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        基于自相關(guān)序列的激光脈沖信號(hào)解碼算法分析與設(shè)計(jì)

        2017-12-19 21:48:56楊建慧張?zhí)?/span>
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年35期

        楊建慧+張?zhí)?/p>

        摘 要:由于激光脈沖信號(hào)編碼方式的多樣化,激光脈沖信號(hào)的解碼方式也隨之日趨多樣,文章針對(duì)周期型激光編碼信號(hào),運(yùn)用自相關(guān)理論分析和解算激光脈沖信號(hào)的周期,并結(jié)合序列搜索法求出在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)有效的脈沖間隔碼,最后通過仿真驗(yàn)證該算法的有效性和可行性。

        關(guān)鍵詞:激光編碼信號(hào);自相關(guān)序列;激光脈沖解碼

        中圖分類號(hào):TN929.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):2095-2945(2017)35-0115-02

        1 概述

        激光脈沖信號(hào)所采用的編碼方式已日趨多樣化,其主要包括:精確頻率碼、脈沖調(diào)制碼、變間隔碼、等差型編碼、偽隨機(jī)碼等[1],為了達(dá)到反破譯的目的,在以上各種碼型的基礎(chǔ)上,還可能加入隨機(jī)的干擾信息。

        目前,激光編碼解算方法的理論研究取得了一定的進(jìn)展[2],其主要有時(shí)間差分統(tǒng)計(jì)法、根據(jù)脈沖時(shí)間間隔比選擇碼型法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的解碼方法、基于自相關(guān)運(yùn)算的解碼方法[3]。應(yīng)用時(shí)間差分統(tǒng)計(jì)法在探測到的激光脈沖序列中出現(xiàn)漏脈沖和干擾脈沖的情況下,在識(shí)別過程中會(huì)出現(xiàn)應(yīng)用漏識(shí)別或過度識(shí)別的問題。而根據(jù)脈沖時(shí)間間隔比來設(shè)計(jì)查找表確定碼型的方法適用于編碼位數(shù)在3~8位之間,查表速度快,執(zhí)行效率高,但是當(dāng)編碼位數(shù)高于8位時(shí),采用該法會(huì)出現(xiàn)查表耗費(fèi)時(shí)間長,表設(shè)計(jì)困難等問題?;谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的解碼方法,在模型訓(xùn)練中存在模型的收斂速度距離工程應(yīng)用還有一段距離[4]。對(duì)于周期型的激光脈沖信號(hào),通過自相關(guān)處理,在出現(xiàn)漏脈沖和干擾脈沖的時(shí)刻,仍可實(shí)現(xiàn)對(duì)其隱含周期的識(shí)別。

        2 自相關(guān)函數(shù)的相關(guān)理論依據(jù)

        激光脈沖信號(hào)序列由探測的脈沖到達(dá)時(shí)間得到,設(shè)tn為測得的第n個(gè)脈沖前沿到達(dá)時(shí)刻,則激光脈沖信號(hào)序列x(tn)可表示如公式1所示。

        由自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)可知:若x(n)具有周期性,則rxx(τ)也具有周期性,且與原信號(hào)同周期。因此,當(dāng)x(n)的周期為N時(shí),rxx(τ)的周期也為N,其周期性如公式(4)所示。

        rxx(τ)=rxx(τ+N) (4)

        即使探測到的激光脈沖信號(hào)存在漏脈沖或干擾脈沖,但它仍然是具有隱含周期的序列,對(duì)該序列應(yīng)用自相關(guān)函數(shù)變換,借助自相關(guān)序列求周期,可得探測到的激光脈沖信號(hào)的周期。

        3 應(yīng)用自相關(guān)函數(shù)進(jìn)行激光脈沖信號(hào)解碼

        3.1 應(yīng)用自相關(guān)函數(shù)求解激光脈沖信號(hào)的幀周期

        以激光脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)刻作為輸入, 應(yīng)用自相關(guān)函數(shù)求解激光脈沖信號(hào)周期,其處理流程如下,如示意圖1所示。

        (1)將激光脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)刻作為輸入,記錄下脈沖到達(dá)時(shí)刻序列。

        (2)先將接收到脈沖信號(hào)進(jìn)行鎖定,計(jì)算該脈沖信號(hào)與前一激光脈沖信號(hào)的抵達(dá)時(shí)間間隔,若該時(shí)間間隔與先前的脈沖時(shí)間隔序列進(jìn)行比對(duì),若滿足系統(tǒng)要求的時(shí)戳容差,可識(shí)別其等差型編碼序列。若條件均不滿足,可累計(jì)該脈沖抵達(dá)時(shí)刻與前一脈沖抵達(dá)時(shí)刻的脈沖間隔。

