常見雷達信號分選算法研究

張 德 交

(哈爾濱工程大學，哈爾濱 150001)

常見雷達信號分選算法研究

張 德 交

(哈爾濱工程大學，哈爾濱 150001)

在電子對抗中，信號往往復雜多變，對雷達信號的分選提出了新的要求.要準確地確定主輻射源，確定干擾手段，就要從一連串脈沖流中分選出來自同輻射源的脈沖序列.為了分選時域上不同特征的雷達信號——常規信號、抖動信號以及參差信號——先后對PRI變換法、改進了的PRI變換法以及SDIF法這三種分選算法進行了研究，并對這些算法在不同參數上分別用Matlab進行了仿真，實驗表明PRI變換法能檢測常規信號，但不能檢測抖動雷達信號以及參差雷達信號的子周期；改進后的PRI變換法可以檢測10%以內的抖動信號；而SDIF算法不僅能檢測出常規信號和參差信號，而且運算量較小,達到了分選常見雷達信號的目的.

信號分選；PRI變換法；改進的PRI變換法；SDIF算法；Matlab 仿真

雷達信號分選在雷達偵查系統中的地位不容忽視.雷達信號分選是將無規則交疊的信號流中分離出各單個雷達信號的過程.其原理就是利用接受到的各種參數(脈沖到達角、載頻、脈寬、幅度及到達時間等)，將交織混雜在一起的脈沖信號分出各雷達的單脈沖信號[1].

在雷達偵察干擾中，信號的分選技術越發關鍵.其中信號的脈間的時域特征包括參差 PRI、抖動 PRI、滑變 PRI等.而常見的分選方法有：PRI變換法、改進的PRI變換法、序列差值直方圖法(SDIF法)等.本文將著重介紹上述幾種常見的分選方法，以及通過對不同時域特征雷達信號分選的仿真，歸納出它們的適用條件[2-4].

1 PRI變換法

PRI變換法只考慮脈沖到達時間[5-6].設脈沖的到達時間為tn,n=0,1,2,……N-1，其中N為脈沖個數，這樣到達的脈沖串為：

(1)

那么g(t)的自相關函數的表示如下：

(2)

(3)

將式(1)帶入式(2)、(3)得：

(4)

(5)

其中:τ>0，D(τ)為脈沖重復間隔的譜圖.可以看到，上式是在自相關函數法上做復積分得到的.對交雜的脈沖信號進行自相關運算，會在PRI整數倍處出現峰值現象.而在PRI變換法中，潛在PRI處只有一個峰值，較理想地克服了子諧波的影響[7].

為了便于分析，對PRI變換進行離散化.設PRI的變化范圍[τmin,τmax],將其分成K個相等小區間，每個小區間寬度為b=(τmax,τmin)/K.設第k個小區間的中心為：

(6)

確定PRI的存在范圍、PRI箱的中心值以后，Dk可以化簡為：

exp[2πjtn/(tn-tm)]

(7)

當b→0 時，Dk/b→D(τ).潛的PRI用|Dk|過門限值對應的脈沖間隔來表示，再按估計出的PRI值進行序列搜索[8].

圖1 PRI變換法分選3列固定周期脈沖信號

由仿真結果可以看出PRI變換法對高次諧波的抑制效果是明顯的，結果很理想.而對脈沖流加入10%抖動時，仿真如圖2所示.

圖2 PRI變換法分選3列10%抖動脈沖信號

當抖動達到10%時，的峰值降低得并不明顯，以致部分諧波分量出現，難以完全抑制，導致無法進行信號的分選.所以PRI變化法對于大抖動的脈沖信號檢測不是很理想.而當輸入脈沖流為一個子周期分別為0.22、0.58 ms，幀周期為1 ms的三參差雷達脈沖序列時，仿真結果如圖3所示.

可以看出，PRI變換算法無法檢測出參差脈沖序列，只可以檢測出幀周期.所以PRI變化法在分選參差信號時，也會遇到困難.

圖3 PRI變換法分選1列三參差脈沖信號

2 改進的PRI變換法

PRI變換法在處理PRI固定的常規脈沖序列時，能有效地抑制諧波.但是，對于 PRI抖動的脈沖列，該方法的分選效果并不理想.主要有兩個原因：一是由于脈沖列的到達時間逐漸遠離起始時間，相位因子的相位誤差逐漸增大；二是本應集中在同一個小區間的脈沖對由于抖動的存在而被平均分布在PRI值附近的幾個區間中.因此，針對以上兩點，本文對 PRI 變換法進行了修正和改進[9].

針對相位因子逐漸增大的誤差，可改變相對開始時間以達到減小的目的.從而改進相位因子 exp[2πjtn/(tn-tm)]，避免了相位誤差帶來的影響.

針對第二個原因，則可設置交疊的PRI小區間.設雷達脈沖的抖動量是ε，PRI小區間數是K，則第k個小區間的中心值為τK=(k-1/2)b+τmin,k=1,2,…,K[τmin,τmax]是 PRI 的估計范圍，令重疊 PRI的箱寬為bk=2ετk.

改進的PRI變換法的具體算法流程如下：

1)初始化，令Dk=0,(1≤k≤K)，n=2；

2)令m=n-1；

3)令τ=tn-tm,若τ≤τmin(1-ε)，跳轉到式(11)；否則τ≥τmax(1-ε)，跳轉到式(12)；

5)對每個k=k1，…進行式(6)～(10)；

6)初始化起始時間.當第k個PRI首次出現時，則令tok=tn；

7)初步計算相位并分解：η0=(tn-tok)/τk，v=round(0)，ζ=η0/v-1；

8)如果滿足((v=1)&&(tn=tok))&&(|ζ|≤ζ0)，則更新起始時間：tn=tok；

9)重新計算相位η=(tn-tok)/τk=(tn-tok)/τk；

10)更新PRI變換值Dk=Dk+exp(2πjη)；

11)對m=m-1，如果m<1則轉到式(12)，否則轉到(3)；

12)對n=n+1，如果n>N,停止.否則轉到式(2)[8].

