吳 琳，何曉明，王正生

（中國電子科技集團(tuán)公司51所，上海201802）

0 引 言

在現(xiàn)代電子對抗中，電磁信號環(huán)境變得越來越復(fù)雜，新雷達(dá)體制不斷涌現(xiàn)，其抗干擾能力不斷完善，所有這些都對雷達(dá)對抗的信號分選與識別提出了新的挑戰(zhàn)。例如在密集、復(fù)雜多變的電磁環(huán)境下，雷達(dá)告警設(shè)備還普遍存在增批、虛警、批號更換頻繁以及對窄波束掃描信號漏批等問題。分析其原因，一方面是隨著雷達(dá)工作帶寬和數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，使空間雷達(dá)信號形式越來越復(fù)雜；另一方面是在信號處理過程中關(guān)鍵信息和雷達(dá)特征沒有充分運(yùn)用［1］。如何使設(shè)備量既不龐大、復(fù)雜，又能夠?qū)崿F(xiàn)雷達(dá)信號快速準(zhǔn)確的分選與識別，這是有待深入研究的課題。本文對傳統(tǒng)的雷達(dá)信號分選方法給予優(yōu)化，提出了基于數(shù)字告警接收機(jī)的雷達(dá)信號分選和識別算法。

1 研究內(nèi)容

機(jī)載雷達(dá)告警系統(tǒng)一般在頻域上和方位上都是寬開的，相應(yīng)的信號處理設(shè)備的輸入脈沖流具有信號類型多樣、密集交迭的基本特點。傳統(tǒng)的告警系統(tǒng)是由比幅測向機(jī)和測頻機(jī)組成，比幅測向接收機(jī)直接給出到達(dá)方位角（DOA）供信號分選，作為可靠的參數(shù)使用，而該參數(shù)所依賴的雷達(dá)脈沖幅度（PA）并不穩(wěn)定，尤其針對掃描雷達(dá)時，虛警、增批現(xiàn)象嚴(yán)重。而采用數(shù)字告警接收機(jī)的新型雷達(dá)告警系統(tǒng)，每個通道都送出完整的脈沖描述字（PDW），這樣就為信號分選提供了更多的雷達(dá)特征參數(shù)。所以，通過新的雷達(dá)信號分選算法，不僅可以盡量避免虛警、增批等弊病，而且也可以解決對不同方向的同時到達(dá)雷達(dá)信號的告警問題。

在這個系統(tǒng)中，一個脈沖進(jìn)入到告警系統(tǒng)的多個接收通道后被量化為相應(yīng)通道的PDW。按原先做法，是將各個PDW送入數(shù)字信號處理器（DSP）后，由軟件直接合成為一個帶DOA信息的PDW。但此時計算DOA的各通道PA并不穩(wěn)定，誤差較大，從而使DSP中的信號處理軟件出現(xiàn)了錯誤的DOA，用這樣的DOA進(jìn)行預(yù)分選工作就產(chǎn)生了大量的增批和錯判。于是，就想到在信號處理軟件中進(jìn)行單通道的信號分選和識別，將各個通道中的輻射源描述字進(jìn)行綜合，同時將輻射源同批次錄取的PA進(jìn)行統(tǒng)計分析和平滑后再進(jìn)行該輻射源的DOA計算，然后識別和告警，這樣可以解決增批、虛警等弊病。告警軟件的數(shù)據(jù)流程如圖1所示。

圖1 告警軟件數(shù)據(jù)流向圖

1.1 信號分選

1.1.1 信號的時域模型

1.1.1.1 常規(guī)信號／射頻捷變信號的時域模型

常規(guī)信號和射頻捷變信號的時域模型是一樣的，如圖2所示。常規(guī)信號的脈沖序列的射頻值是固定不變的；而頻率捷變信號的脈沖序列的射頻值是在一定范圍內(nèi)跳變的。

