基于句法模式識別的雷達識別方法研究

陳藝廷　李鴻　李瑩

摘 要： 針對參數(shù)相近的復雜體制雷達難以識別的問題，提出了一種基于句法模式識的雷達信號識別方法。該方法首先對已知雷達脈沖數(shù)據(jù)進行結構分析，用雷達脈沖序列參數(shù)作為句法識別中的基元進行描述，然后通過訓練已知樣本得出正則文法擴展生成式并構造一種多位有限態(tài)自動機作為識別器，最后選取雷達樣本數(shù)據(jù)進行識別實驗。理論分析和實驗結果論證了該句法方法的可靠性和有效性。

關鍵詞： 雷達脈沖序列； 雷達信號識別； 句法模式識別； 多位有限態(tài)自動機

中圖分類號： TN971?34； TN974?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0025?04

0 引 言

雷達輻射源識別是指在分析截獲雷達信號的基礎上，得到信號中雷達的工作參數(shù)和特征參數(shù)，然后利用這些參數(shù)獲取該雷達的體制、用途和型號等信息，進而掌握其相關武器系統(tǒng)及其工作狀態(tài)、制導方式，了解其戰(zhàn)術運用特點、活動規(guī)律和作戰(zhàn)能力的過程[1]。現(xiàn)有的雷達特征參數(shù)研究主要包括常規(guī)五大參數(shù)[2]、功率譜散布特征[3]、模糊函數(shù)切片[4]、脈沖包絡前沿[5]、雷達信號雙譜（高階譜）估計[6]等方面。目標雷達信號參數(shù)是通過雷達偵察系統(tǒng)截獲電磁環(huán)境中的雷達全脈沖信號，并經(jīng)過信號分選[7]得到的。本文正是針對分選后的雷達脈沖序列而提出的識別方法。

隨著現(xiàn)代雷達技術不斷的更新，雷達為實現(xiàn)某種功能所發(fā)射的脈沖串表現(xiàn)出更多復雜的結構特征，而傳統(tǒng)的識別方法并沒有充分利用脈沖序列結構方面的信息，尤其對于雷達載波各參數(shù)相近的雷達進行識別處理時，往往效率不高。本文提出一種基于句法模式識別的思路對脈沖序列進行分析處理，從脈沖序列結構特征的角度實現(xiàn)雷達信號識別，并對相應的識別算法進行改進以更好地適應復雜體制雷達識別的需要。

1 句法模式識別與雷達句子描述

與統(tǒng)計識別方法中把特征構成向量形式然后分類的思想不同。在句法模式識別中，模式用句子的形式描述，更加注重模式的結構信息。句法方法把一個復雜的模式（如語言，景物）分解為若干較簡單的子模式組合，而子模式又分解為若干基元，基元是最基本的單元。這時，一個樣本是一個句子，所有句子（樣本）的集合代表一類模式，稱為一種文法。

雷達句法模式識別系統(tǒng)的組成如圖1所示。句法模式識別方法首先對樣本進行特征選擇和提取，然后根據(jù)訓練樣本的句子結構推斷文法，再利用文法規(guī)則構造自動機[8]，即自動識別器，最后對未知類別的雷達句子進行識別或分類。

雷達句子是指雷達偵察接收機采集的全脈沖序列經(jīng)過信號分選后形成的單部雷達的脈沖序列。雷達句子可以用雷達字[9]（基元）、雷達短語（子模式）及連接構成。以常見機載多譜勒雷達radar 1脈沖數(shù)據(jù)為例，假設偵察到的雷達載頻有4個頻點，脈沖重復間隔具有4個值，類型組變，每組[n1]個脈沖，脈寬值[r1]固定。