        (3)對(duì)累計(jì)得到的若干個(gè)脈沖抵達(dá)時(shí)間間隔序列進(jìn)行離散化處理[5],得到激光脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔的離散化序列。

        (4)對(duì)激光脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔的離散化序列應(yīng)用自相關(guān)函數(shù)執(zhí)行運(yùn)算,獲得激光脈沖信號(hào)的自相關(guān)序列。

        (5)由于激光脈沖信號(hào)的自相關(guān)序列具備良好的周期性,通過激光脈沖信號(hào)的自相關(guān)序列計(jì)算出該序列的最大周期T,等價(jià)于原激光脈沖信號(hào)的周期。

        3.2 應(yīng)用序列搜索法求解激光脈沖間隔序列

        以自相關(guān)序列的周期為基準(zhǔn),采用序列搜索法從現(xiàn)有的抵達(dá)時(shí)間間隔序列中搜索出滿足條件的激光脈沖間隔編碼的子序列,序列搜索法流程如下,示意如圖2所示。

        (1)將自相關(guān)序列的周期T作為輸入,設(shè)定系統(tǒng)的容忍誤差為e,序列搜索的兩個(gè)起始點(diǎn)分別為m1,m2。

        (2)初始化兩個(gè)序列的累加周期T1=0,T2=0。

        (3)將兩個(gè)周期T1、T2依次向沿遞增方向累加脈沖間隔,m1、m2累加次數(shù)自增。

        (4)若同時(shí)滿足T1

        (5)若T1與T2均同時(shí)落在序列幀周期T的容差范圍內(nèi),且T1,T2的累加次數(shù)相等,則累加過程中的脈沖序列即為所要查找到的間隔序列。若不滿足該條件,置起始位置m1,m2向下遞增。重回步驟2。

        4 仿真驗(yàn)證

        解碼實(shí)驗(yàn):對(duì)脈沖間隔碼型為25ms、50ms、60ms、50ms、40ms、30ms、100ms、50ms的8位脈沖編碼信號(hào)和間隔碼型為25ms、50ms、60ms、50ms、40ms、30ms、100ms、50ms、75ms、55ms的10位脈沖編碼信號(hào)進(jìn)行識(shí)別的仿真實(shí)驗(yàn)。輸入為四幀信號(hào),分別對(duì)兩個(gè)序列第二幀加入干擾脈沖,對(duì)第三幀進(jìn)行漏脈沖處理。加入干擾脈沖的8位脈沖編碼信號(hào)如圖3所示,加入干擾脈沖并進(jìn)行漏脈沖處理的10位編號(hào)信號(hào)如圖5所示。應(yīng)用自相關(guān)函數(shù)分別對(duì)8位脈沖編碼信號(hào)、10位脈沖編碼信號(hào)進(jìn)行處理,分別輸出其自相關(guān)序列的周期,8位脈沖編碼信號(hào)的自相關(guān)周期序列如圖4所示,10位脈沖編碼信號(hào)的自相關(guān)周期序列如圖6所示。

        通過實(shí)驗(yàn)得到8位脈沖編碼信號(hào)的自相關(guān)序列的最大周期為445ms,10位脈沖編碼信號(hào)的自相關(guān)序列的最大周期N=575ms,即兩個(gè)激光脈沖編碼的幀周期分別為445ms和575ms,再通過序列搜索法,得到子周期。對(duì)于三幀以上的激光脈沖信號(hào),即使信號(hào)中出現(xiàn)有干擾脈沖和漏脈沖,均可實(shí)現(xiàn)對(duì)激光編碼周期的識(shí)別,仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該算法的有效性。

        5 結(jié)束語

        基于自相關(guān)函數(shù)的激光編碼解算方法可以有效地解決在系統(tǒng)要求的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)精確識(shí)別敵方激光編碼的問題,該方法在存在較強(qiáng)的干擾信號(hào)時(shí)仍具有良好的識(shí)別性能,同時(shí)該方法又具備可擴(kuò)展性,對(duì)未來可能出現(xiàn)具有周期性的激光編碼信號(hào)均可有效地識(shí)別。

        參考文獻(xiàn):

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        [2]沈濤,宋建社.激光制導(dǎo)信號(hào)編碼信息識(shí)別技術(shù)[J].紅外與激光工程,2009,38(5):854-858.

        [3]程玉寶,聶勁松,等.激光編碼周期的自相關(guān)解算[J].紅外與激光工程,2008,37(增刊):214-217.

        [4]陳玉丹,何永強(qiáng),濮俊艷,等.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在激光脈沖解碼領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J].應(yīng)用光學(xué),2011,32(1):174-178.

        [5]A.V.奧本海姆,等.信號(hào)與系統(tǒng)[M].西安交通大學(xué)出版社,1990:3.

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