相似性加權(quán)Δt直方圖脈沖串去交錯技術(shù)?

廖輝榮，李國林

（1.海軍航空工程學(xué)院研究生管理大隊，山東煙臺264001；2.海軍航空工程學(xué)院戰(zhàn)略導(dǎo)彈工程系，山東煙臺264001）

相似性加權(quán)Δt直方圖脈沖串去交錯技術(shù)?

廖輝榮1，李國林2

（1.海軍航空工程學(xué)院研究生管理大隊，山東煙臺264001；2.海軍航空工程學(xué)院戰(zhàn)略導(dǎo)彈工程系，山東煙臺264001）

電子情報數(shù)字化偵察接收機中，Δt直方圖去交錯方法在脈沖串?dāng)?shù)量較多和脈沖間隔抖動較大的復(fù)雜電磁環(huán)境下，不能得到滿足數(shù)字化自動峰值處理的高度比。在分析一定純凈比下，以脈沖字參數(shù)向量相似性測度對間隔區(qū)間記數(shù)加權(quán)，建立加權(quán)復(fù)數(shù)直方圖，對接收脈沖串進(jìn)行去交錯處理。經(jīng)過仿真計算，加權(quán)復(fù)數(shù)直方圖相比經(jīng)典方法能明顯提高去交錯效果，更易于數(shù)字化自動峰值處理。

電子情報偵察；脈沖去交錯；Δt直方圖；相似性加權(quán)；自動峰值處理

1 引言

電子情報偵察經(jīng)常涉及脈沖串去交錯。當(dāng)同時存在若干脈沖信號，而且這些連續(xù)的脈沖可能不是來自同一輻射源的時候，首先要進(jìn)行的就是脈沖串去交錯。脈沖串去交錯是將同一輻射源的脈沖從交錯的脈沖中分離出來，歸并成脈沖組的過程，它是目前電子情報偵察面臨的一個難點問題。

在電子對抗中，只有準(zhǔn)確測量得到脈沖重復(fù)頻率即脈沖發(fā)射周期之后，才能保證發(fā)射的多個干擾脈沖都能被干擾對象的接收機同步檢測到。而脈沖重復(fù)頻率的測量與脈沖去交錯是交織在一起的過程，相輔相成。

在復(fù)雜戰(zhàn)場電磁環(huán)境下，電磁信號密集、樣式復(fù)雜、沖突激烈且動態(tài)交迭［1］，經(jīng)典的脈沖串去交錯技術(shù)已經(jīng)不能滿足實際應(yīng)用的要求。文獻(xiàn)［2］和文獻(xiàn)［3］等，從脈沖重復(fù)間隔譜圖的理論思路上進(jìn)行了探索，可以有效解決錯漏失鎖的問題，提高有效間隔的捕獲概率和并行處理的能力。但卻附帶產(chǎn)生了大量的諧頻間隔，極大增加了計算量，且平抑了峰值的高度比，無法適用信息化環(huán)境下自動峰值處理。針對這些問題，從去除冗余諧頻降低計算量和提高峰值高度比的角度，設(shè)計一相似性測度對間隔區(qū)間容差進(jìn)行加權(quán)，用比較的方法進(jìn)行仿真研究。

2 經(jīng)典的脈沖去交錯方法

最早的去交錯技術(shù)之一是選通裝置，采用延遲選通的方法［4］。由到達(dá)輸入端的第一個脈沖啟動延遲，在延遲結(jié)束時開始接收間隔。如果在接收間隔內(nèi)有下一個脈沖到達(dá)，那么重新啟動延遲，并重復(fù)這一過程。如果在接收間隔內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)脈沖，那么等到下一個脈沖到達(dá)時再重新啟動延遲，并重復(fù)這一過程。采用這種方法時，如果有一個信號具有在延遲與延遲加接收間隔之間的重復(fù)間隔，那么該裝置就“鎖定”這個脈沖串，并且只有這些脈沖才能出現(xiàn)在輸出端。該方法的缺點是脈沖的堵塞概率很大，很容易失鎖導(dǎo)致無法鎖定所需的脈沖串，且對于數(shù)字化信號顯得很盲目，不能用于準(zhǔn)確測量脈沖重復(fù)間隔。

