CN104579257A - 一种基于子串搜索的脉冲配对方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于子串搜索的脉冲配对方法，能够更快地处理接收脉冲数目较大以及目标辐射源脉冲数目较少的情况，同时减小交叉项形成的伪峰影响，属于信号处理技术领域。该方法具体为：首先对主站接收的脉冲序列进行脉冲预分选，得到主站脉冲时间间隔序列PRI₁，并量化；确定对应的副站脉冲的时间范围，并获得副站脉冲时间间隔序列PRI₂；构造序列PRI₁和序列PRI₂的共N个后缀进行字典比较排序；筛选分别属于主站和副站的两个相邻后缀，取其最大公共前缀；获取该最大公共前缀在主站和副站中分别对应的脉冲串为主站子串和副站子串；将主副站子串分别进行衔接操作，然后按照平均时差值重新排序，即可获得脉冲配对结果。

Description

一种基于子串搜索的脉冲配对方法

技术领域

本发明涉及一种基于子串搜索的脉冲配对方法，属于信号处理领域。

背景技术

无源时差定位又称双曲线定位，是通过处理三个或者更多站采集到的信号到达时间实现对辐射源的定位。不同站之间形成基线，每条基线对应一个双曲线，多个双曲面相交于一点，该点即为辐射源位置。因此，对不同基站接收的同一辐射源脉冲序列进行配对，获得准确的时差值是实现无源定位的关键。

现在的脉冲配对方法多采用脉冲配对直方图，将分别来自两个基站的且到达时间差在时间差范围内的脉冲进行配对，得到脉冲对，计算脉冲对的时差；对所有脉冲对数据的时差分布情况进行统计，生成时差直方图，由于同一辐射源发射的脉冲到达两站的时差保持不变，因此在直方图的对应位置会累积出较高的直方峰。直方图法主要存在两个缺陷：一是计算量大；二是两站中非同一脉冲之间配对形成的交叉项可能累积成虚假伪峰；三是如果两站接收到的脉冲序列中属于目标辐射源的数目较少，则真实时差累积的效果无法明显超过直方图伪峰甚至直方图噪声。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于子串搜索的脉冲配对方法，能够能够更快地处理接收脉冲数目较大以及目标辐射源脉冲数目较少的情况，同时减小交叉项形成的伪峰影响。

为达到上述目的，本发明中的方法包括如下步骤：

步骤S1，对主站接收的脉冲序列进行脉冲预分选，分选后的脉冲的到达时间序列为TOA₁，对TOA₁进行一阶差分得到主站脉冲时间间隔序列PRI₁，并对主站脉冲时间间隔序列PRI₁中每个元素的值做量化处理；主站脉冲时间间隔序列PRI₁长度为N₁。

步骤S2，对于脉冲序列中的每一个脉冲，计算其到达主站、副站的最大时延差，由此确定对应的副站脉冲的时间范围，并获得副站在此时间范围的脉冲的到达时间序列TOA₂，对TOA₂进行一阶差分得到副站脉冲时间间隔序列PRI₂；副站脉冲时间间隔序列PRI₂的长度为N₂。

步骤S3，构造序列PRI₁和序列PRI₂的后缀，以序列中每一个元素至序列末尾元素组成的字符串作为该序列的一个后缀，则序列PRI₁的共N₁个后缀，序列PRI₂的共N₂个后缀，合并为N个后缀，N＝N₁+N₂，对该N个后缀进行字典比较排序。

步骤S4，在步骤S3排序后的N个后缀中，筛选分别属于主站和副站的两个相邻后缀，取该两个相邻后缀的最大公共前缀；获取最大公共前缀在主站和副站中分别对应的脉冲串，即为子串，计算各子串的平均时差值。

其中对应主站的子串为主站子串；对应副站的子串为副站子串。

步骤S5，取出步骤S4得到主站子串，按照每个主站子串的首个脉冲在TOA₁中的位置序号，对主站子串重新排序，对于有包含关系的主站子串，删除其中较短的主站子串，对于有交叠关系的主站子串，进行合并衔接操作，获得主站子串预排序列。

取出步骤S4得到的副站子串，按照每个副站子串的首个脉冲在TOA₂中的位置序号，对副站子串重新排序，对于有包含关系的副站子串，删除其中较短的副站子串，对于有交叠关系的副站子串，进行合并衔接操作，获得副站子串预排序列。

步骤S6，取出主站子串预排序列中的主站子串，按照每个主站子串对应的平均时差值重新排序，平均时差值相等的主站子串按照首个脉冲的序号排序，获得主站子串序列。

取出副站子串预排序列中的副站子串，按照每个副站子串对应的平均是差值重新排序，平均时差值相等的副站子串按照首个脉冲的序号排序，获得副站子串序列。

则所获得的主站子串序列与副站子串序列即为脉冲配对结果。

有益效果：

本发明提出一种基于子串搜索的脉冲配对方法，能够更快地处理接收脉冲数目较大的情况，并且在目标辐射源脉冲数目较少的情况下，也具有很好的配对能力，同时子串的合并与衔接操作可以减小交叉项形成的伪峰影响。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供的方法既可以在个人计算机、工控机及服务器上以软件的形式安装并执行，也可将方法做成嵌入式芯片以硬件的形式来体现。

