一種雷達(dá)源信號分選檢測方法

錢劍勛

摘要：本文針對雷達(dá)在完成自身目標(biāo)探測功能的同時(shí)，兼顧監(jiān)視周邊頻譜態(tài)勢感知時(shí)如何在有限資源及時(shí)間內(nèi)實(shí)時(shí)多源交織信號的分選問題，研究了一種雷達(dá)源信號分選檢測方法，并開展了外場試驗(yàn)驗(yàn)證。首先，闡述了雷達(dá)源信號監(jiān)測的方法。然后基于雷達(dá)信號的相關(guān)性和和噪聲隨機(jī)性，提出了動(dòng)態(tài)聚類的分析方法實(shí)現(xiàn)雷達(dá)脈沖流的預(yù)分選，并用脈沖信號多個(gè)參數(shù)的加權(quán)歐幾里德距離來表征雷達(dá)脈沖信號參數(shù)之間的幾何距離，在工程應(yīng)用上利用遞推算法的小運(yùn)算量實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算。最后，構(gòu)建試驗(yàn)系統(tǒng)并給出探測試驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明：動(dòng)態(tài)聚類的分析方法及相關(guān)算法具備可行性及實(shí)時(shí)性。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)信號分選;累積相關(guān)算法;動(dòng)態(tài)聚類

中圖分類號：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）17-0292-04

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 引言

在現(xiàn)代電磁空間信息戰(zhàn)中誰能夠掌握電磁信號的控制權(quán)和戰(zhàn)場雷達(dá)信號態(tài)勢，誰就能充分發(fā)揮武器裝備的作戰(zhàn)效能。現(xiàn)代雷達(dá)目標(biāo)探測的功能越來越多，作為大功率孔徑的傳感器，雷達(dá)全方位的空域覆蓋范圍可以達(dá)到幾百上千公里，雷達(dá)只具有單一目標(biāo)探測功能是對資源的巨大浪費(fèi)。因此，雷達(dá)裝備在滿足常規(guī)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的要求下，還應(yīng)具有氣象感知、電子干擾、電子偵察及通信等功能。本文就雷達(dá)對目標(biāo)探測和工作重頻較高，占用資源較多的情況下，如何有效、實(shí)時(shí)、高可靠地實(shí)現(xiàn)周邊環(huán)境頻譜態(tài)勢感知（信號監(jiān)測及分選）。雷達(dá)輻射源信號分析和識別的基礎(chǔ)和前提是對截獲的密集交錯(cuò)信號進(jìn)行分選[1]，只有將屬于每一部雷達(dá)的脈沖分選出來，才能對雷達(dá)輻射源相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)的估計(jì)。

2 信號檢測方法

2.1雷達(dá)信號檢測技術(shù)

累積相關(guān)算法主要適用于低信噪比雷達(dá)信號的檢測。該算法利用信號的自身相關(guān)性和噪聲的隨機(jī)性等特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)對低信噪比雷達(dá)信號的檢測。這種算法工程實(shí)現(xiàn)計(jì)算量小，復(fù)雜度低，主要通過遞推運(yùn)算，每次運(yùn)算只需要一次復(fù)乘和兩次復(fù)加，就可以實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)信號的實(shí)時(shí)檢測。累積相關(guān)算法有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1） 有效性。累積相關(guān)算法能夠準(zhǔn)確有效地檢測出低信噪比信號。

（2） 實(shí)時(shí)性。累積相關(guān)算法復(fù)雜度低，每計(jì)算一個(gè)新值僅需一次復(fù)乘和兩次復(fù)加，運(yùn)算簡單，工程實(shí)現(xiàn)容易，可以實(shí)現(xiàn)對信號的實(shí)時(shí)檢測。

（3） 檢測低信噪比信號。累積相關(guān)算法可以通過改變累積長度改善輸出信噪比，檢測概率隨著信噪比的增加而增大。

（4） 能夠根據(jù)檢測包絡(luò)測量脈沖的相關(guān)參數(shù)。累積相關(guān)函數(shù)與累積長度、脈沖寬度有關(guān)，累積包絡(luò)輸出的起點(diǎn)位于脈沖的上升沿處，終點(diǎn)位于脈沖下降沿處，根據(jù)包絡(luò)由此可以估計(jì)出脈沖的到達(dá)時(shí)間和截止時(shí)間，相應(yīng)地，由累積相關(guān)輸出的終點(diǎn)減去起點(diǎn)即可得出脈沖寬度，從而實(shí)現(xiàn)脈沖到達(dá)時(shí)間、脈沖寬度的測量。

2.2 雷達(dá)信號分選技術(shù)

