基于PRI的雷達(dá)信號(hào)綜合分選方法

魏可友，黃 康，梁 廣，劉會(huì)杰

（1.中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所 上海200050；2.上海微小衛(wèi)星工程中心 上海201203）

基于PRI的雷達(dá)信號(hào)綜合分選方法

魏可友1，2，黃 康2，梁 廣2，劉會(huì)杰2

（1.中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所 上海200050；2.上海微小衛(wèi)星工程中心 上海201203）

針對常規(guī)雷達(dá)信號(hào)和復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)同時(shí)存在的復(fù)雜信號(hào)環(huán)境，以及減少混合脈沖序列的分選時(shí)間，基于PRI變換提出一種PRI變換法及其改進(jìn)方法相結(jié)合的綜合分選方法。仿真驗(yàn)證，該方法可行，并對脈沖丟失嚴(yán)重的情況仍具有很好的分選效果。

信號(hào)分選；PRI變換；綜合分選方法；脈沖丟失

雷達(dá)信號(hào)分選是雷達(dá)對抗的關(guān)鍵技術(shù)，通過雷達(dá)信號(hào)分選，準(zhǔn)確識(shí)別出空間中各種不同的雷達(dá)及其參數(shù)，并將其放入雷達(dá)庫中以便后續(xù)的定位、跟蹤、干擾等處理。利用脈沖重復(fù)間隔（PRI）的重頻分選方法是主分選中主要使用的方法。隨著輻射源數(shù)及雷達(dá)脈沖信號(hào)形式的不斷增多，在接收到的混疊脈沖流中，往往同時(shí)存在常規(guī)雷達(dá)信號(hào)、復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)（PRI服從某種調(diào)制規(guī)律）以及脈沖丟失。為了保證對混疊脈沖流分選的實(shí)時(shí)性和高效性，將PRI變換法及其改進(jìn)方法結(jié)合起來，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確分選。

1 序列檢索

基于PRI的所有分選算法都由PRI估計(jì)和序列檢索兩個(gè)過程組成。序列檢索是根據(jù)正確估計(jì)的PRI值，將該部雷達(dá)的全部脈沖從交疊的脈沖流中全部分離出來。脈沖列檢索是所有雷達(dá)信號(hào)分選方法都必須包含的重要一步，檢索性能的好壞直接影響分選脈沖的有效性。文中使用直接序列搜索，根據(jù)已經(jīng)估計(jì)得到的PRI值，將脈沖間隔為PRI或者PRI的整數(shù)倍的脈沖信號(hào)從脈沖流中分離出來。

直接序列搜索的步驟如下：首先，程序?qū)⒌谝粋€(gè)脈沖作為基準(zhǔn)脈沖，然后搜索下一個(gè)脈沖，判斷兩個(gè)脈沖之間的TOA差值（即）是否大于某個(gè)規(guī)定值（該值為PRImax），如果大于該值，則表明所選基準(zhǔn)脈沖不在此PRI的脈沖列，以下一個(gè)脈沖為基準(zhǔn)脈沖繼續(xù)進(jìn)行前面的過程。若不大于該值，判斷兩個(gè)脈沖之間的TOA差值（即）與 PRI的比值是否在設(shè)定的容差范圍（容差即為脈沖抖動(dòng)量）內(nèi)，如果超出容差范圍，則進(jìn)行后一脈沖的比較過程。如果與PRI的比值是在設(shè)定的容差范圍內(nèi)，則將基準(zhǔn)脈沖和該脈沖分離出來，并繼續(xù)下一脈沖與基準(zhǔn)脈沖的比較。將后續(xù)脈沖依次與此基準(zhǔn)脈沖比較，直至分離結(jié)束。判斷以此PRI值進(jìn)行序列搜索出的脈沖數(shù)，如果脈沖數(shù)大于某個(gè)規(guī)定值，則搜索成功，否則，搜索失敗，以估計(jì)出的下一個(gè)PRI值進(jìn)行搜索。

2 基于PRI變換的分選方法

2.1 PRI變換法

設(shè)用脈沖前沿時(shí)間表示脈沖的到達(dá)時(shí)間，令tn（n=0，1，2，…，n-1）為脈沖的到達(dá)時(shí)間，其中n是采樣脈沖數(shù)。若只考慮使用TOA這個(gè)參數(shù)，則采樣脈沖串就可以模型化為單位沖擊函數(shù)的和，可表示為