本发明所提出的基于子串搜索的脉冲配对方法包括以下步骤：

步骤S1，对主站接收的脉冲序列进行脉冲预分选，分选后的脉冲的到达时间序列为TOA₁，TOA₁一阶差分得到脉冲时间间隔序列PRI₁(长度为N₁)，并对PRI₁每个元素的值做量化处理；

脉冲预分选是指根据设定的载频、脉宽范围从原始脉冲序列中筛选出脉冲序列。

脉冲流的到达时间序列表示为：

其中t_i表示n₁个脉冲中第i个脉冲的前沿到达时间，i＝1,...,n₁；脉冲流的重复时间间隔序列表示为：其中N₁＝n₁-1,PRI_j＝t_j+1-t_j表示第j个脉冲与第j+1个脉冲的时间间隔，j＝1,...,n₁-1。

的PRI量化处理可以减小后续处理的压力，把要考量的PRI的范围划分成若干个子区间，落在同一子区间的PRI值用同一个值代替，区间的长度取决于实际测量的精度。

步骤S2，计算同一个脉冲到达主站、副站的最大可能的时延差，确定对应的副站脉冲的时间范围，得到副站在此时间范围的脉冲的到达时间序列TOA2，TOA2一阶差分得到脉冲时间间隔序列PRI2(长度为N₂)。

具体地，本步骤可以按照下述顺序实施：

S21：计算同一脉冲到达主站、副站的最大可能的时延差，Δt_max＝L/c，L是主站与副站的相对距离，c是光速：

S22：确定对应的副站脉冲的时间范围以及在此范围内的副站脉冲；

步骤S1中得到的主站脉冲序列，第一个脉冲的到达时间为t₁，第N₁个脉冲的到达时间为则副站中能与主站匹配的脉冲到达时间范围为在此范围内共n₂个脉冲,到达时间序列为TOA₂；

S23：对TOA₂作一阶后向差分得到PRI₂(长度为N₂＝n₂-1)，并对PRI₂的每个元素作量化处理。

步骤S3，序列PRI₁共N₁个后缀，序列PRI₂共N₂个后缀，对这N＝N₁+N₂个后缀进行字典比较排序：

步骤S3可以通过如下具体步骤实施：

S31：构造序列PRI₁的N₁个后缀，构造序列PRI₂的N₂个后缀；

后缀：从长度为n的序列的某个位置i开始到序列末尾的一个特殊子串；

S32：对N＝N₁+N₂个后缀进行字典比较排序；

字典比较：比较两个串的大小，先比较第一个元素的大小，如果相等再比较第二个元素大小，依次类推。

步骤S4，筛选分别属于两个站的两个相邻后缀的最大公共前缀，记录此公共前缀在两个站中分别对应的脉冲串，计算平均时差值：

前缀：从长度为n的序列的开头到某个位置i的一个特殊子串，记为Prefix(i),1≤i≤n-1；

若string(i)、string(i+1)是相邻的两个后缀，且string(i)属于PRI₁，string(i+1)属于PRI₂，且string(i)、string(i+1)的最大公共前缀为prefix，prefix对应的主站脉冲到达时间序列为Temp_TOA1＝{t_1,p+1,t_1,p+2,…,t_1,p+k}，prefix对应的副站脉冲到达时间序列为Temp_TOA2＝{t_2,q+1,t_2,q+2,…,t_2,q+k}，平均时延差为：k表示两条匹配的脉冲序列的长度，t_1,p+i表示TOA1序列里的第p+i个值，t_2,q+i表示TOA2序列里的第q+i个值；

步骤S5，取出对应主站的脉冲串，按照每个脉冲串的首个脉冲在TOA1中的位置序号，对脉冲串重新排序，对于有包含关系的子串，删除其中较短的子串，对于有交叠关系的子串，进行合并衔接操作，取出对应副站的脉冲串，做同样的处理：

步骤S5可以通过如下具体步骤实施：

S51：取出由步骤S4得到的属于主站的脉冲串，按照脉冲串首个脉冲在TOA₁中的位置顺序，对子串进行排序；

排序后的子串可表示为Substring(j)，长度记为length(i)，该子串的首个元素在整个PRI1序列里的位置index(i)；

S52：若两个相邻的子串存在包含关系，则删除其中长度小的子串；若两个相邻的子串存在交叠关系，则合并衔接这两个子串：

包含、交叠关系可以描述为：

包含：若两个相邻子串分别为Substring(j),Substring(j+1)，长度分别为length(j),length(j+1)，首个脉冲序号索引值分别为index(j),index(j+1)，不妨设length(j)＜length(j+1)，若满足以下条件，则删除Substring(j)，

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{index}\left(j\right)\≥\mathrm{index}(j+1)\\ \mathrm{index}\left(j\right)+\mathrm{length}\left(j\right)-1\≤\mathrm{index}(j+1)\mathrm{length}(j+1)-1\end{array}\right.$