由于本文所選取的雷達字與載頻、重復間隔、脈寬、脈沖個數(shù)四個屬性相結合，所以本文提出一種多位有限態(tài)自動機的設計方案來解決識別問題。該自動機采用每次讀取輸入帶的4位數(shù)的方式進行。如圖3所示，接受鏈[x]的過程為將輸入鏈[x]中的字符從左到右放在輸入帶上，只讀頭從輸入帶的最左邊一個單元開始讀取輸入的4位字符。狀態(tài)控制器內(nèi)部存有自動機的全部轉換規(guī)則，每讀取一個4位字符，則根據(jù)轉換規(guī)則判定自動機轉入下一狀態(tài)，即當輸入字符[fitirini]時，自動機的狀態(tài)由[q]變?yōu)閇q]，記為[δ（q，fitirini）=q。]如果不存在相應轉換規(guī)則，則狀態(tài)不發(fā)生變化，且說明自動機不接受這個字符。如果自動機從初始狀態(tài)開始能夠連續(xù)地接受輸入鏈，并且最終停止在狀態(tài)集[F]上，則表示[x]識別成功，符合該自動機語言。

實驗結果顯示出radar 1型雷達參數(shù)值及脈沖序列組合方式與另兩部雷達區(qū)別明顯，在達到一定識別率的情況下識別誤差主要體現(xiàn)在拒識數(shù)上，產(chǎn)生的原因在于雷達訓練樣本序列覆蓋不全面，使得重構的文法規(guī)則不夠完善造成的。這一點可以通過增加訓練樣本數(shù)，向自動機增添文法規(guī)則來進行改善。而從參數(shù)相近的兩部雷達radar 2和radar 3的實驗來看，總體上可以顯示出兩型雷達在使用脈沖組時表現(xiàn)的差異之處，實驗中能夠達到一定的識別率，而其中誤差主要體現(xiàn)在一些識別錯誤的情況，產(chǎn)生的原因主要在于兩部雷達工作模式上確實存在有部分序列使用交疊的情況出現(xiàn)。

5 結 論

隨著當前新體制雷達的發(fā)展，雷達完成某種任務需要表現(xiàn)出更多復雜的脈沖序列類型，針對雷達信號脈沖序列這一特殊類別，本文提出一種基于多位有限態(tài)自動機的句法模式識別方法。該方法雷達字的提取簡單高效，不需要重新建立雷達字庫，而且在利用了序列結構特征的基礎上還結合了參數(shù)值特征。多位有限態(tài)自動機的利用使得讀取的位數(shù)多，規(guī)則相對復雜，但是使用靈活，容錯率低，對于相近參數(shù)的不同雷達型號識別能夠達到滿意的識別效果。句法模式識別的研究和應用對于分析雷達工作模式狀態(tài)甚至雷達個體識別問題上也具有重要的意義。

參考文獻

[1] 張國柱.雷達輻射源識別技術研究[D].長沙：國防科學技術大學，2005.

[2] 陳嬡嬡.雷達輻射源個體識別研究[D].南京：南京理工大學，2008.

[3] 柴恒.基于無意調(diào)制特征的雷達個體識別[J].艦船電子對抗，2011，34（4）：1?5.

[4] 李林，姬紅兵.基于模糊函數(shù)的雷達輻射源個體識別[J].電子與信息學報，2009，31（11）：2546?2551.

[5] 王宏偉，趙國慶，王玉軍.基于脈沖包絡前沿高階矩特征的輻射源個體識別[J].現(xiàn)代雷達，2010，32（10）：42?45.

[6] 陳濤，姚方楊.雷達輻射源信號雙譜估計的物理意義及其輻射源個體識別[J].中南大學學報：自然科學版，2013，44（1）：179?187.

[7] 周一宇，安瑋，郭福成，等.電子對抗原理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[8] 齊敏，李大健，郝重陽.模式識別導論[M].北京：清華大學出版社，2009.

[9] VISNEVSKI N， KRISHNAMURTHY V， WANG A， et al. Syntactic modeling and signal processing of multifunction radars： a stochastic context?free grammar approach [J]. Proceedings of the IEEE， 2007， 95（5）： 1000?1025.

