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【摘 要】基于短波电报的抗干扰性能和简便灵活的突出优点，短波电报通信长期以来一直是无线通信的重要组成部分，从第二次世界大战开始一直到20世纪60年代的这一段时间是短波无线通信发展的黄金时期，该技术广泛地应用于军事、广播、商业、气象等诸多领域。随着短波无线通信的不断发展，作为密文传输手段中最为典型的摩斯码信号传输系统，仍旧被无线电爱好者以及特殊领域作为重要的传输手段，但其自身同样存在一个固有的弊端，即电报的接收与发送长期以来都是靠人工操作的。随着通信电子技术的迅猛发展，这一固有弊端越来越明显。今天，各类工业干扰、个人无线通信及大气环境的变化使得现有电磁空间环境日趋恶劣，靠人工操作的电报通信，其处理的信息在数量、速度和准确性上愈来愈不能满足现代无线通信的需要。
【关键词】短波电报；摩斯码信号；无线通信
1.国内外现状
1.1国外现状分析
国外研究者（包括部分台湾学者）多数研究的是摩尔斯信号的识别与译码，目标是摩尔斯码的点划特征提取，主要是解决拍发速率的非平稳问题，没有涉及到强噪声背景下摩尔斯信号的波形估计问题。从搜集的资料看，国外公开发表的有关电报信号检测的文献较少，主要是美国学者的文献。国内在于检测技术方面，目前还没有一种得到广泛认同的算法，能实现强噪声环境下纯净摩尔斯信号的提取，但有很多研究机构已作了大量卓有成效的工作，进行了诸多试验，提出了许多具有代表性和创新性的算法。
1.2国内现状分析
二十世纪七八十年代以来，摩尔斯信号的自动检测技术就成为一个比较热门的课题，国内外许多科研机构都对此做过研究。对于信噪比较高的电报信号，其检测不难实现；但当信噪比很低时，背景噪声的能量较高，有时足以淹没电报信号，这就给传统意义的信号检测带来很大的困难，尤其是在战场环境下，摩尔斯信号绝大多数工作于强噪声背景下，这也是目前摩尔斯电报信号仍然采用人工值守方式的主要原因。
2.系统组成
本系统采用数字信号处理的方案，从电台耳麦接收摩斯码信号，通过标准的3.5mm耳机插头连接，进入信号处理电路板，通过低噪声放大、滤波后，由数字信号处理器控制进行AD量化采集处理，通过时域和频域的处理手段，进行进一步的发报速度跟踪、滤波、码型识别处理，恢复出标准的归一化的摩斯码波形，在此基础上，加入摩斯码编码规则数据库，解调出数据信息，通过标准的RS232接口，上传到主机进行显示，也可以根据要求，通过自带的LCD显示屏进行显示。电路板上配置了大容量的SDRAM和Flash芯片，为程序的正常运行提供了充足的资源。由于摩斯码信号处于音频范围，因此，信号的采集部分沿用了标准的音频信号实时采集的方案，通过DSP来控制集成声卡芯片，完成摩斯码信号的实时采集，采集精度达到了16位，最大程度的提高了后续信号处理的精度，降低了系统的量化噪声。
从通信的角度来看，摩斯码信号是一个幅移键控（ASK）形式的信号，载频虽然不太稳定，但变化范围也很小，基本上是一个窄带信号。点、划组合的高低电平持续时间远远超过载频的周期，所以从频率域来看，虽然调制产生了扩频，但总体来说还是一个窄带信号，因此特别适合于在频率域进行检测。主要采用的分析手段是时频分析，或者说是短时频谱分析，检测出瞬时载频频率，然后根据频率信息的时间特性和点、划的时间关系，来判断点、划组合，进而进行识别。
3.关键技术
摩斯码信号处理包括两个过程：第一步是信号检测，即从被噪声掩盖的信号中有效的提取信号，滤除噪声，得到相对干净的摩斯码信号；第二步是信号识别，即从摩斯码信号中提取有关的点、划信息，进行信息提取。
3.1信号检测技术
目前的关键在第一步，如何有效的滤除噪声，这也是摩斯码研究的热点。有关摩斯码检测识别的算法很多，但大多数均停留在实验室水平，算法很复杂，处理时间很长，只能用于算法仿真，不适合摩斯码的实时检测与识别。本方案在信号检测过程中采用了时频处理和包络检测相结合的方法，通过检测载频信号能量的突变来判断点、划信息，从而恢复出相对标准的摩斯码信号，为后续的识别过程做准备。与其它算法相比，时频处理算法具有更强的抗干扰能力，特别是抗白噪声和语音干扰的能力很强，另一个突出优点是算法相对简单，特别适合于实时处理，借助于本方案采用的具有强大运算能力的硬件平台，基本能够完成摩斯码信号的实时处理。相比于简单的单片机实现方案，又具有较好的抗噪声性能，能够在信噪比不是太差的情况下，完成摩斯码信号的检测。
3.2信号识别技术