圖2 常規(guī)信號及頻率捷變信號的時域模型

1.1.1.2 脈沖多普勒（PD）信號的時域模型

PD信號是由若干組固定重頻的脈沖序列構(gòu)成的。同一組內(nèi)的重頻是固定不變的，脈組間的重頻是變化的。PD信號的時域模型如圖3所示。

圖3 PD信號的時域模型

1.1.1.3 參差信號的時域模型

圖4顯示了一個二參差信號的脈沖序列圖。

圖4 參差信號的時域模型

1.1.1.4 重頻抖動的時域模型

重頻抖動信號的脈沖序列是以某一重頻為中心，做一定幅度的抖動。重頻抖動信號的時域模型如圖5所示。

圖5 重頻抖動信號的時域模型

1.1.1.5 射頻分集的時域模型

圖6顯示了一個四分集信號的脈沖序列（TPRI0＜10μs）。其中0、4、8號脈沖的射頻值為fRF0，1、5、9號脈沖的射頻值為fRF1，2、6、10號脈沖的射頻值為fRF2，3、7、11號脈沖的射頻值為fRF3。

圖6 分集信號的時域模型

1.1.2 預(yù)分選

首先采用射頻（RF）、脈寬（PW）雙參數(shù)預(yù)分選模式。把RF、PW都相同的脈沖歸并到同一脈沖組。這種分選模式是數(shù)據(jù)集（脈沖）到RF、PW二維平面的映射?？紤]到參數(shù)的測量誤差，一般把此二維平面劃分成若干小格，每個小格稱為一個分選單元。

考慮到每個通道都覆蓋了一定的空域范圍，再用PA信息做一次相關(guān)攔截，但由于不同重頻的信號其幅度的變化相差較大，參考最低重頻信號的要求將幅度設(shè)置相關(guān)容差。

經(jīng)RF、PW和PA三參數(shù)分選后，高密度的輸入脈沖流被分離成多個稀釋的脈沖流（一個分選單元對應(yīng)一列脈沖流），對這些脈沖流還需作進(jìn)一步重復(fù)周期／重復(fù)頻率（PRI／PRF）時域分選去交錯處理，也就是信號分選的主分選。

1.1.3 主分選

重頻相關(guān)分選是整個信號分選過程的主分選，它是利用脈沖信號的周期相關(guān)性，將交迭脈沖流分離成各雷達(dá)的脈沖列，可分選PRI抖動、重頻參差、頻率分集等特殊雷達(dá)信號。

重頻相關(guān)分選是對某一PW、RF和PA都相關(guān)的脈沖序列進(jìn)行的時域規(guī)則統(tǒng)計，將統(tǒng)計出來的結(jié)果與之前描述的各種雷達(dá)信號的時域模型進(jìn)行匹配，從而識別出各種雷達(dá)信號［2］。為了適應(yīng)復(fù)雜信號環(huán)境，在做完簡單的重頻相關(guān)統(tǒng)計之后，還必須對脈沖序列進(jìn)行交錯PDW間的間隔的相關(guān)統(tǒng)計，以識別復(fù)雜重頻信號。信號分選流程如圖7所示。

圖7 信號分選主處理流程

1.1.3.1 單一常規(guī)信號和PD信號的提取

單一常規(guī)信號和PD信號的提取是利用相鄰脈沖間的間隔的相關(guān)統(tǒng)計進(jìn)行分選。此處進(jìn)行處理的間隔是由前后2個相鄰的PDW的到達(dá)時間（TOA）相減而得到的，處理速度快，正因為如此，將該步放到重頻分選的第一步。此處要進(jìn)行匹配的信號模型是單一常規(guī)信號和PD信號。

用滿足相關(guān)個數(shù)門限的PRI相關(guān)項內(nèi)的脈沖與常規(guī)信號模型進(jìn)行匹配，此時的匹配要求相對應(yīng)該嚴(yán)格一些，若相關(guān)個數(shù)和連續(xù)脈沖個數(shù)均滿足設(shè)定的門限要求，可在此處確認(rèn)常規(guī)，同時記錄該脈沖序列的首個脈沖的到達(dá)時間。