交叠：若两个相邻子串满足下面的条件，

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{index}\left(j\right)\≥\mathrm{SA}(j+1)\\ \mathrm{index}\left(j\right)+\mathrm{length}\left(j\right)-1\≥\mathrm{index}(j+1)\mathrm{length}(j+1)-1\end{array}\right.$

则可以合并这两个子串形成一个更长的序列；

S53：取出由步骤S4得到的属于副站的脉冲串，重复步骤S51、S52的处理；

步骤S6，取出由步骤S5得到的属于主站的脉冲串，按照每个子串对应的时差值重新排序，满足同一时差值的子串依然按照首个脉冲的序号排序，假设排序结果为取出由步骤S5得到的属于副站的脉冲串，按照每个子串对应的时差值重新排序，满足同一时差值的子串依然按照首个脉冲的序号排序，假设排序结果为φ₁,φ₂,...,φ_m，则和φ_i(i＝1,...,m)是分别属于两站的匹配成功的脉冲序列，这两个脉冲序列的脉冲到达时间相差一个近似固定的延迟。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于子串搜索的脉冲配对方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，对主站接收的脉冲序列进行脉冲预分选，分选后的脉冲的到达时间序列为TOA₁，对TOA₁进行一阶差分得到主站脉冲时间间隔序列PRI₁，并对主站脉冲时间间隔序列PRI₁中每个元素的值做量化处理；所述主站脉冲时间间隔序列PRI₁长度为N₁；

步骤S2，对于所述脉冲序列中的每一个脉冲，计算其到达主站、副站的最大时延差，由此确定对应的副站脉冲的时间范围，并获得副站在此时间范围的脉冲的到达时间序列TOA₂，对TOA₂进行一阶差分得到副站脉冲时间间隔序列PRI₂；所述副站脉冲时间间隔序列PRI₂的长度为N₂；

步骤S3，构造序列PRI₁和序列PRI₂的后缀，以序列中每一个元素至序列末尾元素组成的字符串作为该序列的一个后缀，则序列PRI₁的共N₁个后缀，序列PRI₂的共N₂个后缀，合并为N个后缀，N＝N₁+N₂，对该N个后缀进行字典比较排序；

步骤S4，在所述步骤S3排序后的N个后缀中，筛选分别属于主站和副站的两个相邻后缀，取该两个相邻后缀的最大公共前缀；获取所述最大公共前缀在主站和副站中分别对应的脉冲串，即为子串，计算各子串的平均时差值；

其中对应主站的子串为主站子串；对应副站的子串为副站子串；

步骤S5，取出步骤S4得到主站子串，按照每个主站子串的首个脉冲在TOA₁中的位置序号，对主站子串重新排序，对于有包含关系的主站子串，删除其中较短的主站子串，对于有交叠关系的主站子串，进行合并衔接操作，获得主站子串预排序列；

取出步骤S4得到的副站子串，按照每个副站子串的首个脉冲在TOA₂中的位置序号，对副站子串重新排序，对于有包含关系的副站子串，删除其中较短的副站子串，对于有交叠关系的副站子串，进行合并衔接操作，获得副站子串预排序列；

步骤S6，取出所述主站子串预排序列中的主站子串，按照每个主站子串对应的平均时差值重新排序，平均时差值相等的主站子串按照首个脉冲的序号排序，获得主站子串序列；

取出所述副站子串预排序列中的副站子串，按照每个副站子串对应的平均时差值重新排序，平均时差值相等的副站子串按照首个脉冲的序号排序，获得副站子串序列；

则所获得的主站子串序列与副站子串序列即为脉冲配对结果。

2.如权利要求1所述的一种基于子串搜索的脉冲配对方法，其特征在于，所述脉冲预分选是指根据设定的载频、脉宽范围从原始脉冲序列中筛选出脉冲序列；

所述主站接收的脉冲序列中共有n₁个主站脉冲，其到达时间序列其中t_i表示n₁个脉冲中第i个脉冲的前沿到达时间，i＝1,...,n₁；所述第一脉冲时间间隔序列表示为：其中N₁＝n₁-1,PRI_j＝t_j+1-t_j表示第j个脉冲与第j+1个脉冲的时间间隔，j＝1,...,n₁-1。

3.如权利要求1所述的基于子串搜索的脉冲配对方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：

步骤S21：对于同一脉冲，其到达主站、副站的最大时延差为Δt_max＝L/c，L是主站与副站的相对距离，c是光速：

步骤S22：在主站接收的脉冲序列中，第一个脉冲的到达时间为t₁，第N₁个脉冲的到达时间为则副站接收的脉冲序列中，与主站第i个脉冲匹配的副站脉冲到达时间范围为在此范围内共n₂个副站脉冲，到达时间序列为TOA₂；

S23：对TOA₂作一阶后向差分得到副站脉冲时间间隔序列PRI₂，长度为N₂＝n₂-1，并对PRI₂的每个元素作量化处理。