Δt直方圖去交錯比選通裝置有很大的改進(jìn)［5］。Δt直方圖是一種考慮到所有脈沖對之間的間隔而做出的脈沖間隔直方圖。在一組N個脈沖中，總間隔數(shù)由脈沖對的數(shù)目給出，即：

通過檢查所有脈沖對之間的時間，即可求出真實的脈沖重復(fù)間隔（及其倍數(shù)），并且這些間隔值在直方圖上累加成峰值，而其它脈沖對將具有分布在直方圖各區(qū)間內(nèi)的間隔。從形式上講，Δt直方圖可以看成是自相關(guān)函數(shù)的每個直方圖區(qū)間上的積分，這個自相關(guān)函數(shù)由位于脈沖到達(dá)時間上的若干脈沖組成。如果用tn表示到達(dá)時間，那么該函數(shù)為

式中，δ（t）是單位沖激函數(shù)。

f（t）的自相關(guān)函數(shù)為

只有當(dāng)tn＝tk－τ時，被積函數(shù)才有值，因此：

h（t）從τ1到τ2的積分為

從式（5）可知，對于任何一對到達(dá)時間，滿足τ1＜tn－tk≤τ2時，被積函數(shù)才有值，所以脈沖的到達(dá)時間間隔處在τ1～τ2范圍內(nèi)的這些脈沖對的計數(shù)值，等于自相關(guān)函數(shù)h（t）在相同延遲值范圍內(nèi)的積分。

3 噪聲電平對成功去交錯脈沖數(shù)的影響

電子情報需要理解的問題之一是確定在各種條件下有多少脈沖串可以成功去交錯，為此建立一種模型用來估計能夠去交錯的脈沖串?dāng)?shù)量。

假設(shè)所有的脈沖串都有標(biāo)稱的恒定脈沖重復(fù)間隔，在某一時間段T，總共存在的脈沖數(shù)為N，k個脈沖串中的每一個脈沖串由nk個脈沖組成。因此以下關(guān)系式成立：

直方圖中由同一脈沖串中的兩個脈沖之間的到達(dá)時間差組成的間隔稱為“純”間隔，由不同脈沖串之間的到達(dá)時間差組成的間隔稱為“不純”間隔。純間隔和不純間隔之比用純凈比PR來表示：

如果所有脈沖串具有大致相同的脈沖重復(fù)間隔，那么每個脈沖串的脈沖數(shù)也大致相同，在這種情況下，純凈比為

從式（9）可以看出，隨著交錯脈沖串的數(shù)量增加，純凈比將減小。

再假設(shè)不純間隔均勻散布在整個直方圖區(qū)間中，并且純間隔落在由脈沖重復(fù)間隔分隔的一組相鄰區(qū)間中，區(qū)間數(shù)目B將為T／b，其中b為單個區(qū)間的尺寸，不純間隔的平均高度由下式給出：

純間隔位于若干組相鄰區(qū)間中，相鄰的區(qū)間數(shù)接近脈沖重復(fù)間隔的倍數(shù)，因此區(qū)間數(shù)n＝T／（PRI）。在每一組中，間隔所在區(qū)間的區(qū)間數(shù)約為J／b，其中J為脈沖重復(fù)間隔抖動。這樣由純間隔產(chǎn)生的區(qū)間的平均高度等于

在所有脈沖重復(fù)間隔都相等的特殊情況下，一個區(qū)間中純間隔與不純間隔的高度比由式（12）給出：

為了對這個區(qū)間引起足夠的重視，由純間隔產(chǎn)生的區(qū)間高度應(yīng)大于那些不純間隔產(chǎn)生的區(qū)間高度。顯然，僅用間隔技術(shù)就能合理去交錯的脈沖串?dāng)?shù)目大約為

