一种基于脉冲样本图的周期信号序列自提取方法

2018-05-04 06:12中国电子科技集团公司第五十一研究所上海201802

舰船电子对抗 2018年1期

许琪，吴琳(中国电子科技集团公司第五十一研究所，上海 201802)

0 引言

在日益复杂的战场环境中，对辐射源的分选识别越来越困难。由于军事领域的保密要求，难以获得各雷达辐射源完整有效的信号序列样式、各参数的先验知识，因而难以获得分选识别所需的知识库、数据库等，传统的分选识别方法越来越不适用于现代电子战场环境。

本文引入了文献[1]提出的一种新的描述雷达信号序列样式的方法，该方法为信号分选识别提供了一种新思路[2]。

传统信号分选中的重点目标快速筛选处理技术[3]利用先验知识，如已知某雷达某种工作模式的脉冲信号序列样式，这时就可以用数据库中该模板样本图与脉冲序列数据进行匹配相关，提取该样本图对应的脉冲序列，从而将信号分离开来。但复杂体制的雷达信号形式大多数是未知的，本文利用同种脉冲信号序列之间的相关性，将脉冲平移后相关，通过不断调用匹配模块，可将模板样本图逐一自动提取，并同时提取该模板样本图对应的脉冲序列，通过不断的提取扣除，实现信号序列的提取。文献[4]采用脉冲样本图的描述方式，提取了全脉冲数据中所含的模板样本图。本文在其基础上可将模板样本图对应的脉冲序列同时提取，不再需要用模板样本图对全脉冲序列再次匹配相关来提取，提高了信号分选的速度，实现了快速威胁告警。

1 雷达信号脉冲样本图

雷达信号脉冲样本图是对雷达某一工作模式下脉冲序列的准确描述。假设S=(P1,P2,P3,…,PN)是某雷达在某功能某工作模式下发射的一组脉冲序列，其中N为脉冲个数。且序列的某些脉冲是以某个子序列SL=(Pi,Pi+1,Pi+2,…,Pi+L)周期重复出现组成的，则SL就是该脉冲序列的一个模板样本图。其中P表示含有到达角、射频、脉宽、到达时间和脉内调制特征等特征参数的雷达信号脉冲描述字[1]。

2 样本图提取

2.1 样本图提取技术原理

设一个脉冲脉冲描述字(PDW)为P=(x1,x2,…,xk)，其中k为特征参数的个数，xj表示某个特征参数的值或数值区间，这里采用数值区间。

模板样本图的自提取就是将脉冲序列移位后原脉冲序列进行相关匹配，当移位时差为某信号的周期时，自相关函数值最大，这个周期内脉冲序列就是该信号在当前脉冲序列中的模板样本图。

设tn(n=1,…,N)为N个脉冲序列的到达时间。根据单位冲击函数理论，将到达时间用单位冲击函数来表示，则脉冲序列可以表示为:

(1)

自相关函数的表达式为：

(2)

将脉冲列的位移位数设为k，则Rx(τ)的离散形式可表达为：

(3)

设置移位位数后，将各个移位脉冲依次与原脉冲进行匹配相关，从其中匹配个数最多的移位脉冲中即可提取模板样本图。

对2个脉冲的距离匹配则用欧式加权距离d(x,y)进行判定，定义如下：

(4)

式中：k为特征参数的个数；x和y为2个具有k维特征参数的向量；wi为向量中第i维参数的加权值。

脉内调制特征参数(IPC)以编码表示，其距离定义为：

(5)

对所处理的雷达脉冲信号序列，不同的特征参数具有不同的值域和量纲。计算脉冲距离时，需要对参数进行标准化处理，消除不同值域和量纲的影响。

x与y在第k维特征参数上的距离为:

(6)

式中：Δxk为x脉冲的第k维特征参数的容差。

计算两者的加权欧式距离d(x,y)，当dxy

2.2 脉冲序列信号分选

为了更有效地提取脉冲序列中所有模板样本图，首先进行预处理，将脉冲序列按方位和频段进行粗划分，随后对各频段或方位下的脉冲序列进行模板样本图及其对应脉冲序列的提取。

图1 信号序列自提取流程

若移位位数为n时的自相关函数Rn最大，且Rn>Rthreshold，则可根据标识函数对移位脉冲序列Sn进行提取整理，得到模板样本图和其对应的脉冲序列。

假设有一重频三参差脉冲序列(脉冲长度为12)。当移位位数n=1时，待匹配脉冲序列S和移位脉冲序列S1的自相关函数值为R1；以此类推，得到自相关函数值R2、R3、R4、R5。若最大匹配结果过门限(此处R3值为9，门限为4)，则可根据标识函数矩阵对移位脉冲序列S3进行提取整理，得到对应的模板样本MFrame=(P1,P2,P3)和样本图对应的脉冲序列M=(P1,P2,…,P12)。

设脉冲序列长度为Pnum，移位数为Ynum，信号序列自提取流程(如图1所示)。

(1) 输入脉冲序列数据。

(2) 将脉冲序列按方位和频段粗划分。

(3) 设置移位位数n=1。

(4) 根据n值生成待匹配脉冲序列S和移位脉冲序列Sn。

(5) 将S和Sn进行循环相关，匹配上的脉冲分选标识字函数置为1，并得到对应的相关函数值，直至移位Ynum次。

在进行移位循环相关时，移位脉冲会形成时间窗，时间匹配要求S中的脉冲要落在Sn中的脉冲形成的时间窗内，假设时间间隔容差为ΔT，S和Sn的时间差为dT=SnTOA1-STOA1，若对Sn中的脉冲i存在一个S中的脉冲j，满足tTOAi-ΔT≤tTOAj-dT≤tTOAi+ΔT，则可认为时间匹配。

然后判断是否多参数匹配，计算两者的加权欧式距离dij，当dij

循环Ynum次，统计标识函数矩阵各行和，得到Ynum个相关函数值R。

(6) 比较R中的所有值，取其中的最大值(假设为移位n时)，若Rn>Rthreshold，则可取Sn中的P1,P2,…,Pn脉冲，根据标识函数第n行F(n,i)(i=1,2,…,n)中为1的i值得到对应的(Pi)脉冲串，即为一个模板样本图MFrame。

(7) 根据位置矩阵和标识函数矩阵，重置第n行的标识函数值，然后提取标识函数矩阵中第n行中为1的脉冲，即为模板样本图MFrame对应的脉冲序列M。

(8) 将上述序列M从脉冲序列中扣除，得到新的脉冲序列，当此序列脉冲数小于Pmax(此处设为2)时结束；否则跳至(3)，并更新Pnum和Ynum。