廖輝榮，李國(guó)林

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

相似性加權(quán)Δt直方圖脈沖串去交錯(cuò)技術(shù)?

廖輝榮1，李國(guó)林2

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

電子情報(bào)數(shù)字化偵察接收機(jī)中，Δt直方圖去交錯(cuò)方法在脈沖串?dāng)?shù)量較多和脈沖間隔抖動(dòng)較大的復(fù)雜電磁環(huán)境下，不能得到滿足數(shù)字化自動(dòng)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(cè)度對(duì)間隔區(qū)間記數(shù)加權(quán)，建立加權(quán)復(fù)數(shù)直方圖，對(duì)接收脈沖串進(jìn)行去交錯(cuò)處理。經(jīng)過仿真計(jì)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(cuò)效果，更易于數(shù)字化自動(dòng)峰值處理。

電子情報(bào)偵察；脈沖去交錯(cuò)；Δt直方圖；相似性加權(quán)；自動(dòng)峰值處理

1 引言

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

在電子對(duì)抗中，只有準(zhǔn)確測(cè)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(gè)干擾脈沖都能被干擾對(duì)象的接收機(jī)同步檢測(cè)到。而脈沖重復(fù)頻率的測(cè)量與脈沖去交錯(cuò)是交織在一起的過程，相輔相成。

在復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境下，電磁信號(hào)密集、樣式復(fù)雜、沖突激烈且動(dòng)態(tài)交迭［1］，經(jīng)典的脈沖串去交錯(cuò)技術(shù)已經(jīng)不能滿足實(shí)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(cuò)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(jì)算量，且平抑了峰值的高度比，無(wú)法適用信息化環(huán)境下自動(dòng)峰值處理。針對(duì)這些問題，從去除冗余諧頻降低計(jì)算量和提高峰值高度比的角度，設(shè)計(jì)一相似性測(cè)度對(duì)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(cuò)方法

最早的去交錯(cuò)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(gè)脈沖啟動(dòng)延遲，在延遲結(jié)束時(shí)開始接收間隔。如果在接收間隔內(nèi)有下一個(gè)脈沖到達(dá)，那么重新啟動(dòng)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(gè)脈沖到達(dá)時(shí)再重新啟動(dòng)延遲，并重復(fù)這一過程。采用這種方法時(shí)，如果有一個(gè)信號(hào)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(gè)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(diǎn)是脈沖的堵塞概率很大，很容易失鎖導(dǎo)致無(wú)法鎖定所需的脈沖串，且對(duì)于數(shù)字化信號(hào)顯得很盲目，不能用于準(zhǔn)確測(cè)量脈沖重復(fù)間隔。

Δt直方圖去交錯(cuò)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(duì)之間的間隔而做出的脈沖間隔直方圖。在一組N個(gè)脈沖中，總間隔數(shù)由脈沖對(duì)的數(shù)目給出，即：

通過檢查所有脈沖對(duì)之間的時(shí)間，即可求出真實(shí)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(duì)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(gè)直方圖區(qū)間上的積分，這個(gè)自相關(guān)函數(shù)由位于脈沖到達(dá)時(shí)間上的若干脈沖組成。如果用tn表示到達(dá)時(shí)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(shí)，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(duì)于任何一對(duì)到達(dá)時(shí)間，滿足τ1＜tn－tk≤τ2時(shí)，被積函數(shù)才有值，所以脈沖的到達(dá)時(shí)間間隔處在τ1～τ2范圍內(nèi)的這些脈沖對(duì)的計(jì)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(duì)成功去交錯(cuò)脈沖數(shù)的影響

電子情報(bào)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(cuò)，為此建立一種模型用來(lái)估計(jì)能夠去交錯(cuò)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(shí)間段T，總共存在的脈沖數(shù)為N，k個(gè)脈沖串中的每一個(gè)脈沖串由nk個(gè)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(gè)脈沖之間的到達(dá)時(shí)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(shí)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(lái)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(gè)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(cuò)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(gè)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(gè)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(dòng)。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(gè)區(qū)間中純間隔與不純間隔的高度比由式（12）給出：

為了對(duì)這個(gè)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(cuò)的脈沖串?dāng)?shù)目大約為