式中，R是在一個區(qū)間中為獲得足夠高度而需要的純間隔與不純間隔之比，使分析人員相信這一高度就是可能的脈沖重復(fù)間隔值。

4 相似性加權(quán)復(fù)數(shù)直方圖

使用去交錯的Δt直方圖時，主要問題之一是在真實重復(fù)間隔倍數(shù)上的峰值。必須使脈沖重復(fù)間隔的倍數(shù)上沒有峰值，Δt直方圖技術(shù)才能較好地應(yīng)用于脈沖串去交錯。文獻(xiàn)［3］提出了一種脈沖重復(fù)間隔“變換”的方法，在確定每個間隔時在區(qū)間的計數(shù)上加一個復(fù)數(shù)，而不是加1。加在直方圖適當(dāng)區(qū)間上復(fù)數(shù)可認(rèn)為是恒定脈沖重復(fù)間隔脈沖串在其時間間隔一個末端處的脈沖到達(dá)時間相位。

考慮用相似性加權(quán)的方法來降低滿足足夠高度比時的純間隔與不純間隔之比，同時提高存在多個有意抖動信號時可合理地去交錯的脈沖串?dāng)?shù)目。

這種方法是在確定每個區(qū)間時在區(qū)間的計數(shù)上加一個復(fù)數(shù)，不僅不是1，而是一個帶權(quán)系數(shù)的復(fù)數(shù)：

式中，ηkn為兩脈沖的相似性度量值。

重點討論度量函數(shù)的計算：

假設(shè)在數(shù)字偵察系統(tǒng)中預(yù)處理器已經(jīng)得到完整的脈沖描述字（PWD）。

設(shè)典型的PWD結(jié)構(gòu)如下：

由于歐氏距離具有平移和旋轉(zhuǎn)不變性，在這里對脈沖的相似性采用歐氏距離測度，即：

設(shè)同一脈沖串中兩脈沖字在各參數(shù)隨機抖動情況下的距離期望值為d0，則：

從式（20）中可以看出，當(dāng)脈沖對是來自兩個不同輻射源時，加權(quán)系數(shù)的值會小于1，且理想情況下會接近于0。當(dāng)脈沖對是來自同一個輻射源時，加權(quán)系數(shù)的值會大于1。這樣，在純凈比不變的情況下，能綜合脈沖的其它屬性信息，從而可以較大提高純間隔區(qū)間與不純間隔區(qū)的高度比。

相位部分主要用來去除位數(shù)脈沖重復(fù)間隔區(qū)間的高度。計算方法如下：

建立起這種復(fù)數(shù)直方圖后，需要檢查區(qū)間容量的絕對值。現(xiàn)在考慮恒定脈沖重復(fù)間隔時的區(qū)間容量。如果間隔為真實脈沖重復(fù)間隔而不是它的倍數(shù)，那么

從上面的分析可以得出，只有顯著累積的區(qū)間才是與真實脈沖重復(fù)間隔對應(yīng)的區(qū)間。

5 仿真分析

設(shè)信號時長T＝800 ms，5個輻射源脈沖串間隔分別為1 ms、1.4 ms、1.7 ms、0.9 ms、1.5 ms，間隔抖動為［－0.01 ms，0.01 ms］區(qū)間均勻分布；輻射源載頻分別為51 MHz、58 MHz、62 MHz、55 MHz、58 MHz，射頻抖動率在1%內(nèi)。仿真中僅以脈沖RF分量來計算相似性參數(shù)。組合脈沖串以脈沖到達(dá)時間參數(shù)進(jìn)行排序，生成被分析信號。直方圖區(qū)間寬度設(shè)為0.05 ms。

經(jīng)仿真計算的經(jīng)典方法與相位加權(quán)及相似性相位加權(quán)3種算法的計算結(jié)果對比如圖1所示。從圖中可以清楚看出在交錯及抖動較復(fù)雜的情況下，經(jīng)典的直方圖去交錯算法已經(jīng)基本不能成功去交錯。一般的復(fù)數(shù)直方圖雖在這種情況下尚能較成功去交錯，但高度比明顯較低，且在低間隔區(qū)間較模糊。而加權(quán)復(fù)數(shù)直方圖卻能得到非常好的高度比結(jié)果，非常易于進(jìn)行數(shù)字化自動峰值處理。

