一種綜合雷達信號偵察預(yù)處理方法

陳 楊，陳新年，顏振亞，鄔 誠，劉曉峰

(南京電子技術(shù)研究所, 南京 210039)

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一種綜合雷達信號偵察預(yù)處理方法

陳 楊，陳新年，顏振亞，鄔 誠，劉曉峰

(南京電子技術(shù)研究所, 南京 210039)

針對現(xiàn)代電子戰(zhàn)日益復(fù)雜、密集的電磁環(huán)境下雷達信號的偵收分選面臨著的嚴峻考驗，提出分層分級把環(huán)境信號脈沖描述字數(shù)據(jù)流進行分類綜合預(yù)處理的方法，稀釋脈沖數(shù)據(jù)流以減輕后續(xù)信號分選的壓力，介紹了基于信號的方位、頻率、脈寬等參數(shù)預(yù)處理的流程，對已知信號預(yù)處理和未知信號預(yù)處理要點做了說明，并通過仿真驗證了該方法的正確性和有效性。

預(yù)處理；脈沖描述字；信號分選

0 引 言

隨著雷達技術(shù)的進步，現(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境下，常規(guī)體制及頻率分集、頻率捷變、脈沖多普勒、相控陣等特殊體制的多種體制雷達并存。一方面，雷達信號樣式復(fù)雜多變，甚至存在多種工作方式及多種工作波形參數(shù)隨機變化的多功能雷達；另一方面，隨著雷達數(shù)目的增多，無源偵收系統(tǒng)面臨著日益復(fù)雜的高脈沖密度的電磁環(huán)境，雷達信號截獲、偵收、分選、跟蹤面臨著越來越嚴峻的考驗[1-2]。電子支援措施(ESM)雷達信號處理指對偵收到的雷達信號進行偵察處理的過程，主要包括雷達信號預(yù)分選、信號主分選、參數(shù)測量、雷達識別等[3]。信號預(yù)處理主要針對參數(shù)測量電路輸出的雷達信號脈沖描述字，結(jié)合已知雷達信號數(shù)據(jù)庫以及未知雷達先驗知識相關(guān)內(nèi)容，對輸入信號流進行預(yù)分選，輸出匹配之后的脈沖描述字信息存儲到相應(yīng)的脈沖描述字(PDW)數(shù)據(jù)緩存區(qū)，供后續(xù)主分選進行脈沖重復(fù)間隔(PRI)分選、參數(shù)估計、檢測識別等。

由于不同用途或功能的雷達偵察系統(tǒng)對雷達信號處理的時間要求也各不相同，對電子情報(ELINT)系統(tǒng)而言允許有較長的信號處理時間，而ESM 系統(tǒng)由于其信號處理結(jié)果需要介入戰(zhàn)場指揮決策，需要實時信號處理。雷達信號處理的時間主要取決于輸入的輻射源數(shù)目、類型復(fù)雜程度、雷達輻射信號環(huán)境的脈沖密度等，雷達輻射源先驗知識的數(shù)量與質(zhì)量對偵察處理時間影響較大。隨著大規(guī)模集成電路現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)的發(fā)展，可借助大規(guī)模邏輯器件并行處理的特性，大大提高雷達信號的預(yù)分選效率，從而稀釋前端信號密度，縮短信號處理的響應(yīng)時間。

雷達信號預(yù)處理需要響應(yīng)速度快，為了確保高脈沖密度數(shù)據(jù)流進入信號處理不阻塞，針對預(yù)處理的需求特點，將雷達輻射源信息分為無用目標、有用已知、未知信號幾類，提出分層分級進行輸入PDW數(shù)據(jù)分類綜合預(yù)處理的方法，可有效稀釋前端輸入高脈沖密度數(shù)據(jù)流，提高信號分選效率。

1 ESM雷達信號預(yù)處理基本原理

ESM雷達信號預(yù)處理的主要作用是對前端輸入的高脈沖密度數(shù)據(jù)流進行稀釋，緩解后端主處理的壓力，主要包括已知信號預(yù)處理與未知信號預(yù)處理[4]。