式中，R是在一個(gè)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(cuò)的Δt直方圖時(shí)，主要問題之一是在真實(shí)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(cuò)。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(gè)間隔時(shí)在區(qū)間的計(jì)數(shù)上加一個(gè)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(shí)間間隔一個(gè)末端處的脈沖到達(dá)時(shí)間相位。

考慮用相似性加權(quán)的方法來(lái)降低滿足足夠高度比時(shí)的純間隔與不純間隔之比，同時(shí)提高存在多個(gè)有意抖動(dòng)信號(hào)時(shí)可合理地去交錯(cuò)的脈沖串?dāng)?shù)目。

這種方法是在確定每個(gè)區(qū)間時(shí)在區(qū)間的計(jì)數(shù)上加一個(gè)復(fù)數(shù)，不僅不是1，而是一個(gè)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(diǎn)討論度量函數(shù)的計(jì)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(duì)脈沖的相似性采用歐氏距離測(cè)度，即：

設(shè)同一脈沖串中兩脈沖字在各參數(shù)隨機(jī)抖動(dòng)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(duì)是來(lái)自兩個(gè)不同輻射源時(shí)，加權(quán)系數(shù)的值會(huì)小于1，且理想情況下會(huì)接近于0。當(dāng)脈沖對(duì)是來(lái)自同一個(gè)輻射源時(shí)，加權(quán)系數(shù)的值會(huì)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(lái)去除位數(shù)脈沖重復(fù)間隔區(qū)間的高度。計(jì)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(duì)值?，F(xiàn)在考慮恒定脈沖重復(fù)間隔時(shí)的區(qū)間容量。如果間隔為真實(shí)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(shí)脈沖重復(fù)間隔對(duì)應(yīng)的區(qū)間。

5 仿真分析

設(shè)信號(hào)時(shí)長(zhǎng)T＝800 ms，5個(gè)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(dòng)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(dòng)率在1%內(nèi)。仿真中僅以脈沖RF分量來(lái)計(jì)算相似性參數(shù)。組合脈沖串以脈沖到達(dá)時(shí)間參數(shù)進(jìn)行排序，生成被分析信號(hào)。直方圖區(qū)間寬度設(shè)為0.05 ms。

經(jīng)仿真計(jì)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(jì)算結(jié)果對(duì)比如圖1所示。從圖中可以清楚看出在交錯(cuò)及抖動(dòng)較復(fù)雜的情況下，經(jīng)典的直方圖去交錯(cuò)算法已經(jīng)基本不能成功去交錯(cuò)。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(cuò)，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(dòng)峰值處理。

當(dāng)仿真產(chǎn)生10個(gè)輻射源組成的交錯(cuò)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(dòng)增加到0.03 ms，信號(hào)時(shí)長(zhǎng)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(cuò)效果比經(jīng)典方法有明顯的優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié)論

通過仿真實(shí)驗(yàn)可以看出，加權(quán)復(fù)數(shù)直方圖方法不僅對(duì)真實(shí)脈沖間隔的倍數(shù)有很強(qiáng)的抑制作用，同時(shí)能非常好地消除抖動(dòng)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(cè)度對(duì)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(dòng)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(cuò)效果，提高峰值高度比，減少了錯(cuò)漏和失鎖，更易于數(shù)字化自動(dòng)峰值處理。

在去交錯(cuò)處理實(shí)驗(yàn)過程中，不足之處是計(jì)算量仍然較大，不能適用于實(shí)時(shí)性要求很高的信號(hào)偵察情景，算法需進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化，提高計(jì)算效率。

［1］王汝群.戰(zhàn)場(chǎng)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(hào)分選新方法［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，31（3）：430－433.

HE Ming-hao，ZHU Yuan-qing.One new method for sorting Radar emitter signals［J］.Journal of Wuhan University of Technology，2007，31（3）：430－433.（in Chinese）

［3］ORSI R J，MOORE R.Interleaved pulse train spectrum estimation［J］.Signal Processing and Its Applications，1996（8）：25－30.

［4］NISHIGUCHI K，KORBYASHI M.Improved algorithm for estimating pulse repetition intervals［J］.IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，2000，36（2）：407－421.

［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(guó)林（1955－），男，吉林長(zhǎng)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(yáng)人，海軍航空工程學(xué)院博士研究生，主要研究方向?yàn)槟繕?biāo)中近程探測(cè)、信息對(duì)抗與數(shù)據(jù)融合；

1001－893X（2010）06－0028－04

2010－01－18；

2010－04－07