基于脈沖樣本子圖的同型雷達分選算法

周利華, 馬一科

(中國電子科技集團公司第三十八研究所,安徽 合肥 230088)

0 引言

隨著現代戰爭形式的發展，雷達偵察系統在戰爭中的作用越發重要。在戰爭中高度防御的目標不僅需要實時地對照射自身的雷達輻射源進行快速識別，還要給出精確的定位結果，以便做出有效的防御措施。雷達信號正確分選是雷達準確定位的前提，因此，脈沖信號分選的效果直接影響雷達偵察系統的性能。隨著雷達技術的快速發展，雷達信號形式日趨多樣化，對分選技術提出了更高的要求。文獻[1]提出了脈沖樣本圖的概念，可以對現有的大多數復雜體制雷達信號進行準確表述。文獻[2]提出利用輻射源時間維樣本子圖進行篩選匹配脈沖的方法，實現小樣本數雷達信號的脈沖提取，基于樣本子圖的描述方式使脈沖樣本圖的描述方式更靈活，為雷達信號分選提供了一種新思路。文獻[3]采用的PRI樣本子圖周期搜索算法，實現了對交錯的脈沖序列中的各個雷達脈沖序列的準確提取。但是對于全脈沖樣本中含有時域上相互交疊，在空域上無法進行分離的相同型號相同工作模式雷達，考慮同型雷達參數特點及實際漏脈沖情況，采用文獻[3]中的算法兩同型雷達脈沖均滿足匹配關系，均有可能被提取，無法實現同型雷達的正確分選，最終也無法給出正確的定位結果。

本文將脈沖的到達時間與PRI樣本子圖相結合，根據參數之間的轉換關系采用改進的TOA差分搜索算法，實現了同型參差雷達的準確分選。

1 脈沖樣本子圖介紹

脈沖樣本圖[4-6]是用多個脈沖的特征參數來描述雷達的知識特征，更加注重信號特征參數隨時間變化的規律，比傳統用歸納的雷達特征參數值描述方法更加完整。脈沖樣本子圖[2]是對脈沖樣本圖的簡化，根據實際情況設定子圖的維數，使得分析中可以抓主要矛盾，提高分選、分析的效率，具有更高的靈活性。

PRI樣本子圖[3]是脈沖樣本圖在時間維的投影，設偵察設備獲得的偵察信號在時間維上表述為：

X=(x1,x2,…,xM)

(1)

從X中選取一個子序列：

XL=(x1,x2,…,xL)

(2)

若XL能完全描述雷達當前工作模式下時間維參數變化特征，則XL就稱為PRI樣本子圖。把該子序列中取值相同的相鄰脈沖進行合并得：

Xm=(x1,x2,…,xm;n1,n2,…,nm)

(3)

顯然有n1+n2+…+nm=L，則PRI樣本子圖可以表示為：

Xm=(x1,x2,…,xm;n1,n2,…,nm;c)

(4)

式中，c表示脈沖重復周期參數的變化類型。c=1表示重頻固定，c=2表示重頻參差，c=3表示重頻組變，c=4表示重頻抖動，c=5表示重頻聯合變化。對于重頻3參差雷達則L為3，對應其模板脈沖序列可以表示為：

Xm=(x1,x2,x3;1,1,1;2)

(5)

2 算法介紹

以重頻三參差雷達為例，全脈沖樣本中含有兩部同型雷達信號脈沖的到達時間分布情況如圖1所示。

該算法對全脈沖抽取的流程如圖2所示。為了更清楚地對算法進行描述，設三參差雷達的PRI樣本子圖骨架周期為Frame=PRI1+PRI2+PRI3。該算法的具體步驟為：

