盛九朝

（船舶重工集團(tuán)公司723所，揚(yáng)州 225001）

0 引 言

電子戰(zhàn)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中進(jìn)攻和防御的重要作戰(zhàn)手段，現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，各種武器裝備威力的發(fā)揮、戰(zhàn)區(qū)的監(jiān)視和警戒都越來越多地依靠雷達(dá)的效能。通過爭奪電子頻譜的控制權(quán)，進(jìn)行反電子對抗措施，削弱或破壞敵電磁頻譜的效能，使敵方武器裝備和指揮控制失效，為戰(zhàn)場指揮決策提供情報，引導(dǎo)我方武器攻擊對方目標(biāo)，掌握戰(zhàn)場主動權(quán)。

信號處理作為電子支援措施（ESM）系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，不但要分析出各部雷達(dá)信號的信號特征，還要能給出干擾控制信號。信號處理的處理水平直接決定了電子戰(zhàn)裝備的性能。

1 傳統(tǒng)ESM架構(gòu)

傳統(tǒng)的接收機(jī)給出雷達(dá)的射頻（RF）、到達(dá)時間（TOA）、脈沖寬度（PW）、脈沖幅度（PA）以及到達(dá)角（DOA）五大參數(shù)特征向量，當(dāng)處理常規(guī)體制雷達(dá)且輻射源數(shù)量不多的情況下的確可以獲得較滿意的結(jié)果。

隨著現(xiàn)代電子戰(zhàn)的激烈對抗，電磁威脅環(huán)境變得日益密集、復(fù)雜和多變，雷達(dá)信號波形在時域、空域、頻域參數(shù)都有可能發(fā)生重疊或部分重疊，雷達(dá)信號分選處理中存在的“漏批”和“增批”現(xiàn)象將會變得越來越嚴(yán)重，導(dǎo)致分選結(jié)果失效。因此多參數(shù)分選中容差的選擇問題變得越來越突出。各維分選參數(shù)的最優(yōu)邊界劃分，已成為信號分選中急需解決的關(guān)鍵性問題。

圖1 ESM架構(gòu)圖

2 國外研究現(xiàn)狀

從20世紀(jì)70年代起國外便開始復(fù)雜信號環(huán)境下雷達(dá)輻射源信號分選方法的研究工作，具有代表性的分選算法有DavieS、Campbell等人提出的序列搜索法，Whittall、Rogers等人提出的設(shè)定參數(shù)量化容差的小盒匹配法，Mardia、Wilkins.n等人提出的基于空間距離的多參數(shù)聚類法。20世紀(jì)80年代開始，相繼出現(xiàn)了基于序列搜索和參數(shù)匹配原理的一些硬件處理方法。20世紀(jì)90年代，Mardia對分選進(jìn)行了深入的研究，將直方圖分析方法與序列搜索算法相結(jié)合，提出了累積差直方圖算法。近幾年，又出現(xiàn)了將K－Means聚類算法用于雷達(dá)信號分選的一些嘗試；由于ESM算法屬于軍事機(jī)密，真正報道算法如何實(shí)現(xiàn)的幾乎沒有，都只是提出了一些籠統(tǒng)的概念。

3 多參數(shù)綜合聚類信號分選

首先分析信號的統(tǒng)計模型，假如在一個時間段內(nèi)，對接收機(jī)送來的脈沖參數(shù)按照頻率和方位進(jìn)行統(tǒng)計，并將統(tǒng)計結(jié)果顯示在極坐標(biāo)內(nèi)，距離軸表示信號的頻率，方向軸表示信號的方位，則得到的信號集合為 ∑f（F，D），其中F為頻率，D為到達(dá)方向。現(xiàn)在以單部信號為例，討論它在極坐標(biāo)內(nèi)的統(tǒng)計模型。

（1）若該信號為點(diǎn)頻信號，即為常規(guī)雷達(dá)信號，假若該信號禁止或緩慢運(yùn)動，得到的極坐標(biāo)波形如圖2所示，可見其軌跡為一段弧線。

圖2 軌跡為一段弧線圖

（2）若該信號為頻率捷變信號，得到的極坐標(biāo)波形如圖3所示，可見其軌跡為一段弧面，。

圖3 軌跡為一段弧面圖

（3）若該信號為頻率分集信號，得到的極坐標(biāo)波形如圖4，可見其軌跡為一段彎曲的曲線。

（4）圖5為3部信號交織在一起的信號模型，其中2部為捷變信號，1部為點(diǎn)頻信號。

圖4 軌跡為一段彎曲的曲線圖

圖5 交織在一起的信號模型圖

按傳統(tǒng)ESM信號處理的方法，當(dāng)對脈沖描述字（PDW）按“容差”進(jìn)行劃分“小盒”時（如圖5），3個信號頻率相互交錯，很容易使信號劃分的小盒相互滲透，導(dǎo)致信號“漏批”和“增批”。針對傳統(tǒng)雷達(dá)信號分選體制的不足，國內(nèi)某電子設(shè)備研究所的信號分選專家提出了一種未知雷達(dá)信號的加權(quán)聚類分選算法，在一定程度上適于解決復(fù)雜環(huán)境下的未知輻射源雷達(dá)信號分選問題，但此方法仍然無法避免雷達(dá)信號分選領(lǐng)域長期以來一直面臨的“容差問題”，鑒于此，本文提出一種基于時域相關(guān)的動態(tài)聚類分選算法，模型如圖6所示。

