频谱指纹识别技术卫星的设计由于种种原因，有效载荷存在功能差异大、协议封闭、定制化程度高等特点，这一定程度上给信号的侦收和破译带来技术上的难题。然而恰恰由于该特征，对卫星频谱的指纹识别技术可以有效发挥其作用。频谱指纹技术针对卫星建立频谱特征数据，其中包括等参数，建立卫星频谱大数据，可有效识别目标，形成太空态势感知部分能力。
一、信号识别
越来越多的国家也在寻求利用太空资源增强军事能力和巩固国家安全，并开发太空对抗能力，保护本国的太空系统，欺骗、破坏、拒绝或摧毁敌方的太空系统，确保赢得太空优势。
对一个通信信号进行接收解调的前提条件是首先要确知该信号的调制样式及其信号参数如信号带宽，波特率等，然后才能解调出调制信息。
被检测信号的调制方式的自动识别是智能接收端的主要任务，在民用和军用场合都有非常重要的应用。很明显，先验知识不足和诸多参数未知（如信号功率、载波频率与相位等等）的情况下，自动调制识别是一种盲识别，这个任务非常艰巨。而在实际应用中，由于多径衰减、频率选择性和时变信道等因数的影响，自动调制识别面临更大的挑战。本文总结了近20年来经典的自动调制识别技术，比较详细地介绍了两类自动调制识别算法：基于似然（Likelihood-based, LB）和基于特征（Feature-based, FB）的方法。文章最后简单地讨论了自动调制识别技术的发展趋势。
时域是描述数学函数或物理信号对时间的关系。例如一个信号的时域波形可以表达信号随着时间的变化。 若考虑离散时间，时域中的函数或信号，在各个离散时间点的数值均为已知。若考虑连续时间，则函数或信号在任意时间的数值均为已知。 在研究时域的信号时，常会用示波器将信号转换为其时域的波形。
频域frequency domain 是描述信号在频率方面特性时用到的一种坐标系。对任何一个事物的描述都需要从多个方面进行，每一方面的描述仅为我们认识这个事物提供部分的信息。例如，眼前有一辆汽车，我可以这样描述它方面1：颜色，长度，高度。方面2：排量，品牌，价格。而对于一个信号来说，它也有很多方面的特性。如信号强度随时间的变化规律（时域特性），信号是由哪些单一频率的信号合成的（频域特性）
时域（time domain）在分析研究问题时，以时间作基本变量的范围。时域是描述数学函数或物理信号对时间的关系。例如一个信号的时域波形可以表达信号随着时间的变化。若考虑离散时间，时域中的函数或信号，在各个离散时间点的数值均为已知。若考虑连续时间，则函数或信号在任意时间的数值均为已知。在研究时域的信号时，常会用示波器将信号转换为其时域的波形。
时域是真实世界，是惟一实际存在的域。因为我们的经历都是在时域中发展和验证的，已经习惯于事件按时间的先后顺序地发生。而评估数字产品的性能时，通常在时域中进行分析，因为产品的性能最终就是在时域中测量的。
特征提取是从输入的信号序列中提取对调制识别有用的信息，提取信号的时域特征或变换域特征。时域特征包括信号的瞬时幅度、瞬时相位或瞬时频率的特征参数或其它统计参数。变换域特征包括功率谱、谱相关函数、时频分布及其它统计参数。
分类识别是判断信号调制类型的从属关系。选择和确定合适的判决规则和分类器结构，主要采用决策树结构的分类器和神经网络结构的分类器。
AM调制信号的瞬时幅度
信号频率：
FM调制信号的瞬时频率
信号分析的频域特征即功率谱（频谱）。不同制式的信号频谱特征也不同，如平稳度、离散谱线等，如下图所示。
AM信号频谱
模拟集群FM信号的频谱
QAM信号的频谱
某些调制方式在时域、频域上都一样，无法通过时域特征或者频域特征区分开，如8PSK和信号，MSK和2FSK信号，所以通过信号的调制域特征进行区分，如码元跳变处的相位差，如下图所示。
信号分析识别的关键是找到各种制式的特征，信号识别的主要特征包括：
1)零中心归一化瞬时幅度之谱密度的最大值，用以区分信号是否带有幅度调制。
2)功率谱的平稳度指数，用以区分是否有信号（扩频信号除外）。
3)零中心归一化非弱信号段瞬时频率绝对值的标准偏差，用以区分信号是否带有频率调制。
4)码元同步，实现对相位调制信号的定时误差估计与恢复。
5)载波同步，实现对相位调制信号的相位同步以及载频估计。
6)星座图山峰聚类，实现对包含相位调制信号的星座图的统计。
7)瞬时参数（幅度、频率、相位）的直方图统计，实现对数字调制信号M的区分，如2FSK与4FSK。
8)频谱周期特征，用于检测模拟电视与数字电视信号。
调幅信号的特征表现为：频率无调制，瞬时幅度随传输内容的变化而变化。内调制调幅信号的瞬时幅度为单载波，如图1所示；音频调制信号的瞬时幅度为所传输的音频信号，图2为航空通信电台124.85MHz的频谱与瞬时幅度。
