樊 鴻張 靖

（1.91404部隊(duì) 秦皇島 066000）（2.91366部隊(duì) 秦皇島 066000）

1 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大量新型信息裝備將應(yīng)用于現(xiàn)代化戰(zhàn)場，雷達(dá)偵察裝備面臨的信號(hào)環(huán)境將越來越復(fù)雜、密集、多變，在復(fù)雜電磁信號(hào)環(huán)境條件下快速、準(zhǔn)確地獲取各種威脅信號(hào)參數(shù)已經(jīng)成為對各型雷達(dá)偵察裝備的基本要求和重要指標(biāo)［1］。

雷達(dá)偵察裝備識(shí)別輻射源的基本原理是指通過分析所截獲的雷達(dá)信號(hào)，獲取信號(hào)中雷達(dá)的工作參數(shù)和特征參數(shù)，據(jù)此確定雷達(dá)輻射源的具體型號(hào)、體制、用途、威脅等級(jí)、搭載平臺(tái)等，為作戰(zhàn)過程中指揮決策提供情報(bào)支持［2］。行測試和檢驗(yàn)的重要手段，仿真試驗(yàn)系統(tǒng)一般包括微波暗室、雷達(dá)環(huán)境信號(hào)仿真器、轉(zhuǎn)臺(tái)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理設(shè)備組成，系統(tǒng)工作示意圖如圖1所示。

圖1 雷達(dá)對抗裝備仿真試驗(yàn)工作示意圖

2 雷達(dá)偵察裝備仿真試驗(yàn)簡介

雷達(dá)偵察裝備仿真試驗(yàn)是對雷達(dá)偵察裝備進(jìn)仿真試驗(yàn)基本流程是雷達(dá)環(huán)境信號(hào)仿真器在微波暗室內(nèi)按照裝備性能和劇情想定，設(shè)定產(chǎn)生大批量不同參數(shù)特征和工作體制的雷達(dá)輻射源，雷達(dá)偵察裝備偵收處理，同時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理設(shè)備記錄比對偵收的輻射源數(shù)據(jù)與雷達(dá)信號(hào)仿真發(fā)射器設(shè)置數(shù)據(jù)，建立兩個(gè)集合中每批輻射源的對應(yīng)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，最后得出試驗(yàn)結(jié)論?？梢钥闯觯渲斜葘?shù)據(jù)就是雷達(dá)輻射源識(shí)別。試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理使用輻射源識(shí)別技術(shù)從工作方式上接近于數(shù)據(jù)庫識(shí)別方法，可以將雷達(dá)信號(hào)仿真發(fā)射器設(shè)置的輻射源數(shù)據(jù)作為識(shí)別需要的數(shù)據(jù)庫，根據(jù)這一數(shù)據(jù)庫對雷達(dá)偵察裝備偵收的輻射源數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別處理。

3 雷達(dá)偵察裝備仿真試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)識(shí)別特點(diǎn)及需求

由于雷達(dá)偵察裝備仿真試驗(yàn)在微波暗室環(huán)境中進(jìn)行，而微波暗室是通過對來波盡可能多地吸收以提供一個(gè)能夠抑制內(nèi)部電磁多路徑反射干擾、屏蔽外界電磁干擾的相對寂靜的電磁測量環(huán)境［3］，與裝備實(shí)際作戰(zhàn)相比，裝備仿真試驗(yàn)中目標(biāo)識(shí)別存在以下的應(yīng)用特點(diǎn)［4］：

1）微波暗室是一個(gè)純凈的電磁空間，不存在由仿真器以外設(shè)備發(fā)射的冗余信號(hào)；

2）微波暗室內(nèi)的雷達(dá)信號(hào)由仿真器的輻射天線發(fā)出，且輻射天線個(gè)數(shù)有限且方位固定，因此偵察設(shè)備接收到的雷達(dá)信號(hào)方位到達(dá)角成為重要的識(shí)別參數(shù)；

3）雷達(dá)環(huán)境信號(hào)仿真器產(chǎn)生的雷達(dá)信號(hào)，其特征參數(shù)完全受試驗(yàn)操作人員控制，最終形成的雷達(dá)識(shí)別庫數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、完整；

4）為更好地測試裝備性能，試驗(yàn)時(shí)會(huì)設(shè)置較為復(fù)雜的信號(hào)環(huán)境，試驗(yàn)中產(chǎn)生的仿真雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)大于裝備實(shí)際工作時(shí)面臨的電磁環(huán)境，仿真產(chǎn)生的雷達(dá)體制也比較復(fù)雜；

5）雷達(dá)環(huán)境信號(hào)仿真器產(chǎn)生的雷達(dá)信號(hào)，受仿真器硬件條件及暗室空間大小的限制，同時(shí)需要兼顧考慮雷達(dá)偵察設(shè)備的分選準(zhǔn)則，試驗(yàn)所設(shè)置的雷達(dá)信號(hào)特征參數(shù)分布遵循一定的規(guī)則。

