基于PRI的雷達信號綜合分選方法

魏可友，黃 康，梁 廣，劉會杰

（1.中科院上海微系統與信息技術研究所 上海200050；2.上海微小衛星工程中心 上海201203）

基于PRI的雷達信號綜合分選方法

魏可友1，2，黃 康2，梁 廣2，劉會杰2

（1.中科院上海微系統與信息技術研究所 上海200050；2.上海微小衛星工程中心 上海201203）

針對常規雷達信號和復雜雷達信號同時存在的復雜信號環境，以及減少混合脈沖序列的分選時間，基于PRI變換提出一種PRI變換法及其改進方法相結合的綜合分選方法。仿真驗證，該方法可行，并對脈沖丟失嚴重的情況仍具有很好的分選效果。

信號分選；PRI變換；綜合分選方法；脈沖丟失

雷達信號分選是雷達對抗的關鍵技術，通過雷達信號分選，準確識別出空間中各種不同的雷達及其參數，并將其放入雷達庫中以便后續的定位、跟蹤、干擾等處理。利用脈沖重復間隔（PRI）的重頻分選方法是主分選中主要使用的方法。隨著輻射源數及雷達脈沖信號形式的不斷增多，在接收到的混疊脈沖流中，往往同時存在常規雷達信號、復雜雷達信號（PRI服從某種調制規律）以及脈沖丟失。為了保證對混疊脈沖流分選的實時性和高效性，將PRI變換法及其改進方法結合起來，可以實現準確分選。

1 序列檢索

基于PRI的所有分選算法都由PRI估計和序列檢索兩個過程組成。序列檢索是根據正確估計的PRI值，將該部雷達的全部脈沖從交疊的脈沖流中全部分離出來。脈沖列檢索是所有雷達信號分選方法都必須包含的重要一步，檢索性能的好壞直接影響分選脈沖的有效性。文中使用直接序列搜索，根據已經估計得到的PRI值，將脈沖間隔為PRI或者PRI的整數倍的脈沖信號從脈沖流中分離出來。

直接序列搜索的步驟如下：首先，程序將第一個脈沖作為基準脈沖，然后搜索下一個脈沖，判斷兩個脈沖之間的TOA差值（即）是否大于某個規定值（該值為PRImax），如果大于該值，則表明所選基準脈沖不在此PRI的脈沖列，以下一個脈沖為基準脈沖繼續進行前面的過程。若不大于該值，判斷兩個脈沖之間的TOA差值（即）與 PRI的比值是否在設定的容差范圍（容差即為脈沖抖動量）內，如果超出容差范圍，則進行后一脈沖的比較過程。如果與PRI的比值是在設定的容差范圍內，則將基準脈沖和該脈沖分離出來，并繼續下一脈沖與基準脈沖的比較。將后續脈沖依次與此基準脈沖比較，直至分離結束。判斷以此PRI值進行序列搜索出的脈沖數，如果脈沖數大于某個規定值，則搜索成功，否則，搜索失敗，以估計出的下一個PRI值進行搜索。

2 基于PRI變換的分選方法

2.1 PRI變換法

設用脈沖前沿時間表示脈沖的到達時間，令tn（n=0，1，2，…，n-1）為脈沖的到達時間，其中n是采樣脈沖數。若只考慮使用TOA這個參數，則采樣脈沖串就可以模型化為單位沖擊函數的和，可表示為

的積分變換公式為：

式中，τ＞0。式（2）即為PRI變換，它給出一種PRI的譜圖，在代表真PRI值得地方將出現峰值。將（1）代入（2）得到：

設[τmin，τmax]為PRI的取值范圍，將其分成K個小區間（即PRI箱），每個PRI箱的寬度為b=（τmaxτmin）/K，則第 k個 PRI箱的中心為 τk=[（k-1/2）/K]（τmax-τmin）+τmin，k=1，2，…，K。在式（3）的基礎上進行PRI取值統計

|Dk|為PRI值統計脈沖數。超過門限時其對應的PRI值即為可能的PRI值。

在PRI變換中，由于相位因子exp（2πitn/τ）或exp[2πit/（tn-tm）]的引入，幾乎完全抑制了出現在自相關函數中的子諧波。在直方圖分選方法中由于脈沖丟失引起的諧波問題，使用PRI變換可以得到解決。因此，PRI變化在脈沖丟失嚴重的情況下仍然有很好的分選效果。另外，PRI變換分選是直接由PRI變換估計出PRI值之后，根據得到的PRI進行序列檢索，直方圖類的分選方法（包括CDIF、SDIF）是對每一級直方圖中超過門限的PRI值進行序列搜索，在此過程，PRI變換分選可以節省大量搜索時間。

2.2 改進的PRI變換法

PRI變換法對抑制諧波、脈沖丟失有較好的分選效果，但對于脈沖的PRI存在抖動時，用PRI變換法估計PRI值時，真實的PRI被噪聲淹沒，不能估計出正確的PRI值。如圖1，是對含有兩個常規雷達（PRI1=170 μs，PRI2=300 μs）的脈沖列進行PRI變換，可以正確估計出脈沖列中兩部雷達的PRI值。圖2為對這兩部雷達脈沖PRI加入10%的抖動量，用PRI變換法進行分選，使用PRI變換后，PRI值完全被噪聲淹沒。