[10] 劉海軍.雷達輻射源識別關鍵技術研究[D].長沙：國防科學技術大學，2010.

摘 要： 針對參數(shù)相近的復雜體制雷達難以識別的問題，提出了一種基于句法模式識的雷達信號識別方法。該方法首先對已知雷達脈沖數(shù)據(jù)進行結構分析，用雷達脈沖序列參數(shù)作為句法識別中的基元進行描述，然后通過訓練已知樣本得出正則文法擴展生成式并構造一種多位有限態(tài)自動機作為識別器，最后選取雷達樣本數(shù)據(jù)進行識別實驗。理論分析和實驗結果論證了該句法方法的可靠性和有效性。

關鍵詞： 雷達脈沖序列； 雷達信號識別； 句法模式識別； 多位有限態(tài)自動機

中圖分類號： TN971?34； TN974?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0025?04

0 引 言

雷達輻射源識別是指在分析截獲雷達信號的基礎上，得到信號中雷達的工作參數(shù)和特征參數(shù)，然后利用這些參數(shù)獲取該雷達的體制、用途和型號等信息，進而掌握其相關武器系統(tǒng)及其工作狀態(tài)、制導方式，了解其戰(zhàn)術運用特點、活動規(guī)律和作戰(zhàn)能力的過程[1]。現(xiàn)有的雷達特征參數(shù)研究主要包括常規(guī)五大參數(shù)[2]、功率譜散布特征[3]、模糊函數(shù)切片[4]、脈沖包絡前沿[5]、雷達信號雙譜（高階譜）估計[6]等方面。目標雷達信號參數(shù)是通過雷達偵察系統(tǒng)截獲電磁環(huán)境中的雷達全脈沖信號，并經(jīng)過信號分選[7]得到的。本文正是針對分選后的雷達脈沖序列而提出的識別方法。

隨著現(xiàn)代雷達技術不斷的更新，雷達為實現(xiàn)某種功能所發(fā)射的脈沖串表現(xiàn)出更多復雜的結構特征，而傳統(tǒng)的識別方法并沒有充分利用脈沖序列結構方面的信息，尤其對于雷達載波各參數(shù)相近的雷達進行識別處理時，往往效率不高。本文提出一種基于句法模式識別的思路對脈沖序列進行分析處理，從脈沖序列結構特征的角度實現(xiàn)雷達信號識別，并對相應的識別算法進行改進以更好地適應復雜體制雷達識別的需要。

1 句法模式識別與雷達句子描述

與統(tǒng)計識別方法中把特征構成向量形式然后分類的思想不同。在句法模式識別中，模式用句子的形式描述，更加注重模式的結構信息。句法方法把一個復雜的模式（如語言，景物）分解為若干較簡單的子模式組合，而子模式又分解為若干基元，基元是最基本的單元。這時，一個樣本是一個句子，所有句子（樣本）的集合代表一類模式，稱為一種文法。

雷達句法模式識別系統(tǒng)的組成如圖1所示。句法模式識別方法首先對樣本進行特征選擇和提取，然后根據(jù)訓練樣本的句子結構推斷文法，再利用文法規(guī)則構造自動機[8]，即自動識別器，最后對未知類別的雷達句子進行識別或分類。

雷達句子是指雷達偵察接收機采集的全脈沖序列經(jīng)過信號分選后形成的單部雷達的脈沖序列。雷達句子可以用雷達字[9]（基元）、雷達短語（子模式）及連接構成。以常見機載多譜勒雷達radar 1脈沖數(shù)據(jù)為例，假設偵察到的雷達載頻有4個頻點，脈沖重復間隔具有4個值，類型組變，每組[n1]個脈沖，脈寬值[r1]固定。

