一種基于數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模板的雷達(dá)輻射源識(shí)別技術(shù)

章　碧,張志偉,陳遠(yuǎn)志

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所,南京211153)

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一種基于數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模板的雷達(dá)輻射源識(shí)別技術(shù)

章碧,張志偉,陳遠(yuǎn)志

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所,南京211153)

摘要：介紹了一種雷達(dá)輻射源參數(shù)模板的建模方法,分析了采用該建模方法的優(yōu)點(diǎn),闡述了在該模型下對(duì)輻射源信息進(jìn)行參數(shù)匹配的流程,說明了該參數(shù)匹配流程的高效性,提出了輻射源模糊識(shí)別的思路,展示了采用模糊識(shí)別得到的識(shí)別結(jié)果效果圖,證明了這種基于數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模板的輻射源識(shí)別技術(shù)的有效性。

關(guān)鍵詞:雷達(dá);輻射源;ORACLE;數(shù)學(xué)模型;參數(shù)匹配;模糊識(shí)別

0引言

輻射源識(shí)別是雷達(dá)對(duì)抗系統(tǒng)的主要功能之一,即將雷達(dá)偵察所獲得的雷達(dá)信號(hào)的參數(shù)測量結(jié)果與已知雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行比較,從而實(shí)時(shí)地辨認(rèn)出發(fā)射此信號(hào)的雷達(dá)的類型,并進(jìn)一步判定其安裝、載體、威脅等級(jí)和識(shí)別可信度[1]。本文針對(duì)雷達(dá)輻射源信號(hào)提出了一種數(shù)學(xué)建模方法,對(duì)已知的雷達(dá)輻射源信息,利用ORACLE數(shù)據(jù)庫平臺(tái)將雷達(dá)輻射源參數(shù)信息進(jìn)行分類、整理和存儲(chǔ)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一套參數(shù)匹配的流程以高效精準(zhǔn)地對(duì)接收到的雷達(dá)輻射源信息進(jìn)行識(shí)別,提出了對(duì)雷達(dá)輻射源進(jìn)行模糊識(shí)別的思路,豐富了雷達(dá)輻射源的識(shí)別內(nèi)容,為雷達(dá)輻射源識(shí)別提供了實(shí)時(shí)有效的實(shí)現(xiàn)方法。

1大批量雷達(dá)輻射源參數(shù)建模

將收集到的雷達(dá)輻射源參數(shù)進(jìn)行整理。由于數(shù)據(jù)來源不同,數(shù)據(jù)格式也不一致。長時(shí)間積累的雷達(dá)輻射源參數(shù)信息數(shù)量大,類別多,在統(tǒng)一存儲(chǔ)為雷達(dá)輻射源模板信息時(shí),在ORACLE數(shù)據(jù)庫中,一張m(m>10000)行n(n>30)列的數(shù)據(jù)表格,對(duì)于每一條雷達(dá)輻射源的識(shí)別過程而言,遍歷表的運(yùn)算復(fù)雜度將大于30萬次,從而影響了雷達(dá)輻射源識(shí)別的實(shí)時(shí)性。為了降低遍歷表的運(yùn)算復(fù)雜度,一方面要將雷達(dá)輻射源信息表按照數(shù)據(jù)特征進(jìn)行分類,拆解為多個(gè)不同特征的雷達(dá)輻射源信息子表,另一方面對(duì)拆解的子表進(jìn)行參數(shù)篩選,進(jìn)一步減少子表的列數(shù)。這樣,一張m×n的表格將會(huì)被拆分為多張(mi×ni,i=1,2,3,…)子表,如圖1所示。

圖1　雷達(dá)輻射源模板信息子表分割圖

在雷達(dá)輻射源識(shí)別算法中,根據(jù)雷達(dá)輻射源特征選擇識(shí)別過程中要遍歷的子表,可以大大降低識(shí)別運(yùn)算的復(fù)雜度。

創(chuàng)建子表的依據(jù)是雷達(dá)輻射源特征值。因此,必須從雷達(dá)輻射源參數(shù)中進(jìn)行特征提取,并將提取的特征進(jìn)行符號(hào)化設(shè)置,作為雷達(dá)輻射源模板的參數(shù)之一,存儲(chǔ)在雷達(dá)輻射源模板信息表中。在雷達(dá)輻射源模板信息表(T_RDW_TEMPLATE_INFO)中存在特征值(SIGNAL_TYPE_COMBINE)列。列中數(shù)據(jù)為4個(gè)字符組成的字符串,4個(gè)字符分別對(duì)應(yīng)雷達(dá)輻射源載頻類型、重復(fù)周期類型、脈寬類型和脈內(nèi)調(diào)制類型。對(duì)應(yīng)關(guān)系示例如圖2所示。