在實(shí)際的仿真試驗(yàn)過程中，對于數(shù)據(jù)處理及其中的輻射源識(shí)別，還有實(shí)際應(yīng)用需求：

1）為滿足試驗(yàn)實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)決策的工作需求，數(shù)據(jù)處理中的輻射源識(shí)別實(shí)時(shí)性要求高；

2）試驗(yàn)過程中，需要同時(shí)進(jìn)行識(shí)別的數(shù)據(jù)量大，因此對單批信號(hào)處理的簡易實(shí)時(shí)要求較高；

3）為保證試驗(yàn)的嚴(yán)格可信，輻射源識(shí)別的準(zhǔn)確性和成功率要求較高；

4）對最終形成的識(shí)別結(jié)果，需要能進(jìn)行反向的白盒識(shí)別分析，方便查找原因，判斷試驗(yàn)情況。

由于仿真試驗(yàn)的以上特點(diǎn)，為使試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理取得很好的效果，需要針對這些特點(diǎn)，對輻射源識(shí)別技術(shù)做針對性研究，得出最終適用的工程應(yīng)用方法。

4 輻射源識(shí)別方法分析

目前主流輻射源識(shí)別方法主要包括基于統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)庫識(shí)別方法、基于專家系統(tǒng)的方法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法等，分別具有各自優(yōu)缺點(diǎn)，在工程應(yīng)用中存在一定不足。

基于統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)庫識(shí)別方法是將截獲到的雷達(dá)信號(hào)與數(shù)據(jù)庫中存放的已知雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行比對，經(jīng)算法判斷識(shí)別雷達(dá)類別及型號(hào)等。主要算法包括［5］：容差比對法、距離測度算法和灰關(guān)聯(lián)算法。優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單，識(shí)別速度快。缺點(diǎn)是對先驗(yàn)知識(shí)的依賴性非常強(qiáng)，缺少推理，靈活性差，特別是隨著現(xiàn)代電磁環(huán)境的日益復(fù)雜、雷達(dá)新技術(shù)和新體制的大量運(yùn)用，對于參數(shù)不全、參數(shù)畸變及許多新體制和新用途的雷達(dá)無能為力，難以滿足實(shí)戰(zhàn)需求。

專家系統(tǒng)方法利用信號(hào)識(shí)別專家的專門知識(shí)及專家特有的邏輯推理方法和能力構(gòu)成相應(yīng)的專家系統(tǒng)，由此專家系統(tǒng)分析待識(shí)別的輻射源，最終給出識(shí)別結(jié)果。優(yōu)點(diǎn)是對參數(shù)完整、齊全的雷達(dá)能夠給出體制、用途的識(shí)別；對參數(shù)不完整的雷達(dá)也能進(jìn)行一定的識(shí)別，缺點(diǎn)是迄今為止推理系統(tǒng)和謂詞演算的可計(jì)算問題解決方法離實(shí)際運(yùn)用還存在一定距離。

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法是用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造識(shí)別分類器，通過對訓(xùn)練數(shù)據(jù)的智能學(xué)習(xí)構(gòu)造一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并通過這個(gè)網(wǎng)絡(luò)對新雷達(dá)數(shù)據(jù)的相關(guān)屬性進(jìn)行識(shí)別。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于具有良好的泛化能力和非線性逼近能力［6～7］，被認(rèn)為是解決雷達(dá)輻射源識(shí)別問題的較好工具。目前，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是使用最多的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。另外文獻(xiàn)提出改進(jìn)的模糊 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)［8］、基于量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)［9］等模型。但是該類識(shí)別算法均存在易陷入局部極小值、收斂速度慢、收斂精度不高等缺點(diǎn)，且自動(dòng)化智能分析的具體分類規(guī)則不可見，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對用戶而言相當(dāng)于黑匣。

5 輻射源識(shí)別技術(shù)在仿真試驗(yàn)中應(yīng)用研究

輻射源綜合分析和研究，采用單一的識(shí)別技術(shù)難以滿足應(yīng)用需要，因此宜采用多種技術(shù)結(jié)合的方法，通過結(jié)合不同技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢，全面均衡加快識(shí)別速度、擴(kuò)大識(shí)別適應(yīng)范圍和提高識(shí)別準(zhǔn)確度，從而最大程度地保證最終的數(shù)據(jù)處理效果。經(jīng)過理論分析和多次的實(shí)踐應(yīng)用證明，試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理設(shè)備采用統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別技術(shù)和決策樹專家技術(shù)結(jié)合的綜合輻射源識(shí)別方法，較好實(shí)現(xiàn)了輻射源識(shí)別功能。在識(shí)別過程中，兩種識(shí)別技術(shù)分別有所側(cè)重，統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別技術(shù)作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的主要方式，用于保證識(shí)別的實(shí)時(shí)性；決策樹分類的專家識(shí)別系統(tǒng)作為輔助，用于提高復(fù)雜體制雷達(dá)信號(hào)的識(shí)別準(zhǔn)確度。

5.1 統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別技術(shù)應(yīng)用

統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別方法是提取目標(biāo)的關(guān)鍵特征，將其以向量形式定義在一個(gè)特征空間中，不同的目標(biāo)對象，都對應(yīng)于此空間中的一點(diǎn)，利用統(tǒng)計(jì)決策的原理對特征空間進(jìn)行劃分，從而達(dá)到識(shí)別不同特征對象的目的。這種方法應(yīng)用于輻射源識(shí)別中具體稱為特征參數(shù)匹配法，其優(yōu)點(diǎn)是方法簡單、計(jì)算速度快。