已知信號預(yù)處理包括無用目標阻塞與有用信號匹配關(guān)聯(lián)，相應(yīng)的已知雷達信號數(shù)據(jù)庫包括無用目標數(shù)據(jù)庫以及有用目標數(shù)據(jù)庫。已知信號預(yù)處理采用兩級匹配，首先，對己方或友方無用雷達信號目標進行阻塞，對數(shù)據(jù)流初步稀釋，將與無用目標數(shù)據(jù)庫進行匹配成功的特征信號子流直接進行濾除，不進入下一級；然后，經(jīng)過第一級阻塞的信號PDW數(shù)據(jù)流再與有用目標數(shù)據(jù)庫進行匹配，從中分離出符合已知雷達特征的信號子流，輸出到已知雷達信號預(yù)處理緩存區(qū)進行存儲，供主分選進行讀取分析，主要原理框圖如圖1所示。

一般而言，雷達信號匹配數(shù)據(jù)庫的特征參數(shù)內(nèi)容需要考慮到實時性、平穩(wěn)性與聚集性的要求。對于輻射源檢測，雷達方位參數(shù)不受輻射源信號本身影響，在短時間上幾乎是不變的，是最好的分選參數(shù)；對于固定頻率、頻率分集、相參的捷變頻等雷達信號，頻率參數(shù)具有較好的聚集性，短時間內(nèi)一般不會偏差太大，也是較好的分選參數(shù)；對于時域不重疊的雷達信號，脈寬參數(shù)聚集性較好，也可作為雷達數(shù)據(jù)庫的匹配參數(shù)；雷達脈內(nèi)細微特征參數(shù)是雷達個體的“指紋參數(shù)”，對于具有脈內(nèi)特征識別的偵察系統(tǒng)，可將該參數(shù)納入雷達數(shù)據(jù)庫的匹配參數(shù)。而脈幅、脈沖重復(fù)周期一般作為主信號處理參數(shù)，不作為預(yù)處理的匹配參數(shù)。所以，對于一般偵察系統(tǒng)而言，雷達信號匹配數(shù)據(jù)庫主要采用方位、頻率、脈寬三參數(shù)[5-7]。

經(jīng)已知信號預(yù)處理之后的剩余脈沖數(shù)據(jù)流再進行未知信號預(yù)處理。根據(jù)雷達知識庫的先驗知識，進行方位、頻率分區(qū)，每個分區(qū)小盒內(nèi)存儲一定數(shù)目的脈沖，供主分選進行讀取分析，主分選進行檢測、參數(shù)估計與識別，輸出輻射源描述字(EDW)數(shù)據(jù)流送數(shù)據(jù)處理。

2 信號預(yù)處理

現(xiàn)代電子戰(zhàn)電磁環(huán)境日趨復(fù)雜密集，本文提出的信號預(yù)處理方法對高密度環(huán)境下的PDW數(shù)據(jù)流進行分層分級處理。首先，對無需關(guān)注的輻射源進行無用目標阻塞，濾除無需關(guān)注目標，進行輻射源數(shù)據(jù)流第一級稀釋；其次，進行已知目標信號關(guān)聯(lián)處理，將已知目標與數(shù)據(jù)庫進行匹配，匹配成功的輸出至已知目標緩存供主分選進行檢測、參數(shù)估計，對輻射源數(shù)據(jù)流進行第二級稀釋；然后，將剩余脈沖數(shù)據(jù)流進行未知信號預(yù)處理，將其根據(jù)不同的參數(shù)匹配劃分到不同的數(shù)據(jù)區(qū)，后續(xù)主分選進行PRI估計，檢測識別等。

2.1 無用目標阻塞電路

無用目標阻塞電路用于對無需關(guān)注的目標，比如己方、友方雷達信號或無需關(guān)注的方位、頻段等進行PDW濾除，阻塞成功的雷達信號對應(yīng)的PDW數(shù)據(jù)不參加后續(xù)的分選分析，用以減輕后續(xù)信號處理的壓力。無用目標阻塞電路的方位、頻段設(shè)定需要與關(guān)注目標的參數(shù)不重疊，以免信號丟失。