未知→‘A’

固定射頻→‘B’

射頻可選擇→‘C’

射頻分集→‘D’

射頻捷變→‘E’

射頻脈間捷變→‘F’

射頻脈組捷變→‘G’

……

圖2雷達(dá)輻射源載頻類型特征提取示例圖

除了SIGNAL_TYPE_COMBINE列中4個(gè)字符組成的雷達(dá)輻射源類型特征外,還可以從雷達(dá)輻射源參數(shù)中提取更加細(xì)微的參數(shù)特征,比如載頻值、重復(fù)周期值和脈寬值各自的數(shù)量特征。類似地,也可以將雷達(dá)輻射源參數(shù)值中的個(gè)數(shù)符號(hào)化,在雷達(dá)輻射源模板信息表中添加參數(shù)個(gè)數(shù)特征列(PARA_COUNT_COMBINE)。該列為由3個(gè)字符組成的字符串。3個(gè)字符分別對(duì)應(yīng)載頻值、重復(fù)周期值和脈寬值的個(gè)數(shù)。對(duì)應(yīng)關(guān)系示例如圖3所示。

在雷達(dá)輻射源參數(shù)建模的過程中,在根據(jù)上述特征值分割雷達(dá)輻射源模板信息表為多個(gè)子表后,如果存在某些子表數(shù)據(jù)行數(shù)仍然比較多的話(比如超過1000),可以對(duì)這些子表根據(jù)載頻頻率波段或者其他參數(shù)特點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行分割。如圖4所示。

綜上所述,大批量雷達(dá)輻射源參數(shù)建模的根本思路在于對(duì)雷達(dá)輻射源參數(shù)特征進(jìn)行提取,將大量雷達(dá)

0→‘A’

1→‘B’

2→‘C’

3→‘D’

4→‘E’

5→‘F’

6→‘G’

7→‘H’

……

圖3雷達(dá)輻射源載頻個(gè)數(shù)特征提取示例圖

圖4　子表按照波段進(jìn)一步分割圖

輻射源模板數(shù)據(jù)分割為多份不同的同類數(shù)據(jù),以減少雷達(dá)輻射源識(shí)別的運(yùn)算復(fù)雜度。其具體實(shí)現(xiàn)流程如下:(1)整理雷達(dá)輻射源參數(shù),將所有雷達(dá)輻射源參數(shù)存儲(chǔ)在同一張數(shù)據(jù)表格中,即雷達(dá)輻射源模板信息表;(2)在雷達(dá)輻射源模板信息表中添加特征值列;(3)根據(jù)特征值創(chuàng)建雷達(dá)輻射源模板信息子表;(4)檢查子表數(shù)據(jù)量,根據(jù)數(shù)據(jù)行數(shù)來決定是否進(jìn)一步分割子表,以及根據(jù)雷達(dá)輻射源參數(shù)特征來決定如何分割子表。

這種雷達(dá)輻射源參數(shù)建模方式簡單易行,在創(chuàng)建雷達(dá)輻射源信息子表的過程中并不需要將雷達(dá)輻射源信息表從物理上進(jìn)行分割,甚至不需要將雷達(dá)輻射源的部分參數(shù)進(jìn)行復(fù)制,而是利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)將雷達(dá)輻射源模板信息表進(jìn)行數(shù)據(jù)映射,即所有的雷達(dá)輻射源模板信息子表為數(shù)據(jù)庫視圖[2]。這些視圖通過數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)過程來創(chuàng)建或者更新,實(shí)現(xiàn)雷達(dá)輻射源信息表與所有子表的數(shù)據(jù)同步。創(chuàng)建或更新雷達(dá)輻射源信息子表的存儲(chǔ)過程示例如下:

create or replace procedure sp_create_template_views

as

begin

declare

cursor c_stc is select distinct signal_type_combine from t_rdw_template_info;

stc c_stc%ROWTYPE;

begin

open c_stc;

loop

fetch c_stc into stc;

exit when c_stc%NOTFOUND;

execute immediate ‘create or replace view v_template_’ || to_char(stc.signal_type_combine) || ‘ as select signal_sign,rf_low,rf_high,pri_low,pri_high,pw_low,pw_high,rf_values,pri_values,pw_values,para_count_combine,para_count_combine from t_rdw_template_info where signal_type_combine = ‘’’ || to_char(stc.signal_type_combine) || ‘’’’;

end loop;

close c_stc;

end;

end;