在摩斯码信号的识别阶段，对于机器自动发报的信号，这类信号的点、划间隔比例比较标准，很好识别。对于人工发报的信号，各信号间的比例随意性较强，很难用一个标准来识别，本方案采用了自适应的方法，对一帧数据进行实时统计，根据码速的实时变化，动态调整各信号的间隔比例，因此对摩斯码的码速变化和人工拍发手法的适应能力较强。
4.拟解决关键问题
4.1低信噪比接收问题
由于摩斯码信号总体来说是一个窄带信号，虽然信号中混有各种噪声，而且看起来噪声幅度还很大，超过信号幅度，但噪声是宽带信号，从整个频率域来看，在摩斯码信号的载频附近，噪声能量还是要小于信号能量，基于这一点，采用频域滤波，能够解决这些问题，最终实现只要收报员能够听出来的，摩斯码接收仪都能够识别，当然信噪比如果很差，已经达到人无法识别的状态，设备误码率也会有一定增高。
4.2抗干扰问题
如果接收的信号中包含几个不同的信号，而且各个信号载波频率有一定的差异，可以通过窄带滤波，将其它无关频率的信号滤除掉，只要有用信号的能量高于干扰信号，就可以选择出有用的信号进行识别处理。至于语音干扰，噪声干扰，在频率域通过带通滤波的方法很容易能够滤除。
4.3码速变化问题
对于码速的变化，若是采用发报机自动发报，则信号比较标准，目前对码速的适应能力比较强，这一点超过人工收报，应为芯片的运算速度远远超过人的反应速度，若是人工发报，则不同的发报员发报手法差异较大，目前的算法适应性已经通过了大量的样本来验证。
5.结束语
摩斯码是人类利用无线电通讯的一种重要手段，早期摩斯码的传送只需要一个平稳的连续波即可，不需要任何复杂的调制过程，所以它可以在高噪声、强干扰的情况下使用，而在同样的无线电环境中，语音信号可能早就听不清了，摩斯码不仅适合通过无线电传输，也适合以闪光、声音、手势等各种方式传播，在现代更多的用途是在野外救援当中。
当然，随着科技的进步，掌握摩斯码通信的人越来越少了，但基于这种通信方式在应急救援、通信灾备领域不可替代的作用，当灾难或战争来临，常规通信短时间无法恢复时，利用短波电台迅速恢复基本的通信服务，摩斯码自动识别系统可确保最低保障通信系统的有效建立，作用巨大，前景应用广阔。 [科]
【参考文献】
[1]高运霞.基于网格的中文语音文件检索技术的研究[D].哈尔滨工程大学，2010.
[2]陈志刚.基于语音识别技术的交互绘图系统的设计与实现[D].大连理工大学，2003.
[3]杨毅，杨宇，余达太.语音增强及其消噪能力研究[J].微电子学与计算机，2006（07）.
[4]王永琦，邓琛，杨洋.语音增强用于抗噪声的汉语说话人识别[J].微电子学与计算机，2006（02）.
[5]李建文.变压式皮肤听声器的初步研究[J].陕西科技大学学报，2004（06）.
【关键词】短波电报；摩斯码信号；无线通信
1.国内外现状
1.1国外现状分析
国外研究者（包括部分台湾学者）多数研究的是摩尔斯信号的识别与译码，目标是摩尔斯码的点划特征提取，主要是解决拍发速率的非平稳问题，没有涉及到强噪声背景下摩尔斯信号的波形估计问题。从搜集的资料看，国外公开发表的有关电报信号检测的文献较少，主要是美国学者的文献。国内在于检测技术方面，目前还没有一种得到广泛认同的算法，能实现强噪声环境下纯净摩尔斯信号的提取，但有很多研究机构已作了大量卓有成效的工作，进行了诸多试验，提出了许多具有代表性和创新性的算法。
1.2国内现状分析
二十世纪七八十年代以来，摩尔斯信号的自动检测技术就成为一个比较热门的课题，国内外许多科研机构都对此做过研究。对于信噪比较高的电报信号，其检测不难实现；但当信噪比很低时，背景噪声的能量较高，有时足以淹没电报信号，这就给传统意义的信号检测带来很大的困难，尤其是在战场环境下，摩尔斯信号绝大多数工作于强噪声背景下，这也是目前摩尔斯电报信号仍然采用人工值守方式的主要原因。
2.系统组成
本系统采用数字信号处理的方案，从电台耳麦接收摩斯码信号，通过标准的3.5mm耳机插头连接，进入信号处理电路板，通过低噪声放大、滤波后，由数字信号处理器控制进行AD量化采集处理，通过时域和频域的处理手段，进行进一步的发报速度跟踪、滤波、码型识别处理，恢复出标准的归一化的摩斯码波形，在此基础上，加入摩斯码编码规则数据库，解调出数据信息，通过标准的RS232接口，上传到主机进行显示，也可以根据要求，通过自带的LCD显示屏进行显示。电路板上配置了大容量的SDRAM和Flash芯片，为程序的正常运行提供了充足的资源。由于摩斯码信号处于音频范围，因此，信号的采集部分沿用了标准的音频信号实时采集的方案，通过DSP来控制集成声卡芯片，完成摩斯码信号的实时采集，采集精度达到了16位，最大程度的提高了后续信号处理的精度，降低了系统的量化噪声。