圖2 無用目標阻塞電路

2.2 已知信號關(guān)聯(lián)比較電路

已知信號關(guān)聯(lián)比較電路用于對已知目標數(shù)據(jù)庫進行快速匹配，將參數(shù)匹配符合條件的PDW數(shù)據(jù)流輸入到對應(yīng)的PDW數(shù)據(jù)緩存區(qū)，供后續(xù)主分選進行信號檢測、參數(shù)測量與識別。早期的關(guān)聯(lián)比較器是將參數(shù)逐級比較判別，效率較低，隨著FPGA的發(fā)展，可實現(xiàn)多通道多參數(shù)并行快速匹配，大大提高了處理效率[8]。一般已知目標數(shù)量為幾十個，將各個已知目標的方位、頻率、脈寬參數(shù)的上下限分別存儲在FPGA的內(nèi)部隨機存取存儲器(RAM)中，經(jīng)多路PDW濾波之后，輸出匹配成功后的PDW數(shù)據(jù)流存儲到外部隨機存儲器。

圖3 已知目標預(yù)處理電路

2.3 未知信號預(yù)處理

經(jīng)已知目標預(yù)處理之后的剩余脈沖數(shù)據(jù)流，送至未知信號預(yù)處理，未知信號預(yù)處理按照雷達信號的先驗知識，按照方位、頻率二維參數(shù)進行分區(qū)，每個數(shù)據(jù)區(qū)可視為一個小盒，將剩余PDW根據(jù)參數(shù)匹配存儲至不同的數(shù)據(jù)區(qū)小盒內(nèi)，再由信號主分選對各個數(shù)據(jù)小盒內(nèi)的PDW數(shù)據(jù)流進行PRI統(tǒng)計、檢測與參數(shù)測量，如圖4所示。

圖4 未知信號預(yù)處理電路

未知雷達信號知識庫的匹配參數(shù)選取與已知雷達數(shù)據(jù)庫類似，一般考慮方位、頻率以及脈寬參數(shù)。每個雷達數(shù)據(jù)區(qū)小盒除了要考慮完備性、正交性之外，要盡量使得同一部雷達的PDW數(shù)據(jù)在預(yù)分選之后被分在同一個數(shù)據(jù)小盒內(nèi)。常用小盒的參數(shù)劃分主要有均勻劃分與非均勻劃分，均勻劃分比較簡單，被許多雷達偵察系統(tǒng)采用。非均勻劃分考慮到實際雷達參數(shù)的分布,較均勻劃分更為合理，一般按照經(jīng)驗值設(shè)定。

3 仿真分析

通過在同一方位中頻模擬輸入八部頻率不同的常規(guī)雷達信號，脈寬參數(shù)分別為：16 μs, 15 μs, 14 μs, 13μs, 12μs, 11μs, 10μs, 9μs; PRI參數(shù)分別為：8 090 μs, 8 070 μs, 8 050 μs, 8 030 μs, 8 010 μs, 7 990 μs，7 980 μs, 7 970 μs。經(jīng)過預(yù)處理之后輸出的結(jié)果如圖5、圖6所示。圖5為輸入PDW數(shù)據(jù)流，經(jīng)過預(yù)處理之后，不同脈寬、頻率分布的PDW數(shù)據(jù)脈沖個數(shù)統(tǒng)計。

圖5 預(yù)分選輸出脈沖個數(shù)統(tǒng)計圖

圖6為不同二維參數(shù)組合情況下，預(yù)處理之后輸出的PDW脈沖分布統(tǒng)計，圖6a)為按照頻率、幅度二維分區(qū)，8部雷達信號PDW數(shù)據(jù)對應(yīng)的頻率、幅度參數(shù)分布情況；圖6b)為按照頻率、脈寬二維分區(qū)8部雷達信號PDW數(shù)據(jù)分布情況，由圖可以看出，8部雷達信號的PDW數(shù)據(jù)分布于8個不同頻率、脈寬參數(shù)的小盒區(qū)域內(nèi)；圖6c)為按照頻率、方位二維分區(qū)預(yù)處理后PDW數(shù)據(jù)分布情況，由圖可見，8部雷達信號的PDW數(shù)據(jù)流分布于8個方位相同、頻率參數(shù)不同的小盒區(qū)域內(nèi)；圖6d)為8部雷達信號頻率與處理信道的對應(yīng)關(guān)系。未知信號預(yù)處理采用頻率、方位二維分區(qū)，即對應(yīng)圖6c)的情況。

