典型體制雷達引信信號的調制制式識別

朱 航,張淑寧,趙惠昌

(1. 南京理工大學電子工程與光電技術學院，江蘇 南京 210094;2.解放軍73015部隊，浙江 湖州 313000)

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典型體制雷達引信信號的調制制式識別

朱 航1,2,張淑寧1,趙惠昌1

(1. 南京理工大學電子工程與光電技術學院，江蘇 南京 210094;2.解放軍73015部隊，浙江 湖州 313000)

針對現(xiàn)有方法只能識別某一類特定信號的不足，為了有效識別出幾類典型體制雷達引信信號，提出了基于調制周期估計及時頻脊線提取的信號調制制式識別方法。該方法對信號自相關函數(shù)進行分析以估計調制周期，而后估計包絡波形以完成對占空比的估計來區(qū)分脈沖串信號類型；對于連續(xù)波信號通過周期積累和時頻脊線提取，利用幾項特征參數(shù)識別調制制式。仿真分析表明，該方法具有較高的識別準確率。

雷達引信信號；調制周期；包絡波形；時頻脊線；周期積累

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，為準確對敵雷達引信實施干擾，需要準確獲取引信信號的相應參數(shù)，這樣才能做到有的放矢，在電子對抗中占據(jù)主動。然而在復雜戰(zhàn)場環(huán)境中對雷達引信信號進行探測時，極有可能接收到各種不同調制體制的雷達引信信號，這就需要采取相應的方法識別出調制體制，方便利用各種對應方法提取相應體制雷達引信信號的參數(shù)。

針對雷達引信信號的識別問題，文獻[1]用短時傅里葉變換(STFT)提取信號的瞬時頻率曲線進行譜分析以識別連續(xù)波調頻信號；文獻[2]提出的周期Wigner-Hough變換與文獻[3]中的周期分數(shù)階傅里葉變換都充分利用了調頻連續(xù)波信號的周期性，可以在低信噪比下進行處理，識別信號調制體制；對于調相連續(xù)波雷達信號的識別問題，文獻[4]利用構造參考信號進行假設檢驗來進行多相碼的識別。上述方法對本文提供了較好參考，然而這些已有方法均只針對某一類特定體制雷達引信信號有效，且都無法對脈沖串信號進行有效識別。針對此問題，為了實現(xiàn)幾類典型體制雷達引信信號的識別，包括偽碼復合脈沖串信號[5]、脈位調制脈沖串信號[5]、偽碼調相連續(xù)波(PRBC-CW)信號[6]、線性調頻(LFM)信號[2-3]、正弦調頻(SFM)信號[7]、偽碼復合正弦調頻(PRBC-SFM)信號[8]及偽碼復合線性調頻(PRBC-LFM)信號[9]，提出了基于調制周期估計及時頻脊線提取[10]的調制制式識別方法。

1 調制周期估計

雷達引信信號的調制信號一般都具有周期性，可表示為如下形式：

(1)

(2)

對于一段足夠長度2Ta的信號，可以通過下式求解其自相關函數(shù)模值：

(3)

2 識別方法

為方便處理，在處理中都采用離散信號，對式(1)當采樣周期為Ts時，其表達式為：

(4)

2.1 判斷是否為脈沖串信號及脈沖串體制

對于一個調制周期內(nèi)的信號，通過下式計算其包絡波形：

(5)

當信號無噪時，很明顯可以清楚地判斷信號是否為脈沖串，然而當噪聲存在時，其包絡會受噪聲影響，此時可以設定一個門限值，排除掉大部分受噪聲影響的點，由于本文信號幅度均為1，因此我們設定門限為0.5，具體過程為：

(6)

(7)

2.2 判斷連續(xù)波信號體制

1)FM和PRBC-FM的識別——瞬時頻率的曲線光滑度Sf

1≤n≤N-1

(8)

對其求和得到光滑度Sf為：

(9)

對于FM信號，可以利用分數(shù)階傅里葉變換來進行進一步的判斷；對于PRBC-FM信號，可以利用瞬時頻率斜線擬合均方差來判斷是偽碼復合線性調頻信號還是偽碼復合正弦調頻信號。

2)FM信號的分類識別——分數(shù)階傅里葉變換[11]

由于偽碼調相連續(xù)波信號一個調制周期內(nèi)相位不發(fā)生變化，是連續(xù)波信號，所以經(jīng)過瞬時頻率曲線光滑度Sf的判別后，一個調制周期內(nèi)的LFM信號、SFM信號和CW-PRBC信號均被判為FM信號。

3)PRBC-LFM和PRBC-SFM信號的識別——瞬時頻率斜線擬合均方差σf

(10)

(11)

對應的擬合均方差為：

(12)

根據(jù)上文所述，本文所提方法的調制體制識別算法總體流程如圖1所示。

圖1 調制體制識別流程圖Fig.1 The flow chart of the proposed method

3 仿真分析

當信噪比從-5 dB到15 dB變化時，對本文所研究的7種調制體制信號，每種信號進行300次識別仿真，每次仿真時改變信號的調制參數(shù)，調制周期小于20 μs，統(tǒng)計正確率，其結果如圖2所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，當信號信噪比大于5 dB時，對各信號的識別正確率均能達到92%以上，當信噪比較小時，可以通過周期積累提高信噪比之后，再進行信號調制制式的識別，考慮到雷達引信信號的周期性，其周期積累可通過下式完成：

(13)

(14)

(15)

經(jīng)過L段調制周期的周期積累，可以使信噪比提高近L倍，這將大大提高調制制式識別的準確率。為獲得較好的識別正確率，可以考慮在信噪比小于5 dB時進行周期積累。

圖2 識別準確率隨信噪比變化曲線Fig.2 The changing curves of identification accuracy in different SNRs

4 結論

本文提出了基于調制周期估計及時頻脊線提取的調制制式識別算法。該方法對信號自相關函數(shù)進行分析以估計調制周期，而后估計包絡波形以完成對占空比的估計來區(qū)分脈沖串信號類型；對于連續(xù)波信號通過周期積累和時頻脊線提取，利用幾項特征參數(shù)識別調制制式。仿真分析表明，本文方法針對幾類典型體制的雷達引信信號具有較高的識別準確率。

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Typical Radar Fuze Signals Modulation Standard Identification

ZHU Hang1,2, ZHANG Shuning1, ZHAO Huichang1

(1. School of Electronic and Optical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China; 2. Unit 73015 of PLA, Huzhou 313000, China)

In order to recognize the several kinds of frequency or phase modulated radar fuze signals with typical modulation systems, a method of modulation identification was proposed. The modulation period could be estimated through auto-correction function analysis firstly, after that the duty radio could be estimated through signal envelop to distinguish whether the signal was pulse train signal or continuous-wave signal. For continuous-wave signal, the time-frequency ridge should be extracted, then the modulation type could be identified through signal characteristics. The simulation results supposed that the proposed method was effective.

radar fuze signal; modulation period; signal envelop; time-frequency ridge; multi-cycle integration

2016-02-24

國家自然科學基金項目資助(61301216)；國防預研究基金項目資助(9140A0502021DQ0201)

朱航(1987—)，男，江西景德鎮(zhèn)人，博士研究生，研究方向：信號處理及電子對抗。E-mail:taochuhang@163.com。

TN971.1

A

1008-1194(2016)05-0006-04