由于本文所選取的雷達字與載頻、重復間隔、脈寬、脈沖個數(shù)四個屬性相結合，所以本文提出一種多位有限態(tài)自動機的設計方案來解決識別問題。該自動機采用每次讀取輸入帶的4位數(shù)的方式進行。如圖3所示，接受鏈[x]的過程為將輸入鏈[x]中的字符從左到右放在輸入帶上，只讀頭從輸入帶的最左邊一個單元開始讀取輸入的4位字符。狀態(tài)控制器內(nèi)部存有自動機的全部轉換規(guī)則，每讀取一個4位字符，則根據(jù)轉換規(guī)則判定自動機轉入下一狀態(tài)，即當輸入字符[fitirini]時，自動機的狀態(tài)由[q]變?yōu)閇q]，記為[δ（q，fitirini）=q。]如果不存在相應轉換規(guī)則，則狀態(tài)不發(fā)生變化，且說明自動機不接受這個字符。如果自動機從初始狀態(tài)開始能夠連續(xù)地接受輸入鏈，并且最終停止在狀態(tài)集[F]上，則表示[x]識別成功，符合該自動機語言。

實驗結果顯示出radar 1型雷達參數(shù)值及脈沖序列組合方式與另兩部雷達區(qū)別明顯，在達到一定識別率的情況下識別誤差主要體現(xiàn)在拒識數(shù)上，產(chǎn)生的原因在于雷達訓練樣本序列覆蓋不全面，使得重構的文法規(guī)則不夠完善造成的。這一點可以通過增加訓練樣本數(shù)，向自動機增添文法規(guī)則來進行改善。而從參數(shù)相近的兩部雷達radar 2和radar 3的實驗來看，總體上可以顯示出兩型雷達在使用脈沖組時表現(xiàn)的差異之處，實驗中能夠達到一定的識別率，而其中誤差主要體現(xiàn)在一些識別錯誤的情況，產(chǎn)生的原因主要在于兩部雷達工作模式上確實存在有部分序列使用交疊的情況出現(xiàn)。

5 結 論

隨著當前新體制雷達的發(fā)展，雷達完成某種任務需要表現(xiàn)出更多復雜的脈沖序列類型，針對雷達信號脈沖序列這一特殊類別，本文提出一種基于多位有限態(tài)自動機的句法模式識別方法。該方法雷達字的提取簡單高效，不需要重新建立雷達字庫，而且在利用了序列結構特征的基礎上還結合了參數(shù)值特征。多位有限態(tài)自動機的利用使得讀取的位數(shù)多，規(guī)則相對復雜，但是使用靈活，容錯率低，對于相近參數(shù)的不同雷達型號識別能夠達到滿意的識別效果。句法模式識別的研究和應用對于分析雷達工作模式狀態(tài)甚至雷達個體識別問題上也具有重要的意義。

參考文獻

[1] 張國柱.雷達輻射源識別技術研究[D].長沙：國防科學技術大學，2005.

[2] 陳嬡嬡.雷達輻射源個體識別研究[D].南京：南京理工大學，2008.

[3] 柴恒.基于無意調(diào)制特征的雷達個體識別[J].艦船電子對抗，2011，34（4）：1?5.

[4] 李林，姬紅兵.基于模糊函數(shù)的雷達輻射源個體識別[J].電子與信息學報，2009，31（11）：2546?2551.

[5] 王宏偉，趙國慶，王玉軍.基于脈沖包絡前沿高階矩特征的輻射源個體識別[J].現(xiàn)代雷達，2010，32（10）：42?45.

[6] 陳濤，姚方楊.雷達輻射源信號雙譜估計的物理意義及其輻射源個體識別[J].中南大學學報：自然科學版，2013，44（1）：179?187.

[7] 周一宇，安瑋，郭福成，等.電子對抗原理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[8] 齊敏，李大健，郝重陽.模式識別導論[M].北京：清華大學出版社，2009.

[9] VISNEVSKI N， KRISHNAMURTHY V， WANG A， et al. Syntactic modeling and signal processing of multifunction radars： a stochastic context?free grammar approach [J]. Proceedings of the IEEE， 2007， 95（5）： 1000?1025.

[10] 劉海軍.雷達輻射源識別關鍵技術研究[D].長沙：國防科學技術大學，2010.