圖6 預(yù)分選輸出二維參數(shù)脈沖分布統(tǒng)計圖

經(jīng)過雷達信號預(yù)處理后，主分選可通過對不同小盒內(nèi)的PDW數(shù)據(jù)進行后續(xù)分析處理。對圖5、圖6進行分析可知，信號預(yù)分選采用分層分級處理之后，對前端輸入的脈沖密度數(shù)據(jù)流進行有效的稀釋，一定參數(shù)范圍內(nèi)的雷達脈沖PDW數(shù)據(jù)聚集性好，而后續(xù)信號主分選對已知范圍頻率、方位等參數(shù)小盒內(nèi)的脈沖PDW數(shù)據(jù)進行處理，降低了分選難度，提高了分選效率與可靠性，滿足了實時性的要求。多參數(shù)并行處理的架構(gòu)較傳統(tǒng)串行參數(shù)匹配處理，具有參數(shù)修改靈活，處理速度高，電路設(shè)計簡化等優(yōu)點，大大提高了雷達信號偵收分選效率。

4 結(jié)束語

隨著電磁環(huán)境的日益復(fù)雜，雷達信號預(yù)分選對高密度的PDW數(shù)據(jù)流進行稀釋，從而緩解后端主分選的壓力。本文介紹了一種雷達信號預(yù)分選的方法，對輸入信號分別進行無用目標阻塞，對已知和未知信號進行預(yù)分選，預(yù)分選輸出結(jié)果按照一定格式存儲。信號主處理通過讀取信號預(yù)處理PDW數(shù)據(jù)緩存區(qū)的相應(yīng)內(nèi)容，進行信號主分選，并形成相應(yīng)輻射源描述字。該方法在高密度復(fù)雜戰(zhàn)場電磁條件下可實現(xiàn)高可靠性、實時脈沖信號預(yù)分選，在工程實現(xiàn)中具有很強的實用性。

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陳 楊 女，1981年生，碩士，工程師。研究方向為電子對抗總體技術(shù)，無源偵收技術(shù)。

陳新年 男，1978年生，碩士，高級工程師。研究方向為電子對抗總體技術(shù)。

顏振亞 男，1980年生，博士，高級工程師。研究方向為電子對抗總體技術(shù)。

鄔 誠 男，1981年生，碩士，高級工程師。研究方向為電子對抗總體技術(shù)。

劉曉峰 男，1983年生，碩士，高級工程師。研究方向為通信信息系統(tǒng)技術(shù)。

A Method of Integrated Radar Signal Reconnaissance Pretreatment

CHEN Yang，CHEN Xinnian，YAN Zhenya，WU Cheng, LIU Xiaofeng

(Nanjing Research Institute of Electronics Technology, Nanjing 210039, China)

In view of the increasingly complex electromagnetic environment in the modern battlefield, radar signal sorting is facing severe challenges, put forward the hierarchical classification the environment signal PDW dataflow synthetically pretreatment method to dilute the dataflow then reduce the stress of the follow-up signal sorting, briefly introduced the presorting of radar signal processing flow based on the orientation of signal, the frequency and pulse width parameter, and explains several main points of the known signal preprocessing and the unknown signal preprocessing, the correctness and effectiveness is validated by computer simulation.

presorting of radar signal; pulse description words; radar signal sorting

10.16592/ j.cnki.1004-7859.2016.04.018

陳楊 Email：2426043128@qq.com

2015-11-02

2016-01-15

TN957.51

A

1004-7859(2016)04-0078-04