基于自相關(guān)序列的激光脈沖信號(hào)解碼算法分析與設(shè)計(jì)

楊建慧+張?zhí)?/p>

摘 要：由于激光脈沖信號(hào)編碼方式的多樣化，激光脈沖信號(hào)的解碼方式也隨之日趨多樣，文章針對(duì)周期型激光編碼信號(hào)，運(yùn)用自相關(guān)理論分析和解算激光脈沖信號(hào)的周期，并結(jié)合序列搜索法求出在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)有效的脈沖間隔碼，最后通過仿真驗(yàn)證該算法的有效性和可行性。

關(guān)鍵詞：激光編碼信號(hào)；自相關(guān)序列；激光脈沖解碼

中圖分類號(hào)：TN929.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）35-0115-02

1 概述

激光脈沖信號(hào)所采用的編碼方式已日趨多樣化，其主要包括：精確頻率碼、脈沖調(diào)制碼、變間隔碼、等差型編碼、偽隨機(jī)碼等[1]，為了達(dá)到反破譯的目的，在以上各種碼型的基礎(chǔ)上，還可能加入隨機(jī)的干擾信息。

目前，激光編碼解算方法的理論研究取得了一定的進(jìn)展[2]，其主要有時(shí)間差分統(tǒng)計(jì)法、根據(jù)脈沖時(shí)間間隔比選擇碼型法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的解碼方法、基于自相關(guān)運(yùn)算的解碼方法[3]。應(yīng)用時(shí)間差分統(tǒng)計(jì)法在探測(cè)到的激光脈沖序列中出現(xiàn)漏脈沖和干擾脈沖的情況下，在識(shí)別過程中會(huì)出現(xiàn)應(yīng)用漏識(shí)別或過度識(shí)別的問題。而根據(jù)脈沖時(shí)間間隔比來設(shè)計(jì)查找表確定碼型的方法適用于編碼位數(shù)在3～8位之間，查表速度快，執(zhí)行效率高，但是當(dāng)編碼位數(shù)高于8位時(shí)，采用該法會(huì)出現(xiàn)查表耗費(fèi)時(shí)間長，表設(shè)計(jì)困難等問題。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的解碼方法，在模型訓(xùn)練中存在模型的收斂速度距離工程應(yīng)用還有一段距離[4]。對(duì)于周期型的激光脈沖信號(hào)，通過自相關(guān)處理，在出現(xiàn)漏脈沖和干擾脈沖的時(shí)刻，仍可實(shí)現(xiàn)對(duì)其隱含周期的識(shí)別。

2 自相關(guān)函數(shù)的相關(guān)理論依據(jù)

激光脈沖信號(hào)序列由探測(cè)的脈沖到達(dá)時(shí)間得到，設(shè)tn為測(cè)得的第n個(gè)脈沖前沿到達(dá)時(shí)刻，則激光脈沖信號(hào)序列x（tn）可表示如公式1所示。

由自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)可知：若x（n）具有周期性，則rxx（τ）也具有周期性，且與原信號(hào)同周期。因此，當(dāng)x（n）的周期為N時(shí)，rxx（τ）的周期也為N，其周期性如公式（4）所示。

rxx（τ）=rxx（τ+N） （4）

即使探測(cè)到的激光脈沖信號(hào)存在漏脈沖或干擾脈沖，但它仍然是具有隱含周期的序列，對(duì)該序列應(yīng)用自相關(guān)函數(shù)變換，借助自相關(guān)序列求周期，可得探測(cè)到的激光脈沖信號(hào)的周期。

3 應(yīng)用自相關(guān)函數(shù)進(jìn)行激光脈沖信號(hào)解碼

3.1 應(yīng)用自相關(guān)函數(shù)求解激光脈沖信號(hào)的幀周期

以激光脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)刻作為輸入， 應(yīng)用自相關(guān)函數(shù)求解激光脈沖信號(hào)周期，其處理流程如下，如示意圖1所示。

（1）將激光脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)刻作為輸入，記錄下脈沖到達(dá)時(shí)刻序列。

（2）先將接收到脈沖信號(hào)進(jìn)行鎖定，計(jì)算該脈沖信號(hào)與前一激光脈沖信號(hào)的抵達(dá)時(shí)間間隔，若該時(shí)間間隔與先前的脈沖時(shí)間隔序列進(jìn)行比對(duì)，若滿足系統(tǒng)要求的時(shí)戳容差，可識(shí)別其等差型編碼序列。若條件均不滿足，可累計(jì)該脈沖抵達(dá)時(shí)刻與前一脈沖抵達(dá)時(shí)刻的脈沖間隔。