摘 要： 針對參數(shù)相近的復雜體制雷達難以識別的問題，提出了一種基于句法模式識的雷達信號識別方法。該方法首先對已知雷達脈沖數(shù)據(jù)進行結構分析，用雷達脈沖序列參數(shù)作為句法識別中的基元進行描述，然后通過訓練已知樣本得出正則文法擴展生成式并構造一種多位有限態(tài)自動機作為識別器，最后選取雷達樣本數(shù)據(jù)進行識別實驗。理論分析和實驗結果論證了該句法方法的可靠性和有效性。

關鍵詞： 雷達脈沖序列； 雷達信號識別； 句法模式識別； 多位有限態(tài)自動機

中圖分類號： TN971?34； TN974?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0025?04

0 引 言

雷達輻射源識別是指在分析截獲雷達信號的基礎上，得到信號中雷達的工作參數(shù)和特征參數(shù)，然后利用這些參數(shù)獲取該雷達的體制、用途和型號等信息，進而掌握其相關武器系統(tǒng)及其工作狀態(tài)、制導方式，了解其戰(zhàn)術運用特點、活動規(guī)律和作戰(zhàn)能力的過程[1]。現(xiàn)有的雷達特征參數(shù)研究主要包括常規(guī)五大參數(shù)[2]、功率譜散布特征[3]、模糊函數(shù)切片[4]、脈沖包絡前沿[5]、雷達信號雙譜（高階譜）估計[6]等方面。目標雷達信號參數(shù)是通過雷達偵察系統(tǒng)截獲電磁環(huán)境中的雷達全脈沖信號，并經(jīng)過信號分選[7]得到的。本文正是針對分選后的雷達脈沖序列而提出的識別方法。

隨著現(xiàn)代雷達技術不斷的更新，雷達為實現(xiàn)某種功能所發(fā)射的脈沖串表現(xiàn)出更多復雜的結構特征，而傳統(tǒng)的識別方法并沒有充分利用脈沖序列結構方面的信息，尤其對于雷達載波各參數(shù)相近的雷達進行識別處理時，往往效率不高。本文提出一種基于句法模式識別的思路對脈沖序列進行分析處理，從脈沖序列結構特征的角度實現(xiàn)雷達信號識別，并對相應的識別算法進行改進以更好地適應復雜體制雷達識別的需要。

1 句法模式識別與雷達句子描述

與統(tǒng)計識別方法中把特征構成向量形式然后分類的思想不同。在句法模式識別中，模式用句子的形式描述，更加注重模式的結構信息。句法方法把一個復雜的模式（如語言，景物）分解為若干較簡單的子模式組合，而子模式又分解為若干基元，基元是最基本的單元。這時，一個樣本是一個句子，所有句子（樣本）的集合代表一類模式，稱為一種文法。

雷達句法模式識別系統(tǒng)的組成如圖1所示。句法模式識別方法首先對樣本進行特征選擇和提取，然后根據(jù)訓練樣本的句子結構推斷文法，再利用文法規(guī)則構造自動機[8]，即自動識別器，最后對未知類別的雷達句子進行識別或分類。

雷達句子是指雷達偵察接收機采集的全脈沖序列經(jīng)過信號分選后形成的單部雷達的脈沖序列。雷達句子可以用雷達字[9]（基元）、雷達短語（子模式）及連接構成。以常見機載多譜勒雷達radar 1脈沖數(shù)據(jù)為例，假設偵察到的雷達載頻有4個頻點，脈沖重復間隔具有4個值，類型組變，每組[n1]個脈沖，脈寬值[r1]固定。