描述雷達(dá)輻射源的特征參數(shù)很多，包括載頻、脈沖重復(fù)頻率、脈寬、雷達(dá)天線掃描周期、射頻類型、脈沖重復(fù)頻率特性、脈寬特性等。此外根據(jù)仿真試驗(yàn)特點(diǎn)，輻射源到達(dá)方位角等參數(shù)也應(yīng)作為輻射源識(shí)別的重要特征參數(shù)。

經(jīng)典的統(tǒng)計(jì)識(shí)別輻射源信號(hào)與已知目標(biāo)關(guān)系的計(jì)算公式如下所示［10～12］：

式中，∝i為輻射源信號(hào)的第i個(gè)電磁特征參數(shù)，mji為已知目標(biāo)j的第i個(gè)電磁特征參數(shù)；δi為第i個(gè)參數(shù)的測量均方根差；ri為第i個(gè)參數(shù)的系數(shù)，且有。

在輻射源信號(hào)與所有目標(biāo)的比對相似度中，找出最小比對相似度Dmin：

設(shè)計(jì)目標(biāo)識(shí)別門限C，當(dāng)Dmin≤C當(dāng) Dmin≤C時(shí)，可以確定輻射源識(shí)別歸屬關(guān)系。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別方法對于占雷達(dá)信號(hào)環(huán)境中的多數(shù)常規(guī)體制信號(hào)和部分復(fù)雜體制信號(hào)具有很好的識(shí)別效果，同時(shí)其具有計(jì)算速度快，識(shí)別過程易于分析和調(diào)整控制的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合仿真試驗(yàn)的特點(diǎn)，是適用的主要數(shù)據(jù)處理方法。

5.2 決策樹分類專家系統(tǒng)輻射源識(shí)別技術(shù)應(yīng)用

專家系統(tǒng)是人工智能應(yīng)用研究的領(lǐng)域之一，目的是模擬人類專家的推理思維過程來解決非數(shù)值問題，最基本的專家系統(tǒng)通常由知識(shí)庫和推理系統(tǒng)構(gòu)成。知識(shí)庫是經(jīng)過收集和整理的人類知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的集合，推理系統(tǒng)是依據(jù)知識(shí)庫內(nèi)容，采用一定的控制方法策略解決問題的軟件程序。

分析仿真試驗(yàn)人工輻射源識(shí)別過程的特點(diǎn)，使用決策樹統(tǒng)計(jì)分類推理算法來實(shí)現(xiàn)輻射源識(shí)別推理過程，決策樹是一個(gè)對目標(biāo)進(jìn)行分類劃分和判定的過程，通過這種方式來不斷縮小子集空間，最終得出判定結(jié)果。根據(jù)上述仿真試驗(yàn)的特點(diǎn)分析，利用輻射源方位、天線特點(diǎn)、載頻類型、載頻區(qū)域范圍、重頻范圍等重要參數(shù)進(jìn)行專家系統(tǒng)決策樹設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，具體應(yīng)用的決策樹如圖2所示。

圖2 輻射源識(shí)別專家系統(tǒng)決策樹

仿真試驗(yàn)應(yīng)用的輻射源識(shí)別決策樹，是通過分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法、試驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境特點(diǎn)來建立基本的樹結(jié)構(gòu)，同時(shí)結(jié)合多條應(yīng)用中的特殊情況和實(shí)際問題，加入一些特殊的處理節(jié)點(diǎn)，可以完成全面并且多種復(fù)雜情況的識(shí)別工作。目前的識(shí)別決策樹具有針對性很強(qiáng)，但通用性較弱的特點(diǎn)，在今后的運(yùn)用中需要不斷完善整個(gè)決策樹的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的判定規(guī)則，提高識(shí)別通用性。

5.3 輻射源綜合識(shí)別技術(shù)應(yīng)用情況

圖3所示是采用兩種方法結(jié)合的識(shí)別算法流程圖，圖4所示是采用兩種方法結(jié)合的一次驗(yàn)證性的測試應(yīng)用結(jié)果。

通過與人工識(shí)別的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行比較，本文的數(shù)據(jù)識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)效果很好，滿足了試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理要求。

圖3 識(shí)別算法流程圖

圖4 測試輻射源識(shí)別結(jié)果

6 結(jié)語

本文針對仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中，輻射源識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的具體特點(diǎn)，提出統(tǒng)計(jì)模式與專家系統(tǒng)結(jié)合的識(shí)別方法。該方法不僅能夠較好適應(yīng)仿真試驗(yàn)中多種復(fù)雜體制雷達(dá)輻射源工作模式和工作參數(shù)的變化特點(diǎn)，也具有較好的工程可實(shí)現(xiàn)性，在多次實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果，同時(shí)可以為其它類似的輻射源目標(biāo)識(shí)別工程應(yīng)用提供一定的方法參考。