劉忠義，張華睿，劉平，張西托

（海軍潛艇學院，山東青島266042）

基于聯(lián)合隸屬度的雷達輻射源識別

劉忠義，張華睿，劉平，張西托

（海軍潛艇學院，山東青島266042）

雷達輻射源識別是電子戰(zhàn)支援系統(tǒng)（Electronic Support Measures，ESM）的重要功能之一，然而隨著雷達技術的發(fā)展和軍事對抗的加劇，雷達的工作參數(shù)復雜多變而且反偵察能力不斷提高，使得現(xiàn)有的識別方法已不能滿足戰(zhàn)術需求。根據(jù)實際軍事需求，建立了相應的識別模型，并通過引入先驗知識和細化后的分類準則，提出了一種新的基于聯(lián)合隸屬度的識別方法。仿真實驗表明，該方法具有良好的適用性和識別準確率。

雷達，識別，模糊

0 引言

雷達輻射源識別是電子戰(zhàn)支援系統(tǒng)的重要功能，是雷達偵察與威脅告警的關鍵環(huán)節(jié)之一，其識別的準確性直接影響著指揮員的決策［1］。然而，隨著技術的發(fā)展，雷達體制和信號樣式越來越多樣化，各種新的雷達不斷投入使用，導致電磁信號環(huán)境日趨復雜，雷達輻射源識別面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。因此，研究雷達信號識別技術，提高復雜電磁環(huán)境下ESM系統(tǒng)的雷達輻射源識別能力，具有重要軍事價值和現(xiàn)實意義［2］。

目前，在各種ESM系統(tǒng)中，雷達信號參數(shù)匹配識別應用比較普遍。雷達信號參數(shù)匹配識別技術是建立在雷達信號模板數(shù)據(jù)庫的基礎上，通過設定合理的匹配容差和識別算法實現(xiàn)的，其識別能力取決于數(shù)據(jù)模板的質(zhì)量和數(shù)量。隨著雷達反偵察技術的發(fā)展和新體制雷達的不斷出現(xiàn)，雷達信號參數(shù)匹配識別暴露的問題越來越多，主要表現(xiàn)在：

（1）雷達信號情報不完善。世界各國對雷達信號參數(shù)高度保密，及時掌握較為全面和及時的雷達信號參數(shù)情報面臨較大困難，導致雷達信號數(shù)據(jù)庫得不到及時更新，給雷達輻射源的準確識別帶來了一定的難度。

（2）多功能雷達不斷應用。對于多功能雷達，一部雷達可能有多種工作體制和工作方式，如美國的AN/APS-145預警雷達，具有空中動目標檢測、脈沖壓縮、跳頻、無源定位等多種工作體制；AN/APY-3是擁有多工作方式的側(cè)視雷達，其工作方式有大面積監(jiān)視、動目標指示、目標分類、扇區(qū)搜索、攻擊制導等。因此，單憑雷達參數(shù)進行數(shù)據(jù)匹配，很難實現(xiàn)雷達輻射源的準確識別。

（3）雷達信號參數(shù)復雜多變。參數(shù)可編程雷達的出現(xiàn)，使得雷達信號的參數(shù)不再是一組固定值，如美國AN/AWG-9火控雷達，其脈沖寬度有0.4 μs、1.3 μs、2.0 μs、2.7 μs、50 μs等多種選擇，許多雷達信號參數(shù)非常接近，不同雷達的參數(shù)混疊現(xiàn)象嚴重，這樣，在一定容差范圍內(nèi)對其進行數(shù)據(jù)參數(shù)匹配是比較困難的。

（4）雷達反偵察能力提高。為了提高雷達反偵察能力，各國軍隊在使用雷達時，雷達參數(shù)一般都有平時和戰(zhàn)時之分，平時使用公開的參數(shù)，戰(zhàn)時使用保密的參數(shù)，使得戰(zhàn)時雷達信號識別數(shù)據(jù)庫的可信度有可能急劇下降，甚至不可用。

為提高ESM系統(tǒng)在復雜電磁環(huán)境下對雷達輻射源的識別能力，必須尋求雷達輻射源識別的新方法［3-4］。

由于雷達偵察所獲取的信息往往具有模糊性、多變性和虛假性，而模糊處理技術適用于處理不確定性問題，因此，引入該技術將對雷達偵察信息的綜合處理和智能識別產(chǎn)生積極作用。1965年L.A. Zadeh提出了模糊集的概念，定義不確定性是因無知、偶然性、隨機性、不精確導致無法進行充分測量而引起的，同時其給出了表示不確定性的方法。對于一個特定的模糊集來說，隸屬函數(shù)基本上體現(xiàn)了其所有的模糊性，結(jié)合雷達輻射源識別應用背景，如果能夠給出雷達參數(shù)集中每個參數(shù)與雷達輻射源類型的關系，通過聯(lián)合隸屬度計算即可對雷達輻射源給出一個分類結(jié)果。