的積分變換公式為：

式中，τ＞0。式（2）即為PRI變換，它給出一種PRI的譜圖，在代表真PRI值得地方將出現(xiàn)峰值。將（1）代入（2）得到：

設(shè)[τmin，τmax]為PRI的取值范圍，將其分成K個(gè)小區(qū)間（即PRI箱），每個(gè)PRI箱的寬度為b=（τmaxτmin）/K，則第 k個(gè) PRI箱的中心為 τk=[（k-1/2）/K]（τmax-τmin）+τmin，k=1，2，…，K。在式（3）的基礎(chǔ)上進(jìn)行PRI取值統(tǒng)計(jì)

|Dk|為PRI值統(tǒng)計(jì)脈沖數(shù)。超過門限時(shí)其對應(yīng)的PRI值即為可能的PRI值。

在PRI變換中，由于相位因子exp（2πitn/τ）或exp[2πit/（tn-tm）]的引入，幾乎完全抑制了出現(xiàn)在自相關(guān)函數(shù)中的子諧波。在直方圖分選方法中由于脈沖丟失引起的諧波問題，使用PRI變換可以得到解決。因此，PRI變化在脈沖丟失嚴(yán)重的情況下仍然有很好的分選效果。另外，PRI變換分選是直接由PRI變換估計(jì)出PRI值之后，根據(jù)得到的PRI進(jìn)行序列檢索，直方圖類的分選方法（包括CDIF、SDIF）是對每一級(jí)直方圖中超過門限的PRI值進(jìn)行序列搜索，在此過程，PRI變換分選可以節(jié)省大量搜索時(shí)間。

2.2 改進(jìn)的PRI變換法

PRI變換法對抑制諧波、脈沖丟失有較好的分選效果，但對于脈沖的PRI存在抖動(dòng)時(shí)，用PRI變換法估計(jì)PRI值時(shí)，真實(shí)的PRI被噪聲淹沒，不能估計(jì)出正確的PRI值。如圖1，是對含有兩個(gè)常規(guī)雷達(dá)（PRI1=170 μs，PRI2=300 μs）的脈沖列進(jìn)行PRI變換，可以正確估計(jì)出脈沖列中兩部雷達(dá)的PRI值。圖2為對這兩部雷達(dá)脈沖PRI加入10%的抖動(dòng)量，用PRI變換法進(jìn)行分選，使用PRI變換后，PRI值完全被噪聲淹沒。

圖1 PRI變換法對常規(guī)信號(hào)分選圖

圖2 PRI變換法對PRI抖動(dòng)信號(hào)分選圖

分析上述情況原因，主要是因?yàn)殡S著脈沖到達(dá)時(shí)間離起點(diǎn)時(shí)間漸遠(yuǎn)，相位因子exp[2πit/（tn-tm）]的相位誤差也隨著增大；又由于PRI抖動(dòng)的影響，使得本該在同一個(gè)PRI箱里的脈沖卻落在了PRI中心值附近的幾個(gè)箱中，這使得傳統(tǒng)PRI變換法在脈沖存在抖動(dòng)時(shí)，使得真實(shí)的PRI值被噪聲淹沒掉。針對PRI變換法的這兩個(gè)缺點(diǎn)，對其進(jìn)行以下兩個(gè)方面的改進(jìn)。

1）使用可移動(dòng)的起始時(shí)間點(diǎn)，來減小相位因子的相位差。通過改變時(shí)間起點(diǎn)，減小因TOA遠(yuǎn)離時(shí)間起點(diǎn)造成的相位誤差，通過不斷移動(dòng)時(shí)間起點(diǎn)，相位因子的相位誤差不會(huì)積累，即可減少相位因子的誤差。

2）使用交疊的PRI箱來增加PRI箱的寬度，以此來克服PRI箱寬度和PRI抖動(dòng)寬度與PRI估計(jì)精度之間的矛盾。

改進(jìn)后的PRI變換法較傳統(tǒng)PRI變換法，由于不斷移動(dòng)的時(shí)間起點(diǎn)和交疊箱的引入，使得計(jì)算量增加，算法復(fù)雜度提高，因此分選時(shí)間增加。

2.3 基于PRI變換的綜合分選方法

1）首先對接收到的脈沖序列利用2.1節(jié)中式（4）進(jìn)行PRI取值統(tǒng)計(jì)。

2）對所有|Dk|值超過門限的PRI值依次進(jìn)行序列檢索。將成功搜索到的脈沖序列從原始脈沖流中扣除，剩下的脈沖流中只含有復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)脈沖序列。