圖4 改進的PRI變換法分選3列10%抖動脈沖信號

可以看出，在脈沖抖動為10%時，經改進后的PRI變換法，仍然能夠明顯地測出峰值，分選效果較理想.

3 SDIF算法

序列差值直方圖法(SDIF)基本原理是：首先計算序列相鄰脈沖的時間差，形成的第一級差值直方圖，確定檢測門限.如果有一個值超過門限，則將其對應的PRI進行脈沖序列搜索；否則不進行脈沖序列搜索，直接統計下一級的差值直方圖，再搜索脈沖序列.將直接分離出的序列剔除，然后繼續對剩余的脈沖序列從第一級統計的新差值，重復以上過程[8-10].

仿真及分析：輸入一列三參差的周期雷達信號，脈沖重復周期PRI為111 μs，子PRI分別為11 μs和35 μs，脈寬為2.5 μs，觀測時間為200 μs.仿真結果如圖5所示.

圖5 SDIF算法分選1列三參差脈沖信號

可以看出，SDIF法分選存在參差的單脈沖序列時，能夠成功分離出所有的子PRI，分選效果理想.

如果輸入一個三參差和一個常規的周期信號，三參差信號參數如上，常規信號的周期為181 μs，到達時間為1 μs，脈寬為2.5 μs，觀測時間為200 μs，仿真結果如圖6所示.

圖6 SDIF算法分選1列三參差脈沖信號和1列常規信號

可以看出，SDIF法分選常規周期信號和參差信號時，能夠成功分離出所有的子PRI和幀PRI，分選效果理想.

4 結 語

本文通過對PRI變換，改進的PRI變換，以及SDIF分選方法的研究及仿真，發現對常規的PRI脈沖序列進行分選時，效果較理想.但當PRI存在抖動時，由于TOA距時間起點較遠，增大了相位誤差，而且本來集中于同一個PRI區間的脈沖序列分散在以PRI為中心附近的幾個PRI區間中，出現部分諧波分量導致真實的PRI可能淹沒在噪聲中.而

且PRI變換法無法檢測參差脈沖序列，只能檢測出幀周期，由此引入了修正的 PRI 變換法，該方法有效地改進 PRI 變換的缺點，并將成功分選信號的抖動范圍提高到了10%.雖然在運算量上較大，但能夠有效地抑制子諧波分量.而針對參差信號分選引入的SDIF算法不僅計算量少，而且能夠有效地分選參差信號.

[1] 楊 多. 復雜環境下多參數雷達信號分選算法研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學, 2012.

[2] 喬宏樂, 王 超, 王 鵬. 基于PRI變換法的脈沖信號分選算法[J]. 火控雷達技術, 2012, 41(2): 34-38.

[3] 周 政, 唐 宏, 張永順. 基于PRI的參差雷達脈沖列分選方法[J]. 現代防御技術, 2009, 37(5): 123-126.

[4] 李國君, 舒 洪, 趙棟華. 一種改進的動態關聯信號分選算法[J]. 雷達科學與技術, 2011, 12(6): 547-550

[5] NISHIGUCHI K, KOBAYASHI M. Improved algorithm for estimating pulse repetition intervals [J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2000, 36(2): 407-421.

[6] 王興穎, 楊紹全. 基于脈沖重復間隔變換的脈沖重復間隔估計[J]. 西安電子科技大學學報, 2002, 29(3): 355-359.

[7] 欒 超. 雷達信號分選關鍵技術研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業大學, 2012: 34-41.

[8] 明 焱. 未知雷達信號PRI分選算法研究[D]. 西安: 西安電子科技大學, 2013, 21-22, 29-31, 38-42.

[9] 程 翔. 復雜電磁環境下雷達信號脈間分析算法研究[D]. 南京: 南京航空航天大學, 2011. 36-39.

[10] 趙觀星. 雷達電磁環境模擬系統的設計與實現[D]. 南京: 南京理工大學, 2013. 34-37.

Researchonsortingalgorithmforcommonradarsignal

ZHANG De-jiao

(Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

In electronic countermeasure environment, signals are dense and complex, which are new challenges to radar signal sorting. For the purpose of leading the countermeasures system choose the main radiation source and determining the interference means promptly and accurately, pulse sequence derived from the same source of the radiation must be sorted from a series of staggered pulses exactly. In order to sort different characteristics of the radar signal on the time domain——normal signal, staggered PRI signal and dither signal, PRI transform algorithm, the improved PRI transform algorithm, and SDIF algorithm are studied in sequence and simulated with Matlab by different parameters. At last the application conditions, the advantages and disadvantages of each algorithm were analyzed. It showed that PRI transform algorithm can sort normal signal, but it cannot sort either signal or the child PRI of staggered PRI signal. The improved PRI transform algorithm could sort dither signal which dithered no more than 10%, and SDIF algorithm could not only sort normal signal and staggered PRI signal, but also has a easier computational work. The aim of sorting common radar signal has been achieved.

signal sorting; PRI transform algorithm; improved PRI transform algorithm; SDIF algorithm; Matlab simulation

2016-03-26.

張德交(1989-)，男，碩士，研究方向：雷達信號的分選.

TN957

A

1672-0946(2017)05-0577-04