2雷達(dá)輻射源參數(shù)匹配

在利用ORACLE數(shù)據(jù)庫建立雷達(dá)輻射源信息模板后,為了以最快的速度得到雷達(dá)輻射源識(shí)別結(jié)果,必須設(shè)計(jì)出一套運(yùn)算復(fù)雜度最小的參數(shù)匹配流程。而在設(shè)計(jì)參數(shù)匹配流程前,為了減小識(shí)別運(yùn)算的復(fù)雜度,還需要做以下兩步工作:

(1) 根據(jù)雷達(dá)輻射源接收前端接收到雷達(dá)信號(hào)的特點(diǎn),統(tǒng)計(jì)出雷達(dá)輻射源信息特征的分布情況,比如某波段的信號(hào)量大或者某種類型載頻的信號(hào)量大,從而分析出某一張或者幾張輻射源信息子表是否需要進(jìn)一步分割或者參數(shù)排序,這將減少雷達(dá)輻射源識(shí)別時(shí)參數(shù)匹配的運(yùn)算量;

(2) 根據(jù)雷達(dá)輻射源接收前端接收到雷達(dá)輻射源參數(shù)(載頻值、重復(fù)周期值、脈寬值和脈內(nèi)調(diào)制參數(shù)值)精度的不同,在識(shí)別過程中分別賦予該參數(shù)的匹配容差、匹配順序以及相似度判別權(quán)重,將識(shí)別算法與雷達(dá)輻射源參數(shù)精度之間進(jìn)行關(guān)聯(lián)。匹配容差和相似度判別權(quán)重的設(shè)置使雷達(dá)輻射源參數(shù)匹配過程有理有據(jù),合理地安排匹配順序也能有效地減少參數(shù)匹配的次數(shù)。

要提高雷達(dá)輻射源識(shí)別效率,雷達(dá)輻射源參數(shù)匹配的流程之前應(yīng)做的工作:

第一步,分析雷達(dá)輻射源接收前端接收到雷達(dá)輻射源參數(shù)特點(diǎn),比如其偵測到的雷達(dá)輻射源特征大多為BBBA(該特征值對(duì)應(yīng)的雷達(dá)輻射源信息子表為V_TEMPLATE_BBBA),則考慮對(duì)V_TEMPLATE_BBBA進(jìn)行分割,分割標(biāo)準(zhǔn)為雷達(dá)輻射源波段分布情況,如圖5所示(圖中V_TEMPLATE_BBBA_S表示所有特征值為BBBA的S波段雷達(dá)輻射源模板信息,V_TEMPLATE_BBBA_SA則表示S波段中雷達(dá)輻射源第一頻段,依此類推)。

圖5　雷達(dá)輻射源模板信息子表分割圖

第二步,設(shè)置雷達(dá)輻射源參數(shù)匹配容差,例如雷達(dá)輻射源接收前端接收到的雷達(dá)輻射源載頻值誤差為1 MHz,則相應(yīng)的載頻匹配容差為1 MHz,類似地可以設(shè)置重復(fù)周期匹配容差、脈寬匹配容差以及脈內(nèi)調(diào)制參數(shù)匹配容差。根據(jù)雷達(dá)輻射源參數(shù)值誤差與其對(duì)應(yīng)真實(shí)值的比率,將比率從小到大排列得到雷達(dá)輻射源參數(shù)匹配的順序。這樣在雷達(dá)輻射源參數(shù)匹配的過程中,高可信度的參數(shù)在匹配過程中一旦得到不匹配的結(jié)果,可以省略后續(xù)的其他參數(shù)的匹配過程,加快雷達(dá)輻射源識(shí)別速度。在雷達(dá)輻射源識(shí)別過程中,有時(shí)存在多種識(shí)別結(jié)果,那么就必須量化雷達(dá)輻射源參數(shù)與雷達(dá)輻射源模板參數(shù)的相似度。多種雷達(dá)輻射源參數(shù)在相似度判別過程中的權(quán)重可以根據(jù)每種參數(shù)在雷達(dá)輻射源參數(shù)中的重要程度和參數(shù)誤差百分率來綜合考量,這樣就得到雷達(dá)輻射源識(shí)別結(jié)果的相似度計(jì)算公式為