雷達(dá)信號分選是在偵察到的雜亂無章的雷達(dá)脈沖中將屬于各個(gè)雷達(dá)的脈沖從脈沖流中分選出來，并對屬于每部雷達(dá)的信號參數(shù)進(jìn)行估計(jì)的技術(shù)[2]。雷達(dá)信號分選能準(zhǔn)確識別出空間中各種不同的雷達(dá)信號特征，并將分選結(jié)果放入數(shù)據(jù)庫中。以便后期做進(jìn)一步的處理，如電子干擾、定位、跟蹤等，雷達(dá)信號分選是電子對抗中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。雷達(dá)信號分選主要利用雷達(dá)脈沖參數(shù)等特征進(jìn)行分選，雷達(dá)信號分選的普遍做法是首先利用單個(gè)或多個(gè)脈沖描述字（PDW）等信息進(jìn)行預(yù)分選，以實(shí)現(xiàn)對脈沖流的稀釋，然后再利用脈沖重復(fù)周期（PRI）信息進(jìn)行主分選，獲得每部雷達(dá)的脈沖重復(fù)周期。最后，通過對脈沖重復(fù)周期進(jìn)行脈沖檢索，將屬于某一部雷達(dá)的脈沖從偵察到的脈沖流中分離出來。

3 信號檢測實(shí)現(xiàn)

3.1 實(shí)現(xiàn)原理

假設(shè)接收到的含噪雷達(dá)信號為

式中，[s（k）]為信號，[n（k）]為噪聲。

根據(jù)累積相關(guān)算法的定義，相關(guān)函數(shù)為

式中，[N]為累積的長度。

比較[r（k）]與[r（k-1）]可以發(fā)現(xiàn)

從上式可以看出，采用遞推運(yùn)算，每計(jì)算一個(gè)新的[r（k）]僅需一次復(fù)乘和兩次復(fù)加，運(yùn)算簡單，易于實(shí)時(shí)處理。

若[w（i）]為均值為[0]，方差為[σ2N]的復(fù)高斯白噪聲，[s（i）]為單頻信號，則[x（i）]為式中，

3.2 雷達(dá)信號分選過程

RF和PW的聯(lián)合分選有兩種實(shí)現(xiàn)方式：一種是將RF、PW分別按照一定的精度要求進(jìn)行分選[3];另一種是采用動(dòng)態(tài)聚類[4]的方法。這里，采用動(dòng)態(tài)聚類方法實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號脈沖流的預(yù)分選。

一個(gè)雷達(dá)脈沖信號是否屬于某一個(gè)雷達(dá)輻射源，可以采用脈沖信號參數(shù)的加權(quán)歐幾里德距離來表征雷達(dá)脈沖信號參數(shù)之間的幾何距離[5]：

根據(jù)上面的分析，動(dòng)態(tài)聚類算法的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

（7）將類中元素個(gè)數(shù)小于5的類歸并到鄰近類中，完成整個(gè)聚類過程。

4 實(shí)際數(shù)據(jù)采集分析結(jié)果

下面對實(shí)際采集到的某雷達(dá)信號進(jìn)行累積相關(guān)算法處理。采集到的雷達(dá)信號脈寬大約為13μs，帶寬B為6MHz，脈沖重復(fù)頻率PRF為300Hz，采樣頻率f為30MHz。信號的時(shí)域波形以及累積相關(guān)輸出如圖1所示，其中累積長度N為400。從時(shí)域波形可以看出，該雷達(dá)信號信噪比較強(qiáng)，可以直接從時(shí)域觀察到雷達(dá)脈沖信號的存在。

從時(shí)域波形圖與累積相關(guān)輸出結(jié)果圖可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過累積相關(guān)之后，輸出信噪比得到了極大的改善?？梢?，在每個(gè)脈沖出現(xiàn)時(shí)，累積相關(guān)函數(shù)將會出現(xiàn)峰值，累積相關(guān)峰的終點(diǎn)始終位于脈沖下降沿處，即脈沖的截止時(shí)間，當(dāng)累積長度等于脈沖寬度時(shí)，相關(guān)峰位于脈沖起始時(shí)間處。由此證明了算法能夠準(zhǔn)確有效地檢測出雷達(dá)信號。

對于實(shí)際采集到的第二組某雷達(dá)信號，同樣采用累積長度N為400進(jìn)行累積相關(guān)處理。信號的時(shí)域波形圖以及累積相關(guān)輸出結(jié)果圖如圖2所示。由時(shí)域波形圖可以看出，該雷達(dá)信號較弱，完全淹沒在了噪聲中，從時(shí)域上沒法觀察脈沖信號的存在。

從上圖可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過累積相關(guān)之后，累積相關(guān)函數(shù)出現(xiàn)了相關(guān)峰，因此該算法可以實(shí)現(xiàn)低信噪比雷達(dá)信號的檢測。根據(jù)檢測包絡(luò)能測量出雷達(dá)脈沖到達(dá)時(shí)間、脈沖寬度等參數(shù)。

下圖為在兩/三個(gè)脈沖相互交錯(cuò)的情況下，不同最大抖動(dòng)量下的分選成功率的仿真圖，從圖中我們可以看出最大抖動(dòng)量≤0.15時(shí)，分選成功率≥0.8，證明該算法確實(shí)具有較好的可用性。

5 結(jié)束語

本文從電子對抗偵察中雷達(dá)信號的檢測、分選的原理，技術(shù)實(shí)現(xiàn)的途徑，工程實(shí)現(xiàn)的算法三方面構(gòu)建了雷達(dá)輻射源的信號處理流程及實(shí)現(xiàn)過程。后續(xù)的實(shí)際試驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析驗(yàn)證此方法的正確性。本文對雷達(dá)輔助功能的頻譜態(tài)勢感知的工程應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值。

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