基于多偵察接收機(jī)條件下的雷達(dá)信號分選方法

錢志亞，李 鵬

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州 225101)

0 引 言

偵察機(jī)裝備通過天線接收雷達(dá)輻射的脈沖描述字(PDW)信號，經(jīng)過分選處理生成合批后的輻射源描述字(EDW)數(shù)據(jù)，最后在界面上顯示，供操作員進(jìn)行決策。在對偵察機(jī)裝備的操作訓(xùn)練中，如果用列裝的雷達(dá)裝備進(jìn)行實(shí)物訓(xùn)練，訓(xùn)練成本高且容易泄密。因此通過向偵察機(jī)裝備推送由半實(shí)物仿真系統(tǒng)生成的PDW數(shù)據(jù)或EDW數(shù)據(jù)來進(jìn)行訓(xùn)練，就很有用。與實(shí)物訓(xùn)練相比可節(jié)省資金和時(shí)間，與純數(shù)字仿真生成的EDW數(shù)據(jù)或PDW數(shù)據(jù)相比訓(xùn)練效果更貼近實(shí)際。

本文主要講解了PDW數(shù)據(jù)、EDW數(shù)據(jù)在軟件方面的分選處理過程，如何把一個(gè)靜態(tài)的信號環(huán)境變成一個(gè)動態(tài)的信號環(huán)境[1-2]。

1 系統(tǒng)架設(shè)

該半實(shí)物仿真系統(tǒng)主要包括雷達(dá)信號環(huán)境模擬分系統(tǒng)(含信號顯控計(jì)算機(jī)和多個(gè)信號模擬器)、偵察仿真分系統(tǒng)(含偵察顯控計(jì)算機(jī)和PDW存儲處理計(jì)算機(jī))、導(dǎo)控計(jì)算機(jī)、通用頭偵收設(shè)備(簡稱通用頭)、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換設(shè)備、各偵察機(jī)裝備模擬器(簡稱偵察機(jī))以及一個(gè)暗室環(huán)境，本系統(tǒng)可以同時(shí)針對多個(gè)偵察機(jī)分別生成對應(yīng)的EDW數(shù)據(jù)和PDW數(shù)據(jù)。

導(dǎo)控計(jì)算機(jī)分別和信號顯控計(jì)算機(jī)、偵察顯控計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，信號顯控計(jì)算機(jī)和各信號模擬器網(wǎng)絡(luò)連接。

偵察顯控計(jì)算機(jī)和PDW存儲處理計(jì)算機(jī)、各偵察機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接。

通用頭和數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換設(shè)備通過低壓差分信號(LVDS)總線連接。

數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換設(shè)備和各偵察機(jī)通過LVDS總線連接，和PDW存儲處理計(jì)算機(jī)通過光纖連接，PDW存儲處理計(jì)算機(jī)上安裝數(shù)據(jù)采集卡。

各信號模擬器的發(fā)射天線安裝在暗室四周，同一個(gè)頻段的模擬器要相互錯(cuò)開，至少相距20°以上，通用頭安裝在暗室中間轉(zhuǎn)臺上，需測量各發(fā)射天線和通用頭的安裝角度。

在導(dǎo)控計(jì)算機(jī)上設(shè)置戰(zhàn)情態(tài)勢、氣象信息、各平臺及各偵察機(jī)的運(yùn)行軌跡，每個(gè)平臺上有若干個(gè)雷達(dá)信號。導(dǎo)控計(jì)算機(jī)對設(shè)置好的雷達(dá)信號分配通道，每個(gè)雷達(dá)信號設(shè)置2個(gè)幅度值Pa1和Pa2，Pa1是控制雷達(dá)信號模擬器產(chǎn)生信號時(shí)使用；Pa2是雷達(dá)信號在平臺上發(fā)射時(shí)的信號幅度，在解算偵察機(jī)收到的實(shí)際信號幅度時(shí)使用。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與顯示