圖6 基于時域相關(guān)的動態(tài)聚類分選算法模型圖

為了判斷一個雷達(dá)脈沖信號是否屬于某一個輻射源，可用脈沖信號多個參數(shù)的加權(quán)歐幾里德距離來表征雷達(dá)脈沖信號參數(shù)之間的幾何距離［1］：

式中：d為雷達(dá)參數(shù)信號誤差向量，這里為時域和空域的聯(lián)合誤差向量；w為雷達(dá)信號參數(shù)的加權(quán)矩陣。

也可將距離歸一化為：

式中：d i為歸一化的參數(shù)誤差，具體計算方法如下：

式中：x0i為脈沖參數(shù)中心值；△x mi為容差范圍。

幾何距離越小，表示脈沖之間同屬一部信號的相似度越高，若幾何距離大于某一門限值，就認(rèn)為屬于不同的信號。從上述公式可以看出，如果“容差”選擇的太小，可能使1部信號聚類為多部信號；如果“容差”選擇得太大，可能使多部信號聚類為1部信號。同一部信號，不僅頻域和空域相關(guān)，其實(shí)時域也是相關(guān)的，可以從時域判別動態(tài)聚類分析的結(jié)果，根據(jù)結(jié)果再對“容差”進(jìn)行調(diào)整，以便得到滿意的動態(tài)聚類分析結(jié)果。

圖7 常規(guī)掃描信號包絡(luò)圖

顯然I2非常小，通過對整個Ii進(jìn)行分析，認(rèn)為P3為帶外脈沖或反射脈沖，再通過脈沖包絡(luò)進(jìn)一步驗(yàn)證。

若脈沖包絡(luò)丟失脈沖，如圖8所示。

圖8 脈沖包絡(luò)丟失脈沖圖

顯然I5比較大，但I(xiàn)5%I（I為間隔相等的脈沖數(shù)最多的那個間隔）小于δ，認(rèn)為P6屬于該部信號，再通過脈沖包絡(luò)進(jìn)一步驗(yàn)證。

下面以圓掃信號為例，分析脈沖包絡(luò)如圖9所示。

設(shè)y′i＝Ai＋1－Ai，其中Ai表示脈沖幅度，正常情況下，y′i先為正值，慢慢過渡到負(fù)值，到達(dá)0附近時，幅度達(dá)到最大值，若有帶外脈沖或反射脈沖，如圖9，y′i從正變負(fù)后，馬上又變正，顯然該點(diǎn)為畸點(diǎn)，P3不屬于該包絡(luò)，為帶外脈沖或反射脈沖。

圖9 圓掃信號分析脈沖包絡(luò)圖

設(shè)帶外脈沖或反射脈沖的數(shù)量為k，若k／n大于某一值ξ，則認(rèn)為該部信號融合過于粗糙，需調(diào)整容差再進(jìn)行融合，反之就可以進(jìn)行識別、顯示、引導(dǎo)。

下面以模擬器發(fā)的2部掃描信號進(jìn)行仿真，假設(shè)2部信號皆為掃描信號，方位相同，一部信號為點(diǎn)頻信號，另一部信號為頻率捷變信號，顯然頻率有交錯，若“容差”選得大了，2部信號被聚合到了一起；若“容差”選得小了，2部信號被聚合成多部信號。本文推薦的“容差”選擇規(guī)則是先大后小，圖10為在時域范圍內(nèi)采集到的時域幅度波形，用不同的灰度表示不同的頻率。

圖10 時域幅度波形圖

當(dāng)“容差”選擇得比較大，2部信號被聚合到了一起，仍能利用時域相關(guān)的特點(diǎn)，通過PA和TOA將2部信號區(qū)分開來，然后評估動態(tài)聚類分選算法的結(jié)果，再調(diào)整容差，直至在時域內(nèi)將2部信號完整地分開?？梢姇r域分析對于ESM信號分選亦具有重要的參考價值。

4 結(jié)束語

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電子戰(zhàn)已涉及電子偵察與反偵察、電子干擾與反干擾、電子欺騙與反欺騙、電子隱身與反隱身、電子摧毀與反摧毀等領(lǐng)域。在未來戰(zhàn)爭中，電子戰(zhàn)將發(fā)揮越來越重要的作用，沒有制電磁權(quán)就談不上制空權(quán)，因此，大力發(fā)展電子戰(zhàn)技術(shù)成了各國優(yōu)先發(fā)展的重要方向。

［1］國強(qiáng).復(fù)雜環(huán)境下未知雷達(dá)輻射源信號分選的理論研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2007.