CN105277923A - 一种单通道雷达信号分选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单通道雷达信号分选方法，包括：1)选定某段长度为N的到达时间序列构成原始脉冲到达时间序列集合；2)对原始脉冲到达时间序列进行多维差分处理；3)对每个到达时间差分后的时间间隔进行分组处理，并进行统计计数；4)根据每一组所包括的到达时间差分后的时间间隔的统计计数结果绘制PRI聚类统计直方图，然后将PRI聚类统计直方图与检测门限相比较，得出可能的PRI估计值；5)对可能的PRI估计值进行剔除谐波分量处理得到符合条件的PRI估计值；6)根据符合条件PRI估计值从原始脉冲到达时间序列中依次取出其对应的到达时间序列，将同一PRI估计值取出的到达时间分别依次按时间顺序组成一个序列，完成信号分选。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，特别是关于一种单通道雷达信号分选方法。
背景技术
雷达信号分选是一种通过接收雷达辐射源自身辐射的信号，利用一定的方法来完成信号分选的技术。雷达信号分选是雷达信号分析和识别的基础，只有分选出各个不同雷达的脉冲序列后，才能对不同的雷达进行准确的识别和参数估计，从而判断雷达的类型以及威胁属性。雷达信号分选是雷达对抗领域的一个重要方面，尤其是在复杂电磁环境下的未知雷达信号分选技术，由于其具有较强的应用性，较好的隐蔽性，所以近些年受到了各国的重视。
传统的雷达信号分选方法是利用卫星平台接收雷达辐射源脉冲信号，然后通过估计测算得到雷达脉冲的到达时间(TOA)，利用TOA序列通过累积差值直方图完成信号分选。由于卫星位置的移动，导致雷达信号的脉冲重复频率会产生一定的变化，同时有些雷达脉冲也会有意添加一定范围的抖动，还有的雷达采用参差脉冲重复间隔方式，这些都会导致传统雷达分选方法的失效。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够采用单通道结构完成雷达信号的准确分选的单通道雷达信号分选方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种单通道雷达信号分选方法，其特征在于，包括以下步骤：1)基于卫星平台，利用单副天线和单个接收机通道接收地面雷达辐射源的脉冲信号，通过对脉冲信号到达时间的估计测量得到到达时间序列，然后选定某段长度为N的到达时间序列构成原始脉冲到达时间序列集合；2)对原始脉冲到达时间序列进行多维差分处理，即将原始脉冲到达时间序列集合中的每一个到达时间与其后到达的每一个到达时间依次进行差分处理；3)对每个到达时间差分后的时间间隔进行分组处理，并对每一组所包括的到达时间差分后的时间间隔进行统计计数；4)根据每一组所包括的到达时间差分后的时间间隔的统计计数结果绘制PRI聚类统计直方图，然后将PRI聚类统计直方图与检测门限相比较，得出可能的PRI估计值；5)对可能的PRI估计值进行剔除谐波分量处理得到符合条件的PRI估计值；6)根据符合条件PRI估计值从原始脉冲到达时间序列中依次取出其对应的到达时间序列，将同一PRI估计值取出的到达时间分别依次按时间顺序组成一个序列，完成信号分选。
进一步，所述步骤3)中对每个到达时间差分后的时间间隔进行分组处理，并对每一组所包括的到达时间差分后的时间间隔进行统计计数，具体过程为：将第一个到达时间差分后的时间间隔作为第一组，将第二个到达时间差分后的时间间隔与第一组到达时间差分后的时间间隔进行比较，判断第二个到达时间差分后的时间间隔是否属于第一组，如果ΔT＜th，ΔT为第二个到达时间差分后的时间间隔与第一组到达时间差分后的时间间隔的差的绝对值，th为选定的阈值，则属于第一组；否则不属于第一组，如果判断结果为不属于第一组此时将第二个到达时间差分后的时间间隔新建为第二组…依次类推，将每一到达时间差分后的时间间隔与已有的每一组的PRI序列的最后的S个数据的平均值ΔT进行比较，根据是否满足ΔT＜th，判断该时间间隔是否属于已有的某一组，直到找到一个合适的组别为止，如果不能找到，则将该到达时间差分后的时间间隔建立新的PRI组别，直到所有的到达时间差分后的时间间隔均完成分组为止。
进一步，所述步骤6)根据符合条件PRI估计值从原始脉冲到达时间序列中依次取出其对应的到达时间序列，将同一PRI估计值取出的到达时间分别依次按时间顺序组成一个序列，完成信号分选，具体过程为：遍历原始脉冲到达时间序列，将所有符合第一个PRI估计值的到达时间取出，然后将取出的到达时间构成一个序列，并将已取出的到达时间在原始到达时间序列中删除，完成第一个信号分选…依次类推，对原始到达时间序列中的所有到达时间均进行分选，获得每个符合条件的PRI估计值对应的到达时间序列集合，完成PRI分选。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明对每个到达时间差分后的时间间隔进行分组处理，并对每一组所包括的到达时间差分后的时间间隔进行统计计数；根据统计计数结果绘制PRI聚类统计直方图与检测门限相比较，得出可能的PRI估计值；对可能的PRI估计值进行剔除谐波分量处理得到符合条件的PRI估计值；根据符合条件PRI估计值从原始脉冲到达时间序列中完成信号分选，分选精度高。2、本发明在聚类统计过程中采用跟踪自适应过程，以适应PRI的抖动，跟踪PRI随时间的变化，更好的增强算法的适用性。3、本发明由于在低复杂度方面仅采用一副单通道宽波束天线实现了星-地处理的合理分配、时间同步精度要求仅为秒级，在低成本方面采用普通性能器件，价格较为便宜。本发明可以能够适应固定PRI、参差PRI和PRI呈周期变化的雷达脉冲信号，适用范围广。