（3）對(duì)累計(jì)得到的若干個(gè)脈沖抵達(dá)時(shí)間間隔序列進(jìn)行離散化處理[5]，得到激光脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔的離散化序列。

（4）對(duì)激光脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔的離散化序列應(yīng)用自相關(guān)函數(shù)執(zhí)行運(yùn)算，獲得激光脈沖信號(hào)的自相關(guān)序列。

（5）由于激光脈沖信號(hào)的自相關(guān)序列具備良好的周期性，通過激光脈沖信號(hào)的自相關(guān)序列計(jì)算出該序列的最大周期T，等價(jià)于原激光脈沖信號(hào)的周期。

3.2 應(yīng)用序列搜索法求解激光脈沖間隔序列

以自相關(guān)序列的周期為基準(zhǔn)，采用序列搜索法從現(xiàn)有的抵達(dá)時(shí)間間隔序列中搜索出滿足條件的激光脈沖間隔編碼的子序列，序列搜索法流程如下，示意如圖2所示。

（1）將自相關(guān)序列的周期T作為輸入，設(shè)定系統(tǒng)的容忍誤差為e，序列搜索的兩個(gè)起始點(diǎn)分別為m1，m2。

（2）初始化兩個(gè)序列的累加周期T1=0，T2=0。

（3）將兩個(gè)周期T1、T2依次向沿遞增方向累加脈沖間隔，m1、m2累加次數(shù)自增。

（4）若同時(shí)滿足T1

（5）若T1與T2均同時(shí)落在序列幀周期T的容差范圍內(nèi)，且T1，T2的累加次數(shù)相等，則累加過程中的脈沖序列即為所要查找到的間隔序列。若不滿足該條件，置起始位置m1，m2向下遞增。重回步驟2。

4 仿真驗(yàn)證

解碼實(shí)驗(yàn)：對(duì)脈沖間隔碼型為25ms、50ms、60ms、50ms、40ms、30ms、100ms、50ms的8位脈沖編碼信號(hào)和間隔碼型為25ms、50ms、60ms、50ms、40ms、30ms、100ms、50ms、75ms、55ms的10位脈沖編碼信號(hào)進(jìn)行識(shí)別的仿真實(shí)驗(yàn)。輸入為四幀信號(hào)，分別對(duì)兩個(gè)序列第二幀加入干擾脈沖，對(duì)第三幀進(jìn)行漏脈沖處理。加入干擾脈沖的8位脈沖編碼信號(hào)如圖3所示，加入干擾脈沖并進(jìn)行漏脈沖處理的10位編號(hào)信號(hào)如圖5所示。應(yīng)用自相關(guān)函數(shù)分別對(duì)8位脈沖編碼信號(hào)、10位脈沖編碼信號(hào)進(jìn)行處理，分別輸出其自相關(guān)序列的周期，8位脈沖編碼信號(hào)的自相關(guān)周期序列如圖4所示，10位脈沖編碼信號(hào)的自相關(guān)周期序列如圖6所示。

通過實(shí)驗(yàn)得到8位脈沖編碼信號(hào)的自相關(guān)序列的最大周期為445ms，10位脈沖編碼信號(hào)的自相關(guān)序列的最大周期N=575ms，即兩個(gè)激光脈沖編碼的幀周期分別為445ms和575ms，再通過序列搜索法，得到子周期。對(duì)于三幀以上的激光脈沖信號(hào)，即使信號(hào)中出現(xiàn)有干擾脈沖和漏脈沖，均可實(shí)現(xiàn)對(duì)激光編碼周期的識(shí)別，仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該算法的有效性。

5 結(jié)束語

基于自相關(guān)函數(shù)的激光編碼解算方法可以有效地解決在系統(tǒng)要求的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)精確識(shí)別敵方激光編碼的問題，該方法在存在較強(qiáng)的干擾信號(hào)時(shí)仍具有良好的識(shí)別性能，同時(shí)該方法又具備可擴(kuò)展性，對(duì)未來可能出現(xiàn)具有周期性的激光編碼信號(hào)均可有效地識(shí)別。

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