圖1 PRI變換法對常規信號分選圖

圖2 PRI變換法對PRI抖動信號分選圖

分析上述情況原因，主要是因為隨著脈沖到達時間離起點時間漸遠，相位因子exp[2πit/（tn-tm）]的相位誤差也隨著增大；又由于PRI抖動的影響，使得本該在同一個PRI箱里的脈沖卻落在了PRI中心值附近的幾個箱中，這使得傳統PRI變換法在脈沖存在抖動時，使得真實的PRI值被噪聲淹沒掉。針對PRI變換法的這兩個缺點，對其進行以下兩個方面的改進。

1）使用可移動的起始時間點，來減小相位因子的相位差。通過改變時間起點，減小因TOA遠離時間起點造成的相位誤差，通過不斷移動時間起點，相位因子的相位誤差不會積累，即可減少相位因子的誤差。

2）使用交疊的PRI箱來增加PRI箱的寬度，以此來克服PRI箱寬度和PRI抖動寬度與PRI估計精度之間的矛盾。

改進后的PRI變換法較傳統PRI變換法，由于不斷移動的時間起點和交疊箱的引入，使得計算量增加，算法復雜度提高，因此分選時間增加。

2.3 基于PRI變換的綜合分選方法

1）首先對接收到的脈沖序列利用2.1節中式（4）進行PRI取值統計。

2）對所有|Dk|值超過門限的PRI值依次進行序列檢索。將成功搜索到的脈沖序列從原始脈沖流中扣除，剩下的脈沖流中只含有復雜雷達信號脈沖序列。

3）利用改進的PRI變換法對剩余的脈沖進行分選。

4）對改進PRI變換估計出的PRI值進行后續的參差識別和調制識別。

3 仿真分析

假設待分選脈沖流中共有5部雷達：兩部常規雷達（PRI1=170 μs，PRI2=230 μs，20%的脈沖丟失）；三部帶有一定抖動量的復雜雷達信號 （PRI3=120 μs，PRI4=210 μs，PRI5=300 μs，抖動量為10%）。

接收到的雷達脈沖序列的TOA-PRI效果圖，如圖3所示，毫無規律。首先，使用傳統的PRI變換法對脈沖流進行分選，并搜索出脈沖流中的常規雷達信號。考慮脈沖流密度較高，脈沖丟失嚴重，將PRI箱數取為300，τmin=0 μs，τmax=1 000 μs，仿真結果如圖4所示。

圖3 待分選脈沖列TOA-PRI效果圖

圖4 PRI變換法分選圖

從圖4可以看出，在含有5部雷達的脈沖流中，使用傳統的PRI變化法可以估計出兩個PRI值，PRI1=170 μs，PRI2=230 μs，將這兩個PRI值用于序列檢索，成功搜索出兩個脈沖列并將其從脈沖流中扣除，得到剩余脈沖序列的TOA-PRI效果圖，如圖5所示。然后對剩余的脈沖流進行采用改進的PRI變換法，估計其中可能存在的PRI中心值，結果如圖6。從圖6中可看出，利用改進的PRI變換法可以很到估計出帶有抖動量的 PRI值 （PRI3=120 μs，PRI4=210 μs，PRI5=300 μs）。

圖5 剩余脈沖流TOA-PRI效果圖

圖6 改進的PRI變換法分選圖

然后對剩余的脈沖流采用改進的PRI變換法進行分選，估計其中可能存在的PRI中心值，結果如圖6。從圖6中可看出，利用改進的PRI變換法可以很到估計出帶有抖動量的PRI值（PRI3=120 μs，PRI4= 210 μs，PRI5=300 μs）。仿真表明，基于PRI變換的綜合分選方法可以很好地對常規雷達信號和復雜雷達信號同時存在的復雜雷達信號進行分選。

4 結束語

文中首先針對常規雷達信號和復雜雷達信號同時存在的復雜雷達信號環境，提出基于PRI變換的綜合分選方法，為了減少混合脈沖流的信號分選時間，首先采用傳統的PRI變換法從混合脈沖流中分選出常規雷達信號，然后對剩余脈沖流使用改進后的PRI變換法進行分選。仿真結果表明，該算法可行，并對脈沖丟失嚴重的情況仍具有很好的分選效果。隨著雷達輻射源數目不斷增加以及信號形式越來越復雜多樣，雷達信號分選的高效性、實時性以及抗干擾能力仍需要不斷改進。

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A new integrated method of radar signal sorting based on PRI

WEI Ke-you1，2，HUANG Kang2，LIANG Guang2，LIU Hui-jie2
（1.Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology，Chinese Academy of Sciences，Shanghai 200050，China；2.Shanghai Engineering Center for Microsatellites，Shanghai 201203，China）

In response to the mixture of constant PRI and fitter PRI，and reducing sorting time，give a new integrated method of signal sorting which combines PRI transform and its improved method. Simulation proves that this method is effective，and can be used to solve the problem of pulse loss.

signal sorting；PRI transform；integrated method；pulse loss

TN971

：A

：1674－6236（2017）01-0190-04

2015-12-22稿件編號：201512227

魏可友（1989—），男，山東臨沂人，碩士研究生。研究方向：信號與信息處理、電子偵察技術。