1) 讀取全脈沖數據，將脈沖的分選標志位置零，讀取首脈沖到達時間為基準；

2) 讀取后一脈沖到達時間，求兩脈沖到達時間差分DTOA；判斷DTOA的值是否屬于PRI的最小值和PRI樣本子圖周期Frame之間；

3) 若DTOA屬于PRI最小值與Frame之間，則對DTOA與PRI樣本子圖的PRI值分別進行匹配，若匹配成功，將脈沖分選標志位置1并記錄匹配脈沖對應PRI樣本子圖的PRI序號n，更新基準脈沖值重復步驟2和步驟3尋找當前序號的下一PRI序號n+1繼續匹配；否則重復步驟2。

4) 若DTOA小于PRI的最小值，重復步驟2和步驟3；若DTOA大于Frame，此時考慮漏脈沖的情況，對DTOA/Frame求余，并將余數作為DTOA值繼續步驟3。

5) 剔除分選標志位為1的脈沖，重復上述步驟，完成對兩部同型雷達信號的分選。

3 算法驗證

根據衛星偵收雷達脈沖信號的真實情況，仿真產生一組多個雷達信號交疊的全脈沖數據，每個脈沖含有載頻(RF)、脈寬(PW)、位置信息(LON,LAT)、到達時間(TOA)四個特征參數，雷達參數具體設置如表1 所示。

為更加逼近真實衛星偵收雷達信號的特點，對每個接收到的脈沖增加一個到達時間隨機誤差，均值為0，標準差為2μs，設載頻的測頻誤差為±1.5 MHz，脈寬的測量誤差為±0.5μs，且每部雷達的漏失脈沖率設置為20%。

表1 雷達參數設置表

如表1所示，Radar1和Radar2為兩部同型號雷達，兩部雷達脈沖交錯出現，參數相同、位置相近在空域上無法進行分離。為了使分選結果展示得更為直觀，將Radar1的幅度值PA設置為Radar2的兩倍，Radar2首脈沖到達時間相對于Radar1延遲 0.581s。經網格密度聚類算法預處理后，兩個同型號雷達脈沖數據仍無法實現分離。采用本文中的算法對Radar1和Radar2的預處理結果繼續分選處理，為了保證分選結果的正確性，設連續抽取脈沖數≥3，結果如圖3(a)所示。圖3(b)為圖3(a)的局部放大圖。

圖3中的(·)表示Radar1和Radar2截獲全脈沖的幅度值，(△)為對Radar1全脈沖數據分選結果的幅度值，(○)為對Radar2全脈沖數據分選結果的幅度值。為了保證分選結果的正確性，在漏脈沖情況下，連續抽取脈沖數小于3的脈沖將被丟棄。經反復驗證，在漏脈沖為20%的情況下，本算法可以實現對同型雷達的正確分選，分選準確率可達99%以上，脈沖提取成功率為95%以上。

4 結束語

本文針對接收數據中同型號同模式雷達信號的分選問題，提出的基于脈沖樣本子圖的同型雷達分選算法。經過仿真驗證，此算法可實現對固定重頻和參差重頻變化雷達的準確分選，而對于重頻組變雷達，也可采用此算法進行分選，但還需對上述算法做進一步調整和優化，這將在后續的研究中繼續深入?！?/p>

參考文獻：

[1] 羅景青,王杰貴.探討一種新的雷達信號描述方式和識別技術[J].電子對抗,2009(6):7-11.

[2] 孟祥豪,羅景青,吳世龍.一種小樣本數脈沖信號的樣本子圖分選算法[J].活力與指揮控制,2015,40(5):34-39.

[3] 孟祥豪,羅景青,馬賢同.新體制雷達信號PRI樣本子圖周期搜索提取方法[J].信號處理,2015,31(4):399-406.

[4] 孟祥豪,羅景青,王杰貴.基于自提取脈沖樣本圖的雷達信號快速提取法[J].航天電子對抗,2014,30(4):53-57.

[5] 張鵬程,王杰貴,曠平昌，等.重點雷達輻射源快速篩選識別算法分析[J].火力與指揮控制,2015,40(11):31-35.

[6] 劉凱,許煥武,陳茂香.基于參數樣本圖的雷達輻射源識別[J].電子信息對抗技術,2015,30(1):43-58.