一種基于脈沖樣本圖的周期信號序列自提取方法

2018-05-04 06:12:47中國電子科技集團公司第五十一研究所上海201802

艦船電子對抗 2018年1期

關鍵詞：信號

許琪，吳琳(中國電子科技集團公司第五十一研究所，上海 201802)

0 引言

在日益復雜的戰(zhàn)場環(huán)境中，對輻射源的分選識別越來越困難。由于軍事領域的保密要求，難以獲得各雷達輻射源完整有效的信號序列樣式、各參數(shù)的先驗知識，因而難以獲得分選識別所需的知識庫、數(shù)據庫等，傳統(tǒng)的分選識別方法越來越不適用于現(xiàn)代電子戰(zhàn)場環(huán)境。

本文引入了文獻[1]提出的一種新的描述雷達信號序列樣式的方法，該方法為信號分選識別提供了一種新思路[2]。

傳統(tǒng)信號分選中的重點目標快速篩選處理技術[3]利用先驗知識，如已知某雷達某種工作模式的脈沖信號序列樣式，這時就可以用數(shù)據庫中該模板樣本圖與脈沖序列數(shù)據進行匹配相關，提取該樣本圖對應的脈沖序列，從而將信號分離開來。但復雜體制的雷達信號形式大多數(shù)是未知的，本文利用同種脈沖信號序列之間的相關性，將脈沖平移后相關，通過不斷調用匹配模塊，可將模板樣本圖逐一自動提取，并同時提取該模板樣本圖對應的脈沖序列，通過不斷的提取扣除，實現(xiàn)信號序列的提取。文獻[4]采用脈沖樣本圖的描述方式，提取了全脈沖數(shù)據中所含的模板樣本圖。本文在其基礎上可將模板樣本圖對應的脈沖序列同時提取，不再需要用模板樣本圖對全脈沖序列再次匹配相關來提取，提高了信號分選的速度，實現(xiàn)了快速威脅告警。

1 雷達信號脈沖樣本圖

雷達信號脈沖樣本圖是對雷達某一工作模式下脈沖序列的準確描述。假設S=(P1,P2,P3,…,PN)是某雷達在某功能某工作模式下發(fā)射的一組脈沖序列，其中N為脈沖個數(shù)。且序列的某些脈沖是以某個子序列SL=(Pi,Pi+1,Pi+2,…,Pi+L)周期重復出現(xiàn)組成的，則SL就是該脈沖序列的一個模板樣本圖。其中P表示含有到達角、射頻、脈寬、到達時間和脈內調制特征等特征參數(shù)的雷達信號脈沖描述字[1]。

2 樣本圖提取

2.1 樣本圖提取技術原理

設一個脈沖脈沖描述字(PDW)為P=(x1,x2,…,xk)，其中k為特征參數(shù)的個數(shù)，xj表示某個特征參數(shù)的值或數(shù)值區(qū)間，這里采用數(shù)值區(qū)間。

模板樣本圖的自提取就是將脈沖序列移位后原脈沖序列進行相關匹配，當移位時差為某信號的周期時，自相關函數(shù)值最大，這個周期內脈沖序列就是該信號在當前脈沖序列中的模板樣本圖。

設tn(n=1,…,N)為N個脈沖序列的到達時間。根據單位沖擊函數(shù)理論，將到達時間用單位沖擊函數(shù)來表示，則脈沖序列可以表示為:

(1)

自相關函數(shù)的表達式為：

(2)

將脈沖列的位移位數(shù)設為k，則Rx(τ)的離散形式可表達為：

(3)

設置移位位數(shù)后，將各個移位脈沖依次與原脈沖進行匹配相關，從其中匹配個數(shù)最多的移位脈沖中即可提取模板樣本圖。

對2個脈沖的距離匹配則用歐式加權距離d(x,y)進行判定，定義如下：

(4)

式中：k為特征參數(shù)的個數(shù)；x和y為2個具有k維特征參數(shù)的向量；wi為向量中第i維參數(shù)的加權值。

脈內調制特征參數(shù)(IPC)以編碼表示，其距離定義為：

(5)

對所處理的雷達脈沖信號序列，不同的特征參數(shù)具有不同的值域和量綱。計算脈沖距離時，需要對參數(shù)進行標準化處理，消除不同值域和量綱的影響。

x與y在第k維特征參數(shù)上的距離為:

(6)

式中：Δxk為x脈沖的第k維特征參數(shù)的容差。

計算兩者的加權歐式距離d(x,y)，當dxy

2.2 脈沖序列信號分選

為了更有效地提取脈沖序列中所有模板樣本圖，首先進行預處理，將脈沖序列按方位和頻段進行粗劃分，隨后對各頻段或方位下的脈沖序列進行模板樣本圖及其對應脈沖序列的提取。

圖1 信號序列自提取流程

若移位位數(shù)為n時的自相關函數(shù)Rn最大，且Rn>Rthreshold，則可根據標識函數(shù)對移位脈沖序列Sn進行提取整理，得到模板樣本圖和其對應的脈沖序列。

假設有一重頻三參差脈沖序列(脈沖長度為12)。當移位位數(shù)n=1時，待匹配脈沖序列S和移位脈沖序列S1的自相關函數(shù)值為R1；以此類推，得到自相關函數(shù)值R2、R3、R4、R5。若最大匹配結果過門限(此處R3值為9，門限為4)，則可根據標識函數(shù)矩陣對移位脈沖序列S3進行提取整理，得到對應的模板樣本MFrame=(P1,P2,P3)和樣本圖對應的脈沖序列M=(P1,P2,…,P12)。

設脈沖序列長度為Pnum，移位數(shù)為Ynum，信號序列自提取流程(如圖1所示)。

(1) 輸入脈沖序列數(shù)據。

(2) 將脈沖序列按方位和頻段粗劃分。

(3) 設置移位位數(shù)n=1。

(4) 根據n值生成待匹配脈沖序列S和移位脈沖序列Sn。

(5) 將S和Sn進行循環(huán)相關，匹配上的脈沖分選標識字函數(shù)置為1，并得到對應的相關函數(shù)值，直至移位Ynum次。

在進行移位循環(huán)相關時，移位脈沖會形成時間窗，時間匹配要求S中的脈沖要落在Sn中的脈沖形成的時間窗內，假設時間間隔容差為ΔT，S和Sn的時間差為dT=SnTOA1-STOA1，若對Sn中的脈沖i存在一個S中的脈沖j，滿足tTOAi-ΔT≤tTOAj-dT≤tTOAi+ΔT，則可認為時間匹配。

然后判斷是否多參數(shù)匹配，計算兩者的加權歐式距離dij，當dij

循環(huán)Ynum次，統(tǒng)計標識函數(shù)矩陣各行和，得到Ynum個相關函數(shù)值R。

(6) 比較R中的所有值，取其中的最大值(假設為移位n時)，若Rn>Rthreshold，則可取Sn中的P1,P2,…,Pn脈沖，根據標識函數(shù)第n行F(n,i)(i=1,2,…,n)中為1的i值得到對應的(Pi)脈沖串，即為一個模板樣本圖MFrame。

(7) 根據位置矩陣和標識函數(shù)矩陣，重置第n行的標識函數(shù)值，然后提取標識函數(shù)矩陣中第n行中為1的脈沖，即為模板樣本圖MFrame對應的脈沖序列M。

(8) 將上述序列M從脈沖序列中扣除，得到新的脈沖序列，當此序列脈沖數(shù)小于Pmax(此處設為2)時結束；否則跳至(3)，并更新Pnum和Ynum。