PD信號的提取，需要對所形成的所有PRI相關(guān)項目進(jìn)行比對，其詳細(xì)比對流程如圖8所示。

圖8 PD信號的PRI搜索流程圖

由于截獲概率的問題，PD信號很有可能在某一時刻被分選為常規(guī)信號，需要在后續(xù)處理中進(jìn)行整合。

要注意的是，射頻分集信號的脈沖在經(jīng)過RFPW的預(yù)分選相關(guān)后，會被分為若干組脈沖序列，而每組脈沖序列都符合常規(guī)信號的時域特征，所以在此時的處理中會被當(dāng)作常規(guī)信號，為了后續(xù)的整理合并，要在此時記錄每個脈沖序列的首個脈沖的TOA。

1.1.3.2 重頻參差信號的提取

多常規(guī)信號和重頻參差信號的提取是利用交錯脈沖間的間隔的相關(guān)統(tǒng)計進(jìn)行分選的。需要注意的是，若系統(tǒng)出現(xiàn)倍頻或分頻的情況，一個常規(guī)信號的脈沖序列很可能呈現(xiàn)出如參差信號的序列，這時，需要對各個重復(fù)周期做相關(guān)比對，以對錯誤進(jìn)行修復(fù)。流程圖如圖9所示。

圖9 參差信號的PRI的搜索流程圖

1.1.3.3 重頻抖動信號的提取

重頻抖動信號的提取是采用動態(tài)容差做相鄰脈沖間的間隔的相關(guān)統(tǒng)計進(jìn)行分選的，此處所做的時域模型匹配處理與第1.1.3.1節(jié)中的對常規(guī)信號進(jìn)行匹配的內(nèi)容一樣，只是在做重頻相關(guān)統(tǒng)計時，將設(shè)置每個新重頻的重頻相關(guān)容差再與相關(guān)庫中的重頻作比對相關(guān)。

1.1.3.4 射頻捷變信號的提取

射頻捷變信號的提取是采用對所有脈沖做射頻容差放大后的射頻相關(guān)。此處所做的時域模型匹配處理與第1.1.3.1節(jié)中的對常規(guī)信號進(jìn)行匹配的內(nèi)容一樣。

1.1.3.5 射頻分集信號的提取

射頻分集信號的提取是通過對單通道信號庫中的常規(guī)信號進(jìn)行規(guī)整合并完成的。圖10為其分解示意圖。

整合規(guī)則：

（1）Δt0＝Δt1＝Δt2（僅得到一個小周期時，可合成一個分集信號）；

圖10 四分集信號分解示意圖

（2）當(dāng)?shù)玫?個小周期時，找出最小的一個Δtmin，較大的周期的個數(shù)只能等于1，若此時可以滿足：最小的周期×最小周期的個數(shù)＋較大的周期＝TΔtmin，同樣可合成一個分集信號；

（3）當(dāng)?shù)玫?個或3個以上的小周期，情況較為復(fù)雜，很可能分集信號混合了一個（或幾個）參數(shù)相同的常規(guī)信號。

1.2 信號識別

信號識別是將被測輻射源信號參數(shù)與預(yù)先獲得的輻射源庫中的參數(shù)相比較，以確認(rèn)該輻射源屬性的過程。其主要包括以下內(nèi)容：

（1）輻射源識別：判別雷達(dá)類型和型號。

（2）目標(biāo)（載機(jī)、平臺）識別：判別目標(biāo)類型與關(guān)聯(lián)的武器系統(tǒng)。

（3）威脅等級確定：判定輻射源工作模式。

（4）給出識別置信度。

1.2.1 識別方法

輻射源識別的基本過程如圖11所示。

圖11 輻射源識別原理框圖

由圖11可見，識別處理是將測量和分析得到的輻射源描述字與威脅數(shù)據(jù)庫（輻射源庫）中已有的輻射源描述字進(jìn)行比較，若它與其中某個的所有參數(shù)完全吻合（在允許的容差范圍內(nèi)），對應(yīng)輻射源以較高的置信度被識別出來，若它們僅有部分參數(shù)吻合，則識別該輻射源的置信度較低。