3）利用改進(jìn)的PRI變換法對剩余的脈沖進(jìn)行分選。

4）對改進(jìn)PRI變換估計(jì)出的PRI值進(jìn)行后續(xù)的參差識(shí)別和調(diào)制識(shí)別。

3 仿真分析

假設(shè)待分選脈沖流中共有5部雷達(dá)：兩部常規(guī)雷達(dá)（PRI1=170 μs，PRI2=230 μs，20%的脈沖丟失）；三部帶有一定抖動(dòng)量的復(fù)雜雷達(dá)信號(hào) （PRI3=120 μs，PRI4=210 μs，PRI5=300 μs，抖動(dòng)量為10%）。

接收到的雷達(dá)脈沖序列的TOA-PRI效果圖，如圖3所示，毫無規(guī)律。首先，使用傳統(tǒng)的PRI變換法對脈沖流進(jìn)行分選，并搜索出脈沖流中的常規(guī)雷達(dá)信號(hào)?？紤]脈沖流密度較高，脈沖丟失嚴(yán)重，將PRI箱數(shù)取為300，τmin=0 μs，τmax=1 000 μs，仿真結(jié)果如圖4所示。

圖3 待分選脈沖列TOA-PRI效果圖

圖4 PRI變換法分選圖

從圖4可以看出，在含有5部雷達(dá)的脈沖流中，使用傳統(tǒng)的PRI變化法可以估計(jì)出兩個(gè)PRI值，PRI1=170 μs，PRI2=230 μs，將這兩個(gè)PRI值用于序列檢索，成功搜索出兩個(gè)脈沖列并將其從脈沖流中扣除，得到剩余脈沖序列的TOA-PRI效果圖，如圖5所示。然后對剩余的脈沖流進(jìn)行采用改進(jìn)的PRI變換法，估計(jì)其中可能存在的PRI中心值，結(jié)果如圖6。從圖6中可看出，利用改進(jìn)的PRI變換法可以很到估計(jì)出帶有抖動(dòng)量的 PRI值 （PRI3=120 μs，PRI4=210 μs，PRI5=300 μs）。

圖5 剩余脈沖流TOA-PRI效果圖

圖6 改進(jìn)的PRI變換法分選圖

然后對剩余的脈沖流采用改進(jìn)的PRI變換法進(jìn)行分選，估計(jì)其中可能存在的PRI中心值，結(jié)果如圖6。從圖6中可看出，利用改進(jìn)的PRI變換法可以很到估計(jì)出帶有抖動(dòng)量的PRI值（PRI3=120 μs，PRI4= 210 μs，PRI5=300 μs）。仿真表明，基于PRI變換的綜合分選方法可以很好地對常規(guī)雷達(dá)信號(hào)和復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)同時(shí)存在的復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行分選。

4 結(jié)束語

文中首先針對常規(guī)雷達(dá)信號(hào)和復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)同時(shí)存在的復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)環(huán)境，提出基于PRI變換的綜合分選方法，為了減少混合脈沖流的信號(hào)分選時(shí)間，首先采用傳統(tǒng)的PRI變換法從混合脈沖流中分選出常規(guī)雷達(dá)信號(hào)，然后對剩余脈沖流使用改進(jìn)后的PRI變換法進(jìn)行分選。仿真結(jié)果表明，該算法可行，并對脈沖丟失嚴(yán)重的情況仍具有很好的分選效果。隨著雷達(dá)輻射源數(shù)目不斷增加以及信號(hào)形式越來越復(fù)雜多樣，雷達(dá)信號(hào)分選的高效性、實(shí)時(shí)性以及抗干擾能力仍需要不斷改進(jìn)。

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A new integrated method of radar signal sorting based on PRI

WEI Ke-you1，2，HUANG Kang2，LIANG Guang2，LIU Hui-jie2
（1.Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology，Chinese Academy of Sciences，Shanghai 200050，China；2.Shanghai Engineering Center for Microsatellites，Shanghai 201203，China）

In response to the mixture of constant PRI and fitter PRI，and reducing sorting time，give a new integrated method of signal sorting which combines PRI transform and its improved method. Simulation proves that this method is effective，and can be used to solve the problem of pulse loss.

signal sorting；PRI transform；integrated method；pulse loss

TN971

：A

：1674－6236（2017）01-0190-04

2015-12-22稿件編號(hào)：201512227

魏可友（1989—），男，山東臨沂人，碩士研究生。研究方向：信號(hào)與信息處理、電子偵察技術(shù)。