由于本文所選取的雷達字與載頻、重復間隔、脈寬、脈沖個數(shù)四個屬性相結合，所以本文提出一種多位有限態(tài)自動機的設計方案來解決識別問題。該自動機采用每次讀取輸入帶的4位數(shù)的方式進行。如圖3所示，接受鏈[x]的過程為將輸入鏈[x]中的字符從左到右放在輸入帶上，只讀頭從輸入帶的最左邊一個單元開始讀取輸入的4位字符。狀態(tài)控制器內(nèi)部存有自動機的全部轉換規(guī)則，每讀取一個4位字符，則根據(jù)轉換規(guī)則判定自動機轉入下一狀態(tài)，即當輸入字符[fitirini]時，自動機的狀態(tài)由[q]變?yōu)閇q]，記為[δ（q，fitirini）=q。]如果不存在相應轉換規(guī)則，則狀態(tài)不發(fā)生變化，且說明自動機不接受這個字符。如果自動機從初始狀態(tài)開始能夠連續(xù)地接受輸入鏈，并且最終停止在狀態(tài)集[F]上，則表示[x]識別成功，符合該自動機語言。

實驗結果顯示出radar 1型雷達參數(shù)值及脈沖序列組合方式與另兩部雷達區(qū)別明顯，在達到一定識別率的情況下識別誤差主要體現(xiàn)在拒識數(shù)上，產(chǎn)生的原因在于雷達訓練樣本序列覆蓋不全面，使得重構的文法規(guī)則不夠完善造成的。這一點可以通過增加訓練樣本數(shù)，向自動機增添文法規(guī)則來進行改善。而從參數(shù)相近的兩部雷達radar 2和radar 3的實驗來看，總體上可以顯示出兩型雷達在使用脈沖組時表現(xiàn)的差異之處，實驗中能夠達到一定的識別率，而其中誤差主要體現(xiàn)在一些識別錯誤的情況，產(chǎn)生的原因主要在于兩部雷達工作模式上確實存在有部分序列使用交疊的情況出現(xiàn)。

5 結 論

隨著當前新體制雷達的發(fā)展，雷達完成某種任務需要表現(xiàn)出更多復雜的脈沖序列類型，針對雷達信號脈沖序列這一特殊類別，本文提出一種基于多位有限態(tài)自動機的句法模式識別方法。該方法雷達字的提取簡單高效，不需要重新建立雷達字庫，而且在利用了序列結構特征的基礎上還結合了參數(shù)值特征。多位有限態(tài)自動機的利用使得讀取的位數(shù)多，規(guī)則相對復雜，但是使用靈活，容錯率低，對于相近參數(shù)的不同雷達型號識別能夠達到滿意的識別效果。句法模式識別的研究和應用對于分析雷達工作模式狀態(tài)甚至雷達個體識別問題上也具有重要的意義。

參考文獻

[1] 張國柱.雷達輻射源識別技術研究[D].長沙：國防科學技術大學，2005.

[2] 陳嬡嬡.雷達輻射源個體識別研究[D].南京：南京理工大學，2008.

[3] 柴恒.基于無意調(diào)制特征的雷達個體識別[J].艦船電子對抗，2011，34（4）：1?5.

[4] 李林，姬紅兵.基于模糊函數(shù)的雷達輻射源個體識別[J].電子與信息學報，2009，31（11）：2546?2551.

[5] 王宏偉，趙國慶，王玉軍.基于脈沖包絡前沿高階矩特征的輻射源個體識別[J].現(xiàn)代雷達，2010，32（10）：42?45.

[6] 陳濤，姚方楊.雷達輻射源信號雙譜估計的物理意義及其輻射源個體識別[J].中南大學學報：自然科學版，2013，44（1）：179?187.

[7] 周一宇，安瑋，郭福成，等.電子對抗原理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[8] 齊敏，李大健，郝重陽.模式識別導論[M].北京：清華大學出版社，2009.

[9] VISNEVSKI N， KRISHNAMURTHY V， WANG A， et al. Syntactic modeling and signal processing of multifunction radars： a stochastic context?free grammar approach [J]. Proceedings of the IEEE， 2007， 95（5）： 1000?1025.

[10] 劉海軍.雷達輻射源識別關鍵技術研究[D].長沙：國防科學技術大學，2010.