為加快識別速度，通常將威脅數(shù)據(jù)庫分成兩部分：

（1）數(shù)據(jù)庫（任務(wù)庫）：置于外存貯器中，能提供盡可能全面的敵輻射源信息，存儲雷達(dá)數(shù)千部。

（2）活動輻射源文件（臨時庫）：本次開機(jī)得到的輻射源數(shù)據(jù)（幾十部至一百多部雷達(dá)）有DOA信息。識別時，先將獲得的輻射源描述字與活動輻射源文件內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果沒有符合的，再到數(shù)據(jù)庫中查找、比較。

輻射源庫要利用平時或戰(zhàn)時的偵察結(jié)果不斷充實、更新，以適應(yīng)威脅環(huán)境的不斷變化。

1.2.2 威脅等級判別

威脅判別主要是對分離統(tǒng)計后的數(shù)據(jù)進(jìn)行威脅等級的判別。威脅等級的識別只與雷達(dá)脈沖PRI、脈寬以及雷達(dá)的載頻有關(guān)。PRI低的雷達(dá)信號，認(rèn)為威脅等級高；雷達(dá)脈沖的脈寬越小，認(rèn)為威脅等級越高；雷達(dá)載頻高，認(rèn)為威脅等級高［3］。先對各部雷達(dá)的威脅性大小進(jìn)行判定，然后對各部雷達(dá)威脅等級進(jìn)行排序，將雷達(dá)按照威脅等級由高到低順序輸出其參數(shù)。威脅識別首先將分選出來的雷達(dá)數(shù)據(jù)與威脅庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，然后將剩余的數(shù)據(jù)進(jìn)行威脅排序。具體流程如下：

（1）將關(guān)聯(lián)處理后的數(shù)據(jù)與已知威脅庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，匹配成功的數(shù)據(jù)作上標(biāo)志，未成功的數(shù)據(jù)繼續(xù)進(jìn)行下一步。

（2）對未作標(biāo)記的數(shù)據(jù)進(jìn)行PRI由小到大排序（對于復(fù)雜PRI信號取PRI均值），并按照其在排序結(jié)果中所處的位置給予不同的權(quán)值。

（3）對未作標(biāo)記的數(shù)據(jù)進(jìn)行PW由小到大排序，并按照其在排序結(jié)果中所處的位置給予不同的權(quán)值。

（4）對未作標(biāo)記的數(shù)據(jù)進(jìn)行RF由大到小排序（對于跳頻信號取RF均值），并按照其在排序結(jié)果中所處的位置給予不同的權(quán)值。

（5）將每組數(shù)據(jù)PRI、PW、RF的權(quán)值分別再乘以不同的權(quán)值，然后求和，對求和的結(jié)果進(jìn)行排序。

（6）用以上結(jié)果作為威脅等級排序的結(jié)果。

其中，與已知威脅庫中的數(shù)據(jù)匹配上的輻射源認(rèn)為威脅等級最高。

同時還要對已知輻射源數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新和補(bǔ)充，就是將識別的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析并與原有數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，對數(shù)據(jù)庫中原有雷達(dá)的參數(shù)進(jìn)行更新，同時將新出現(xiàn)的雷達(dá)信號補(bǔ)充入數(shù)據(jù)庫。

信號識別的處理流程如圖12所示。

圖12 信號識別的處理流程圖

2 結(jié)束語

通過對基于數(shù)字告警接收機(jī)的多通道雷達(dá)信號分選與識別方法的研究和利用雷達(dá)信號環(huán)境模擬器在暗室進(jìn)行的測試等相關(guān)工作，充分證明了這種新的處理方法的可行性和技術(shù)優(yōu)勢。

［1］趙國慶.雷達(dá)對抗原理［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001.

［2］楊文華，高梅國.基于PRI的雷達(dá)脈沖分選方法［J］.現(xiàn)代雷達(dá)，2005（3）：50－52.

［3］宋小梅，吳濤，倪國新.基于機(jī)載火控雷達(dá)電子偵察的信號分選方法［J］.現(xiàn)代雷達(dá)，2010（6）：43－45.