現(xiàn)有的一些文獻依據(jù)這種思路給出了不少雷達信號的識別方法，雖然取得了較好的分類效果，但是仍然存在一些問題［5-7］。本文針對現(xiàn)有方法的缺陷，提出了一種新的基于聯(lián)合隸屬度函數(shù)的雷達識別方法。

1 識別模型

根據(jù)雷達偵察的戰(zhàn)術目的，將雷達類型分為對空警戒、對海搜索、對海導航和火控雷達4類可以滿足對雷達輻射源類型識別的戰(zhàn)術要求。設代表被分類識別的雷達輻射源類型集合。

其中：U1為對空警戒雷達；U2為對海搜索雷達；U3為對海導航雷達；U4火控雷達。

每一種雷達類型主要用4個參數(shù)來描述：信號載頻（RF）、重復頻率（PRI）、脈沖寬度（PW）、天線轉(zhuǎn)速（ASP），即對應每一種雷達類型都伴隨一個特征向量。

其中：ui1為雷達信號載頻；ui2為雷達信號重復頻率；ui3為雷達信號脈沖寬度；ui4為雷達天線轉(zhuǎn)速。

設X為雷達偵察機獲得的來自某類雷達的觀測樣本：

由于雷達信號在發(fā)射、傳輸和偵收過程中受到種種隨機因素的影響，X是個隨機矢量，呈現(xiàn)統(tǒng)計特性。

2 識別過程

聯(lián)合隸屬度函數(shù)模糊識別技術方法本身并不復雜，關鍵是要確定恰當?shù)哪：`屬函數(shù)，聯(lián)合隸屬度函數(shù)模糊識別過程主要步驟如下：

2.1 特征提取

特征提取是實現(xiàn)識別的基礎工作，主要是在雷達參數(shù)中選擇能夠測量且與雷達類型有一定相關度的特征參數(shù)，在實際的信號識別中，天線轉(zhuǎn)速一般不能實時測得，所以一般使用前三個參數(shù)。

2.2 建立模糊隸屬函數(shù)

經(jīng)典的描述某一觀測特征參數(shù)xk，k=1，2，3屬于雷達輻射源模式的模糊隸屬函數(shù)為：

式中，σk為雷達偵察機為某一已知雷達輻射源第k種雷達信號特征參數(shù)設定的容差；Uik為已知的第i種雷達輻射源特征向量的第k個特征參數(shù)的標稱值。

在雷達電子戰(zhàn)領域，描述輻射源的各特征參數(shù)批次獨立、統(tǒng)計無關，它們的概率分布一般都服從正態(tài)規(guī)律，為此，采用高斯型隸屬度函數(shù)描述雷達類型相對于3種參加識別的雷達信號參數(shù)隸屬度，將更加適用。

例如，載頻隸屬度為：

其中，f為雷達輻射源的觀測值，fmin，fmax分別為某種雷達工作頻率的低端和高端。

在利用聯(lián)合隸屬度函數(shù)進行雷達信號分類識別時，每個參數(shù)隸屬度的相對重要性有所不同，這反映了雷達類型對各雷達參數(shù)相關性的內(nèi)在規(guī)律。各雷達參數(shù)隸屬度的相對重要性可以通過加權系數(shù)來表達。基于模糊隸屬度函數(shù)定義，傳統(tǒng)方法給出用于雷達種類判決的數(shù)學模型為：

式中，Wk為描述第i種雷達輻射源的第k種特征參數(shù)重要性的加權系數(shù)，它們遵從歸一化原則：

上述方法忽略了兩個重要的信息，一是各種雷達類型出現(xiàn)的頻率。根據(jù)先驗知識或者統(tǒng)計樣本集合，每種雷達在實際中出現(xiàn)的頻率或者在樣本集合中的次數(shù)是已知的，這個信息應該被引入類型判決，并能帶來積極的分類效果。二是對于不同的雷達類型，相同特征參數(shù)在判決識別中的重要性是不同的。傳統(tǒng)方法未加區(qū)分，這樣所得的分類結(jié)果其理論依據(jù)必然不夠充分。

