，如果解调带宽小于要解调的信号的带宽，将无法通过录制的音频文件恢复出信号的完整频谱，从而影响信号分析。各种信号的带宽可根据信号频谱图形进行初步测量或查阅相关技术手册进行判断。

4.4 录音文件的采样率设置

现在的录音文件多种多样，只要能生成满足信号分析软件要求的录音格式的录音软件均可用于信号采集和录音。我们通常采用WAV录音格式，WAV录音软件的最高采样率为44.1kHz。黑鸟接收机（E3238s）自带的录音软件的采样率为16kHz。根据采样定理可知，在采集数据时，只有采样率至少大于信号速率的两倍时，采集到的数据才能完整地恢复出信号，所以在对信号进行录音时，务必确保录音软件的采样速率大于两倍的信号速率，若遇到不满足采样定理的情况，就要通过采集信号IQ数据的方式对信号进行存储。

4.5 恢复信号所需信噪比要求

如果信号的信噪比过低达不到信号分析要求的值时，将无法对信号进行分析。信号类型不同，对信噪比的要求也不同，具体情况可参考ITU-RSM1600建议书。在实际监测中，如果发现信号信噪比较低，可以进行多次录音或待信号信噪比较高时再进行录音。

5 结束语

由以上分析可知，在对信号进行采集和存储时，正确设置接收参数很关键，否则很可能导致信号的音频文件不包含完整的频谱信息，无法对信号进行后期分析。因此，日常工作中要根据实际信号的带宽、载频等参数，正确设置接收机的解调方式、带宽和中心频率等，以保证录音文件包含信号的完整频谱信息，为后续信号分析如信号波特率、调制方式识别等提供必要的基础。

[1] ITU-R SM.1600-1．建议书—数字信号的技术识别.

[2] 樊昌信．通信原理．北京：国防工业出版社，2001.

刘利华副部长赵厚麟副秘书长调研国家无线电监测中心

2014年9月9日上午，工业和信息化部副部长刘利华、国际电信联盟副秘书长赵厚麟到国家无线电监测中心调研。刘利华副部长和赵厚麟副秘书长一行参观了国家无线电监测中心监测网控制中心和频谱工程实验室，详细了解了相关业务开展情况，对近年来所取得的成绩给予了充分肯定。工业和信息化部办公厅、科技司、通信发展司、通信保障局、无线电管理局、国际合作司等部门负责人陪同调研。（向晶、杨士坤）

Matters Needing Attention to Recording of Shortwave Signal

Xu Guoqiang, Han Fangfang
(Urumqi Station of The State Radio Monitoring Center, Urumqi, 830054)

The analysis and recognition of the shortwave signal is the key technique of radio management andradio monitoring. In routine monitoring wok, we often need to analyze shortwave signal manually. In order to getthe characteristics of the signal correctly, the data of the signals which need to be analyzed must be sampled andrecorded properly. The essay gives the detailed explanation to some problems about sampling and recording ofsignal. Additionally, we summarize some experience in this work.

signal sampling and recording; signal analysis; demodulation style

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.10.015

TN911

A

1672-7274（2014）10-0056-04

徐国强，毕业于西安邮电学院，测控技术与仪器专业，现在国家无线电监测中心乌鲁木齐监测站工作。

韩仿仿，毕业于中国矿业大学，通信与信息系统专业，现在国家无线电监测中心乌鲁木齐监测站工作。