導(dǎo)控計(jì)算機(jī)初始化下發(fā)戰(zhàn)情態(tài)勢，信號顯控計(jì)算機(jī)收到雷達(dá)信號參數(shù)后，分配到各通道。偵察顯控計(jì)算機(jī)收到氣象信息、雷達(dá)信號參數(shù)和偵察機(jī)與平臺的初始位置信息后，創(chuàng)建雷達(dá)真值文件，把偵察機(jī)和平臺的位置信息保存到數(shù)組向量中，等待導(dǎo)控計(jì)算機(jī)的開始命令。

訓(xùn)練開始后，各信號模擬器通過天線向暗室中的通用頭發(fā)送復(fù)雜電磁環(huán)境信號(脈沖描述字PDW)。通用頭收到PDW后，實(shí)時(shí)發(fā)送給數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換設(shè)備，由其進(jìn)行實(shí)時(shí)處理并轉(zhuǎn)發(fā)給各個(gè)偵察機(jī)，同時(shí)通過光纖將PDW數(shù)據(jù)發(fā)送給PDW存儲處理計(jì)算機(jī)進(jìn)行保存。

各偵察機(jī)收到PDW數(shù)據(jù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，生成EDW數(shù)據(jù)并發(fā)送給偵察顯控計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示和保存。在界面中顯示各偵察機(jī)的EDW數(shù)據(jù)信息，顯示各信號的批號、方位、載頻、重復(fù)周期、脈寬和信號幅度。

運(yùn)行過程中導(dǎo)控計(jì)算機(jī)可執(zhí)行參數(shù)修改、模式切換、信號開關(guān)機(jī)等操作，該操作同時(shí)發(fā)送到信號顯控和偵察顯控計(jì)算機(jī)。信號顯控計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)控制信號模擬器對雷達(dá)信號進(jìn)行導(dǎo)調(diào)，偵察顯控計(jì)算機(jī)對被導(dǎo)調(diào)雷達(dá)的信號參數(shù)和時(shí)戳進(jìn)行保存。

訓(xùn)練結(jié)束后偵察顯控計(jì)算機(jī)保存EDW數(shù)據(jù)、軌跡數(shù)據(jù)以及雷達(dá)信號真值數(shù)據(jù)。

3 EDW分選處理

偵察機(jī)的EDW數(shù)據(jù)基本上包含新增報(bào)文(含批號、載頻、重復(fù)周期、脈寬、方位和幅度等信息)、更新報(bào)文(含批號、方位和幅度等信息)和消失報(bào)文。EDW分選處理是對EDW數(shù)據(jù)與雷達(dá)信號真值進(jìn)行匹配，找到對應(yīng)平臺，更改方位和幅度，插入更新報(bào)文，判斷視距和幅度。

若某批號與偵察機(jī)視距小于所在平臺與偵察機(jī)距離，或偵察機(jī)偵收的信號幅度小于靈敏度，該批號要?jiǎng)h除。匹配失敗則認(rèn)為是雜亂信號，報(bào)文不變。另外還可進(jìn)行信號刪除、修改、插入3種操作，最后對批號重新編排。EDW的分選處理流程如圖2所示。

圖2 EDW分選處理流程圖

融合后的EDW報(bào)文和雷達(dá)信號真值的匹配過程是最重要的步驟，理想情況是某個(gè)批號的方位和某個(gè)雷達(dá)信號真值所在通道的方位接近，時(shí)域也匹配，同時(shí)頻率、重復(fù)周期、脈寬參數(shù)也很接近，則該批號和雷達(dá)信號真值匹配成功，且為主信號。

但實(shí)際情況可能1個(gè)雷達(dá)信號真值有多個(gè)EDW報(bào)文對應(yīng)，且出現(xiàn)增批現(xiàn)象。因此自動匹配時(shí)先找符合四大要素的主信號，剩下未匹配成功的EDW報(bào)文中再找出方位增批、頻率增批、重復(fù)周期增批和脈寬增批信號。自動匹配完成后彈出匹配結(jié)果對話框，匹配結(jié)果如圖3所示，可手動調(diào)整匹配結(jié)果。