按照本文方法，首先應該收集各種雷達類型出現(xiàn)的頻率。設共有N部雷達作為統(tǒng)計樣本集合，用Y表示，則有：

在正態(tài)分布方差σ一定的情況下，則對空警戒雷達對雷達信號參數(shù)載頻的總的分布密度為：

上式反映了對空警戒雷達對于雷達載頻參數(shù)總的分布密度，當對某一雷達輻射源的觀測值f一定時，帶入上式，得到對空警戒雷達在該頻率點出現(xiàn)的頻率，或者說相對該頻率的隸屬度。同理，對空警戒雷達對于雷達信號參數(shù)重復頻率、脈沖寬度的總的分布密度分別為：

如圖1～圖3所示，在給定樣本庫下，雷達信號參數(shù)載頻、重復頻率、脈沖寬度的相對于4種雷達輻射源類型的隸屬度分布。

圖1 載頻相對于4種雷達輻射源類型的隸屬度分布

圖2 重頻相對于4種雷達輻射源類型的隸屬度分布

2.3 建立判決準則

圖3 脈寬相對于4種雷達輻射源類型的隸屬度分布

其中，kij，i=1，2，3，4，j=1，2，3即為細化后的加權系數(shù)。相對于傳統(tǒng)方法的3個加權系數(shù)，本文所給出的12個加權系數(shù)，能夠針對不同的雷達類型，分別給出特征參數(shù)在判決識別中的重要性，所建立的聯(lián)合隸屬度函數(shù)必然也將更加符合實際的分類結(jié)果。

最后，采用模糊識別的最大隸屬度準則，就可快速判斷該觀測樣本對應的雷達輻射源類型。即：

式中T'即為最終識別的雷達輻射源類型。

圖4為按照本文方法進行的模擬仿真，其中分為樣本庫測試和庫外測試兩種類型。通過仿真輸出結(jié)果看，聯(lián)合隸屬度函數(shù)識別算法具有很好適用性和識別準確度，樣本庫內(nèi)識別最高達到92%，庫外識別最高達到76%，取得了較好效果。

3 結(jié)束語

雷達輻射源識別是軍事作戰(zhàn)中的關鍵環(huán)節(jié)，而模糊處理技術適用于應對識別過程中的模糊性、多變性和虛假性問題。但是，現(xiàn)有的模糊識別方法忽略了雷達類型出現(xiàn)的頻率和相同特征參數(shù)在不同類型的雷達判決識別中的不同重要性。本文提出了一種新的識別方法，對傳統(tǒng)方法加以必要的改進。仿真結(jié)果表明，本文方法的適用性和識別正確率均取得了良好效果。

在本文中，對于反映雷達類型對各雷達參數(shù)相關性的加權系數(shù)，其仍然是通過專家經(jīng)驗進行設置，主觀性較大，下一步工作將針對該問題進行研究。

圖4 分類識別率

［1］張葛祥.雷達輻射源信號智能識別方法研究［D］.成都：西南交通大學，2005.

［2］張國柱.雷達輻射源信號識別技術研究［D］.長沙：國防科技大學研究生院，2005.

［3］陳錫明，祝正威，盧顯良.新型雷達輻射源識別專家系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)［J］.系統(tǒng)工程與電子技術，2000，22（8）：58-62.

［4］柴勇，何友，關欣.一種新的雷達輻射源識別專家系統(tǒng)［J］.火力與指揮控制，2005，30（7）：11-13.

［5］孫寒星，黃潔，趙擁軍.雷達輻射源識別專家系統(tǒng)中的推理機設計［J］.現(xiàn)代雷達，2005，27（1）：10-15.

［6］王理德，陳高平.模式識別技術在雷達偵察信號分類識別中的應用［J］.火控雷達技術，2004，33（2）：36-39.

［7］Elbirt A J.Information Warfare：Are You at Risk［J］.IEEE Technology and Society Magazine，2003，l22（4）：13-19.

Method of Radar Emitter Identification Based on Membership Degree

LIU Zhong-yi，ZHANG Hua-rui，LIU Ping，ZHANG Xi-tuo
（Navy Submarine Academy，Qingdao 266042，China）

Radar emitter identification is one of the key functions of Electronic Support Measures. However，for the development of radar technique，the parameters of radar are more complicated，so the existing methods can not meet the requirement of modern war.Aimed at military requirements，the identification model is established；then by the introduction of A Priori information and a refined rule，a new method is presented.The simulation results proved?the application and the effectiveness.

radar，identification，fuzzy

TN95

A

1002-0640（2015）12-0098-04

2014-11-05

2015-01-18

劉忠義（1963-），男，山東濰坊人，碩士，副教授。研究方向：雷達與電子對抗裝備與應用。