當(dāng)仿真產(chǎn)生10個輻射源組成的交錯脈沖串，輻射源脈沖串間隔分別為1 ms、1.4 ms、1.7 ms、0.9 ms、1.5 ms、2.4 ms、2.5 ms、2.7 ms、2.9 ms、3.2 ms。脈沖重復(fù)間隔均勻抖動增加到0.03 ms，信號時長仍為T＝800 ms，仿真結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，在輻射源數(shù)量增加的情況下，加權(quán)復(fù)數(shù)直方圖的去交錯效果比經(jīng)典方法有明顯的優(yōu)勢。

6 結(jié)論

通過仿真實驗可以看出，加權(quán)復(fù)數(shù)直方圖方法不僅對真實脈沖間隔的倍數(shù)有很強的抑制作用，同時能非常好地消除抖動的影響，不形成虛假的窄脈沖間隔。

以脈沖字參數(shù)向量相似性測度對間隔區(qū)間記數(shù)進(jìn)行加權(quán)，建立的加權(quán)復(fù)數(shù)直方圖方法，在脈沖串?dāng)?shù)量較多和脈沖間隔抖動較大的復(fù)雜電磁環(huán)境下，比經(jīng)典方法能得到更好的去交錯效果，提高峰值高度比，減少了錯漏和失鎖，更易于數(shù)字化自動峰值處理。

在去交錯處理實驗過程中，不足之處是計算量仍然較大，不能適用于實時性要求很高的信號偵察情景，算法需進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化，提高計算效率。

［1］王汝群.戰(zhàn)場電磁環(huán)境［M］.北京：解放軍出版社，2006：56－60. WANG Ru-qun.Electromagnetic Environment in Battlefield［M］.Beijing：Chinese People′s Liberation Army Press，2006：56－60.（in Chinese）

［2］何明浩，朱元清.一種雷達(dá)輻射源信號分選新方法［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2007，31（3）：430－433.

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［5］FRANKPITT B J，BARAS，A TSE.A new approach to deinterleaving for Radar intercept receivers［C］／／Proceedings of SPIE.Orlando，F(xiàn)L，USA：［s.n.］，2003：175－186.

LIAO Hui-rong was born in Hengyang，Hunan Province，in 1982.He is currently working toward the Ph.D.degree in Naval Aeronautical Engineering Institute.His research interests include short－range target detection，information warfare and data fusion.

Email：liaohuirong8205＠163.com

李國林（1955－），男，吉林長春人，博士，教授。

LI Guo-lin was born in Changchun，Jilin Province，in 1955.He is now a professor with the Ph.D.degree.

Deinterleaving Technique of Pulse Train on WeightedΔt Histogram
with Similarity

LIAO Hui-rong1，LI Guo-lin2
（1.Graduate Student′s Brigade，Naval Aeronautical and Astronautical University，Yantai 264001，China；2.Department of Strategy Missile Engineering，Naval Aeronautical and Astronautical University，Yantai 264001，China）

In electronic intelligence digitized reconnaissance receiver，Δt histogram deinterleaving algorithm cannot get ample height ratio to automatic processing digitized peak value in complex electromagnetic environment when there are a great quantity of pulses and high interval dither.Under a set pure ratio，weighted complex histogram is built with similarity measure of pulse word parameters vector to process deinterleaving of

pulse train.Computer simulation shows that weighted complex histogram can get better deinterleaving effect than classic method，and it is more easy for automatic processing peak value.

electronic intelligence（ELINT）reconnaissance；deinterleaving of pulse train；Δt histogram；weighted with similarity measure；automatic peak value processing

TN971

A

10.3969／j.issn.1001－893x.2010.06.006

廖輝榮（1982－），男，湖南衡陽人，海軍航空工程學(xué)院博士研究生，主要研究方向為目標(biāo)中近程探測、信息對抗與數(shù)據(jù)融合；

1001－893X（2010）06－0028－04

2010－01－18；

2010－04－07