从通信的角度来看，摩斯码信号是一个幅移键控（ASK）形式的信号，载频虽然不太稳定，但变化范围也很小，基本上是一个窄带信号。点、划组合的高低电平持续时间远远超过载频的周期，所以从频率域来看，虽然调制产生了扩频，但总体来说还是一个窄带信号，因此特别适合于在频率域进行检测。主要采用的分析手段是时频分析，或者说是短时频谱分析，检测出瞬时载频频率，然后根据频率信息的时间特性和点、划的时间关系，来判断点、划组合，进而进行识别。
3.关键技术
摩斯码信号处理包括两个过程：第一步是信号检测，即从被噪声掩盖的信号中有效的提取信号，滤除噪声，得到相对干净的摩斯码信号；第二步是信号识别，即从摩斯码信号中提取有关的点、划信息，进行信息提取。
3.1信号检测技术
目前的关键在第一步，如何有效的滤除噪声，这也是摩斯码研究的热点。有关摩斯码检测识别的算法很多，但大多数均停留在实验室水平，算法很复杂，处理时间很长，只能用于算法仿真，不适合摩斯码的实时检测与识别。本方案在信号检测过程中采用了时频处理和包络检测相结合的方法，通过检测载频信号能量的突变来判断点、划信息，从而恢复出相对标准的摩斯码信号，为后续的识别过程做准备。与其它算法相比，时频处理算法具有更强的抗干扰能力，特别是抗白噪声和语音干扰的能力很强，另一个突出优点是算法相对简单，特别适合于实时处理，借助于本方案采用的具有强大运算能力的硬件平台，基本能够完成摩斯码信号的实时处理。相比于简单的单片机实现方案，又具有较好的抗噪声性能，能够在信噪比不是太差的情况下，完成摩斯码信号的检测。
3.2信号识别技术
在摩斯码信号的识别阶段，对于机器自动发报的信号，这类信号的点、划间隔比例比较标准，很好识别。对于人工发报的信号，各信号间的比例随意性较强，很难用一个标准来识别，本方案采用了自适应的方法，对一帧数据进行实时统计，根据码速的实时变化，动态调整各信号的间隔比例，因此对摩斯码的码速变化和人工拍发手法的适应能力较强。
4.拟解决关键问题
4.1低信噪比接收问题
由于摩斯码信号总体来说是一个窄带信号，虽然信号中混有各种噪声，而且看起来噪声幅度还很大，超过信号幅度，但噪声是宽带信号，从整个频率域来看，在摩斯码信号的载频附近，噪声能量还是要小于信号能量，基于这一点，采用频域滤波，能够解决这些问题，最终实现只要收报员能够听出来的，摩斯码接收仪都能够识别，当然信噪比如果很差，已经达到人无法识别的状态，设备误码率也会有一定增高。
4.2抗干扰问题
如果接收的信号中包含几个不同的信号，而且各个信号载波频率有一定的差异，可以通过窄带滤波，将其它无关频率的信号滤除掉，只要有用信号的能量高于干扰信号，就可以选择出有用的信号进行识别处理。至于语音干扰，噪声干扰，在频率域通过带通滤波的方法很容易能够滤除。
4.3码速变化问题
对于码速的变化，若是采用发报机自动发报，则信号比较标准，目前对码速的适应能力比较强，这一点超过人工收报，应为芯片的运算速度远远超过人的反应速度，若是人工发报，则不同的发报员发报手法差异较大，目前的算法适应性已经通过了大量的样本来验证。
5.结束语
摩斯码是人类利用无线电通讯的一种重要手段，早期摩斯码的传送只需要一个平稳的连续波即可，不需要任何复杂的调制过程，所以它可以在高噪声、强干扰的情况下使用，而在同样的无线电环境中，语音信号可能早就听不清了，摩斯码不仅适合通过无线电传输，也适合以闪光、声音、手势等各种方式传播，在现代更多的用途是在野外救援当中。
当然，随着科技的进步，掌握摩斯码通信的人越来越少了，但基于这种通信方式在应急救援、通信灾备领域不可替代的作用，当灾难或战争来临，常规通信短时间无法恢复时，利用短波电台迅速恢复基本的通信服务，摩斯码自动识别系统可确保最低保障通信系统的有效建立，作用巨大，前景应用广阔。 [科]
【参考文献】
[1]高运霞.基于网格的中文语音文件检索技术的研究[D].哈尔滨工程大学，2010.
[2]陈志刚.基于语音识别技术的交互绘图系统的设计与实现[D].大连理工大学，2003.
[3]杨毅，杨宇，余达太.语音增强及其消噪能力研究[J].微电子学与计算机，2006（07）.
[4]王永琦，邓琛，杨洋.语音增强用于抗噪声的汉语说话人识别[J].微电子学与计算机，2006（02）.
[5]李建文.变压式皮肤听声器的初步研究[J].陕西科技大学学报，2004（06）.