其中,fs為相似度,Pi(i=1,2,3,4)為雷達(dá)輻射源參數(shù),Pimin(i=1,2,3,4)為雷達(dá)輻射源模板參數(shù)最小值,Pimax(i=1,2,3,4)為雷達(dá)輻射源模板參數(shù)最大值,xi(i=1,2,3,4)為雷達(dá)輻射源參數(shù)相似度判別權(quán)重。

綜上所述,對(duì)于每一條雷達(dá)輻射源信息可以用以下識(shí)別流程來進(jìn)行識(shí)別,如圖6所示。

這種雷達(dá)輻射源識(shí)別流程設(shè)計(jì)簡單明了,便于工程實(shí)現(xiàn)。在雷達(dá)輻射源模板創(chuàng)建的過程中可以根據(jù)雷達(dá)輻射源接收前端接收到雷達(dá)輻射源的特點(diǎn)將雷達(dá)輻射源模板進(jìn)行初步分割,并在實(shí)際識(shí)別過程中根據(jù)識(shí)別效率來實(shí)施雷達(dá)輻射源模板的重新分割,因此該識(shí)別流程還具有很強(qiáng)的靈活性和通用性。從該識(shí)別流程可以看出,雷達(dá)輻射源參數(shù)匹配的模板在匹配之前已經(jīng)被篩選過,并且按照相似度判別權(quán)重對(duì)參數(shù)匹配流程進(jìn)行了排序,降低了進(jìn)行無效參數(shù)匹配的概率,提高了識(shí)別效率。

圖6　雷達(dá)輻射源識(shí)別流程圖

3雷達(dá)輻射源模糊識(shí)別

在雷達(dá)輻射源識(shí)別過程中,存在著影響識(shí)別結(jié)果的最大的兩個(gè)因素,其一為偵測到的雷達(dá)輻射源參數(shù)誤差過大,其二為雷達(dá)輻射源模板參數(shù)自身不完整或者參數(shù)值自身準(zhǔn)確度不高。造成第1個(gè)因素的,例如氣候的反常以及電磁環(huán)境的惡劣等;另一方面,雷達(dá)輻射源參數(shù)來源的不統(tǒng)一、雷達(dá)輻射源參數(shù)情報(bào)不完整或者不準(zhǔn)確,成為影響雷達(dá)輻射源識(shí)別結(jié)果的第2個(gè)因素。這些內(nèi)在或者外在的條件,有時(shí)會(huì)對(duì)雷達(dá)輻射源識(shí)別結(jié)果造成極大的影響,從而導(dǎo)致識(shí)別結(jié)果錯(cuò)誤。

為了彌補(bǔ)雷達(dá)輻射源識(shí)別過程中由上述兩個(gè)因素造成的識(shí)別結(jié)果偏差,這里引入雷達(dá)輻射源模糊識(shí)別的思路,用來識(shí)別出某一條被選中的雷達(dá)輻射源,并將所有識(shí)別結(jié)果詳盡地羅列出來,作為參考資料,以輔助人工分析。

雷達(dá)輻射源模糊識(shí)別,即在雷達(dá)輻射源參數(shù)匹配的過程中適當(dāng)忽略雷達(dá)輻射源參數(shù)的某些特征,降低參數(shù)的匹配度,比如不要求載頻類型的完全一致,加大重復(fù)周期值的容差范圍,減小脈寬值相似度判定權(quán)重,甚至避免脈內(nèi)調(diào)制參數(shù)的匹配,從而獲得與雷達(dá)輻射源模板相似度低或者只在部分參數(shù)上匹配的識(shí)別結(jié)果。

在雷達(dá)輻射源模糊識(shí)別的過程中,考慮到參數(shù)容差值大等因素,參數(shù)匹配的運(yùn)算量大,識(shí)別結(jié)果多。運(yùn)算量大導(dǎo)致大批量雷達(dá)輻射源識(shí)別時(shí)實(shí)時(shí)性低,識(shí)別結(jié)果多則影響偵測結(jié)果判斷。因此,雷達(dá)輻射源模糊識(shí)別功能應(yīng)該作為普通雷達(dá)輻射源識(shí)別功能的補(bǔ)充,針對(duì)某些特定的輻射源。