更新EDW報(bào)文的方位和幅度時(shí)，根據(jù)時(shí)戳讀取軌跡數(shù)據(jù)，解算出該時(shí)刻平臺相對偵察機(jī)的方位和距離信息。

根據(jù)雷達(dá)信號頻率、幅度Pa2、氣象信息和距離，解算該時(shí)刻偵察機(jī)收到的實(shí)際信號幅度，替換原報(bào)文中的方位和幅度值。由于暗室中雷達(dá)信號的方位和幅度比較穩(wěn)定，因此偵察機(jī)的更新報(bào)文很少，甚至沒有。但實(shí)際戰(zhàn)情態(tài)勢中，各平臺和偵察機(jī)都在運(yùn)動，方位和幅度也在變化，因此需插入多個(gè)更新報(bào)文。

4 PDW分選處理

PDW數(shù)據(jù)處理時(shí)，1次讀取1 s的PDW數(shù)據(jù)，每個(gè)PDW包含到達(dá)時(shí)間(TOA)、載頻、脈寬和方位值。將PDW數(shù)據(jù)與雷達(dá)信號真值進(jìn)行參數(shù)匹配，時(shí)間、方位、載頻和脈寬都符合的認(rèn)為是主信號。

圖3 EDW匹配結(jié)果

找到對應(yīng)的平臺，判斷視距和幅度，如果某個(gè)PDW超視距或解算出偵察機(jī)偵收到的實(shí)際信號幅度小于偵察機(jī)的靈敏度，則該P(yáng)DW也要?jiǎng)h除。更改每個(gè)PDW的方位和幅度。匹配失敗則認(rèn)為是雜亂信號，不進(jìn)行處理。另外分選處理還能完成信號刪除、參數(shù)修改、插入3種操作。

根據(jù)各平臺與偵察機(jī)的軌跡數(shù)據(jù)，解算出當(dāng)前時(shí)刻每個(gè)平臺相對偵察機(jī)的方位和距離，并解算出每個(gè)雷達(dá)信號真值在偵察機(jī)位置的實(shí)際幅度，以及每個(gè)雷達(dá)信號真值與偵察機(jī)的視距大小。

修改雷達(dá)信號真值的重復(fù)周期參數(shù)時(shí)，遍歷所有PDW，將對應(yīng)的原PDW先刪除，然后按新的重復(fù)周期插入新PDW，若對應(yīng)的時(shí)間位置沒有空隙,則該P(yáng)DW丟棄。插入新的雷達(dá)信號真值時(shí)，按重復(fù)周期插入PDW，若對應(yīng)的時(shí)間位置沒有空隙則該P(yáng)DW丟棄。更新匹配成功PDW的方位時(shí)，方位采用插值算法，根據(jù)1 s前后平臺的不同方位值，可以推算出中間某個(gè)時(shí)間段的具體方位值。PDW的分選處理流程如圖4所示。

5 結(jié)束語

要想達(dá)到較好的EDW數(shù)據(jù)和PDW數(shù)據(jù)分選處理效果，設(shè)置戰(zhàn)情態(tài)勢時(shí)各雷達(dá)信號真值相互之間的頻率參數(shù)要盡量錯(cuò)開，若錯(cuò)不開需要分配到不同的通道，同頻段的各通道在暗室中的方位要錯(cuò)開20°以上，避免方位判斷模糊。另外分選處理效果還和信號模擬器的信號生成質(zhì)量、通用頭的偵收能力以及各偵察機(jī)的分選能力有關(guān)。

如果更換偵察機(jī)和平臺軌跡，就可以模擬生成一個(gè)新的動態(tài)環(huán)境態(tài)勢數(shù)據(jù)。

經(jīng)過多輪測試，本系統(tǒng)在復(fù)雜信號環(huán)境下EDW的自動匹配率能夠達(dá)到80%以上，加上人工匹配功能，對漏配的EDW進(jìn)行手動調(diào)整，最后能達(dá)到滿意的分選處理效果。

圖4 PDW分選處理流程圖