图1：内调制AM信号的瞬时幅度与频谱
图2：航空通信电台的瞬时幅度与频谱
调频信号的特征表现为：幅度无调制，频率随传输内容的变化而变化。内调制调频信号的瞬时频率为单载波，如图1所示；音频调制的瞬时频率为所传输的音频信号，图2为调频广播电台101.8MHz的频谱与瞬时频率，从其瀑布图中可以看到，其频谱随着传输内容的变化而变化。
图1：内调制FM信号的瞬时频率与频谱
图2：调频广播信号的频谱与瞬时频率
频移键控信号(MFSK)是用不同频率的载波来传输码元信息的，2FSK信号有两个载波，4FSK信号有4个载波。
FSK信号的特征：幅度无调制，瞬时频率即为传输的码元信息。瞬时频率的直方图统计表征了FSK信号的载波个数。当FSK信号的码速率小于载波间的频率间隔时，其频谱上也能直观的看到载波个数。
图1-1、1-2展示了一标准信号源发射的4FSK信号的频谱与瞬时频率特征。该4FSK信号码速率为4kbps，频率间隔为16kHz，在其频谱上可见4个载波波峰，瞬时频率与瞬时频率的直方图统计图中，4个载波的特征也非常明显。
图1-1：4FSK信号频谱
图1-2：4FSK信号的瞬时频率特征
图2-1、2-2为数字对讲机的频谱及瞬时频率特征。其码元速率为4.8kbps，频率间隔为1.296kHz，在频谱上四个载波合并为一个谱峰，但其瞬时频率的直方图统计仍可以看到有四个载波。
图2-1：数字对讲信号的频谱
图2-2：数字对讲信号的瞬时频率特征
3.4相移键控信号（MPSK）
相移键控信号(MPSK)是用不同的载波相位表示不同的基带码元序列。
相移键控信号的特征为：幅度无调制，用不同的相位来表示码元信息。需经过载波同步与码元同步才可恢复其相位信息。经同步后的相移信号(MPSK)，星座图上有M个离散点，相位的直方图统计表征了相位的个数。如图所示。
QPSK信号的星座图与相位统计
8PSK信号的星座图与相位统计
正交振幅调制是一种多进制混合调幅调相的调制方式，它采用两个独立的基带波形对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，以实现两路并行的数字信息传输，具有更高的传输效率。
正交振幅调制信号的特征为：幅度与相位均含有调制信息，与MPSK信号类似，需经过载波同步与码元同步才可恢复其幅度与相位信息。经同步后的MQAM信号，可通过星座图来观测其幅度与相位特征。如图所示。
16QAM与64QAM的星座图
GSM蜂窝移动通信中，采用了TDMA的多址方式。TDMA是把一个频道按等时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，每一用户占用不同的时隙进行通信。GSM信号的时隙宽度为0.577ms，为GMSK调制。
GSM信号可分为广播信道、控制信道与业务信道。其中，广播信道为常发信号，控制信道与业务信道在有用户接入时才会使用。
广播信道的每个时隙均被占用，其瞬时幅度图中可观测到时隙特征，通过对瞬时幅度进行周期性检测，可确定其时隙周期为0.577ms。如图所示。
GSM信号的频谱
满时隙GSM信号的瞬时幅度
非满时隙GSM信号的瞬时幅度
TETRA（Terrestrial Trunked Radio – 陆上集群无线电）数字集群通信系统是基于数字时分多址（TDMA）技术的专业移动通信系统。系统采用π/4 DQPSK调制方式，提高信道利用率。主要优点是兼容性好、开放性好、频谱利用率高、保密功能强，是目前国际上制定得最周密、开放性好、技术最先进、参与生产厂商最多的数字集群标准。
TETRA信号信道带宽为25KHz，为时分信号，其时隙宽度为14.167ms，从其瞬时频率图中可看到每个时隙的同步信息。如图所示。
TETRA信号的瞬时频率与频谱
TETRA信号的星座图与相位统计图
模拟电视的图像信号与色度信号采用了VSB残留边带调制，伴音信号为FM调制。图像信号载波与色彩副载波中心频率相隔4.43MHz，与伴音信号相隔6.5MHz，如图所示。
模拟电视信号频谱
模拟电视图像信号包含了周期性的行同步信号，其频谱上具有周期性的离散谱线，谱线间隔为15.625kHz，如图所示。
模拟电视图像信号的频谱
由于直接序列扩频信号的扩频码有着很强的自相关特性，在信号与其自身延迟相乘后会在码元速率处产生一离散谱线，即率线，通过检测率线是否存在即可判断扩频信号。图为WCDMA信号的频谱与延时相关图。
WCDMA信号频谱图和延时相关图
原文始发于微信公众号（太空安全）：典型频谱信号识别与分析
信号，MSK和2FSK信号，所以通过信号的调制域特征进行区分，如码元跳变处的相位差，如下图所示。