雷達(dá)輻射源模糊識(shí)別的流程和普通雷達(dá)輻射源識(shí)別流程類似,兩者的不同點(diǎn)在于雷達(dá)輻射源特征值匹配的嚴(yán)格程度、雷達(dá)輻射源參數(shù)容差范圍和雷達(dá)輻射源參數(shù)相似度判別權(quán)重的設(shè)置。如圖7所示。

圖7雷達(dá)輻射源識(shí)別算法參數(shù)設(shè)置圖

根據(jù)雷達(dá)輻射源識(shí)別算法參數(shù)的設(shè)置,得出模糊識(shí)別的結(jié)果效果圖如圖8所示。

圖8　雷達(dá)輻射源模糊識(shí)別結(jié)果效果圖

4雷達(dá)輻射源識(shí)別效率分析

根據(jù)上述的雷達(dá)輻射源識(shí)別模板的創(chuàng)建方法以及雷達(dá)輻射源識(shí)別流程,可以總結(jié)出雷達(dá)輻射源識(shí)別效率相關(guān)的6大因素:

(1) 雷達(dá)輻射源模板數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)相似度;

(2) 雷達(dá)輻射源模板信息表分割情況;

(3) 雷達(dá)輻射源信息量;

(4) 雷達(dá)輻射源參數(shù)精度;

(5) 雷達(dá)輻射源識(shí)別相似度判斷參數(shù)設(shè)置;

(6) 雷達(dá)輻射源參數(shù)匹配順序。

雷達(dá)輻射源模板的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)相似度決定了雷達(dá)輻射源信息子表的數(shù)量、子表內(nèi)容的行數(shù)和識(shí)別結(jié)果數(shù)量。雷達(dá)輻射源模板信息表的分割決定了識(shí)別流程中循環(huán)遍歷數(shù)據(jù)的次數(shù),是決定雷達(dá)輻射源識(shí)別效率最核心的一環(huán)。雷達(dá)輻射源信息量決定輻射源識(shí)別的頻率。而雷達(dá)輻射源參數(shù)精度、相似度判斷參數(shù)和參數(shù)匹配順序則決定了識(shí)別流程自身循環(huán)的次數(shù)和識(shí)別精度。為了提高雷達(dá)輻射源識(shí)別效率,必須綜合考

慮以上6大因素,在實(shí)際識(shí)別功能調(diào)試過程中優(yōu)化識(shí)別算法,使雷達(dá)輻射源識(shí)別效率滿足實(shí)時(shí)性要求,達(dá)到穩(wěn)定而高效的識(shí)別效果。

5結(jié)束語

本文介紹的雷達(dá)輻射源識(shí)別技術(shù)能高效地對(duì)雷達(dá)輻射源目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別,具有廣泛的適用性。在實(shí)際應(yīng)用中,該技術(shù)被證明穩(wěn)定有效,對(duì)于雷達(dá)信號(hào)電子態(tài)勢判斷和雷達(dá)輻射源目標(biāo)活動(dòng)規(guī)律分析具有強(qiáng)大的輔助作用,使雷達(dá)輻射源偵測結(jié)果更加地直觀、內(nèi)容更加豐富。

參考文獻(xiàn):

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[2]丁士鋒,等.Oracle PL/SQL從入門到精通[M].北京:清華大學(xué)出版社,2012:163.

A recognition technology of radar radiation sources based on data templates in database

ZHANG Bi, ZHANG Zhi-wei, CHEN Yuan-zhi

(No. 724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

Abstract:A modeling method of the templates which describe the radiation sources with the parameters is introduced, and its advantages are also analyzed. The highly efficient procedures of matching the parameters of the radiation sources are discussed, and an idea of the fuzzy recognition of the radiation sources is proposed with the illustration of effect, proving the efficiency of the recognition technology of the radiation sources based on the data templates in the database.

Keywords:radar;radiation source;ORACLE;mathematical model;parameter matching;fuzzy recognition

中圖分類號(hào):TN959.17

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1009-0401(2016)01-0014-04

作者簡介:章碧(1983-)，男，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與信號(hào)識(shí)別；張志偉(1989-)，男，助理工程師，碩士，研究方向：終端顯控與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)；陳遠(yuǎn)志(1970-)，男，工程師，碩士，研究方向：軟件工程。

收稿日期：2015-02-11；修回日期：2016-01-04