附图说明
图1是本发明单通道雷达信号分选方法流程示意图；
图2是本发明三个固定重复周期的雷达信号脉冲到达时间；
图3是本发明实施方式中到达时间序列差分处理示意图；
图4是本发明实施方式中PRI聚类直方图与估计结果示意图，横坐标为PRI估计值，单位为us，纵坐标为时间间隔统计个数；
图5为本发明是实施例结果示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供的单通道雷达信号分选方法，包括以下步骤：
1、基于卫星平台，利用单副天线和单个接收机通道接收地面雷达辐射源的脉冲信号，通过对脉冲信号到达时间的估计测量得到TOA(到达时间)序列，然后选定某段长度为N的TOA序列构成原始脉冲到达时间序列集合，如图2所示。
2、对原始脉冲到达时间序列进行多维差分处理，也就是将原始脉冲到达时间序列集合中的每一个到达时间与其后到达的每一个到达时间依次进行差分处理，如图3所示，以原始脉冲到达时间序列集合中的第一个到达时间为例对差分结果进行说明：
PRI12＝T1-T2,PRI13＝T1-T3,PRI14＝T1-T4,...,PRI1N＝T1-TN。
式中，Ti表示第i个到达时间，PRI表示时间间隔。
3、对每个到达时间差分后的时间间隔进行分组处理，并对每一组所包括的到达时间差分后的时间间隔进行统计计数，在聚类统计过程中采用了跟踪自适应过程，以适应PRI的抖动，跟踪PRI随时间的变化，更好的增强算法的适用性，具体处理过程为：
将第一个到达时间差分后的时间间隔作为第一组，将第二个到达时间差分后的时间间隔与第一组到达时间差分后的时间间隔进行比较，判断第二个到达时间差分后的时间间隔是否属于第一组，如果ΔT＜th(其中ΔT为第二个到达时间差分后的时间间隔与第一组到达时间差分后的时间间隔的差的绝对值，th为根据经验或实际需要选定的阈值)，则属于第一组；否则不属于第一组，如果判断结果为不属于第一组此时将第二个到达时间差分后的时间间隔新建为第二组…依次类推，将每一到达时间差分后的时间间隔PRIMN与已有的每一组的PRI序列的最后的S个数据的平均值(此处本发明实施例中S为8，但是不限于此，根据实际情况进行选择)进行比较，其中P代表其中一个已有的PRI组别，i从1到8代表该组最后8个数据，根据是否满足ΔT＜th，判断该时间间隔PRIMN是否属于已有的某一组，直到找到一个合适的组别为止，如果不能找到，则将该到达时间差分后的时间间隔建立新的PRI组别，直到所有的到达时间差分后的时间间隔均完成分组为止。
4、根据每一组所包括的到达时间差分后的时间间隔的统计计数结果绘制PRI聚类统计直方图，然后将PRI聚类统计直方图与检测门限相比较，得出可能的PRI估计值，其中，PRI聚类统计直方图中纵坐标为统计数目，横坐标为时间间隔。
由于在一定的时间范围内，脉冲间隔越大，统计出的脉冲数量越少，所以检测门限应该与脉观测冲总数成正比，与脉冲间隔成反比。本发明实施例中所设定检测门限为：Φth＝k×(T/τ)，其中，T为总的脉冲观测时间，τ为脉冲时间间隔，k为可调系数，通常取0＜k＜1。根据检测门限对比，可以得出可能的PRI估计值。如图4所示，图中曲线为检测门限，超过检测门限的PRI有：180us、260us、350us、360us、520us和540us，这些PRI就是可能的PRI的估计值。
5、对可能的PRI估计值进行剔除谐波分量处理得到符合条件的PRI估计值。
如图4所示，实际应用中可能会出现真实PRI的谐波分量高于检测门限的情况，需要通过判断来剔除谐波分量，因为谐波分量与基波分量有一个倍数关系，因此可以采用从高于门限的PRI估计值中挑选出统计的最大值，并且要求它是所有谐波分量中最低次的。如图4所示，180、360、540存在一个倍数关系，而且它们的数量相差不多，这是由于在进行差分的过程中采用的是多维差分，就是对每一个到达时间序列都分别于其后的每一个做差分，这样就会出现了真实PRI的倍数存在的情况，而且在最后聚类统计时，数量也相差不多，所以应该选取这些PRI的最大公约数，也就是180us作为最后估计的PRI，通过对超过门限的PRI进行类似的分析，最后的PRI的估计值应该是：180us、260us和350us。
6、根据符合条件的PRI估计值从原始脉冲到达时间序列中依次取出其对应的到达时间序列，将同一PRI估计值取出的到达时间分别依次按时间顺序组成一个序列，完成信号分选，具体过程为：
遍历原始脉冲到达时间序列，将所有符合第一个PRI估计值的到达时间取出，在取出的过程中也采用了跟踪自适应的过程，与在步骤3中采用的方法是类似的，目的也是跟踪PRI随时间的变化以及适应脉冲丢失情况，以步骤5确定的PRI估计值其中之一180us为例进行说明，具体过程为：从到达时间序列的第一个到达时间开始，找到第一个与180us相差在选定阈值范围之内的到达时间间隔PRI1，即：ΔT′＝|PRI1-180|＜th′(th′为根据经验或实际需要选定的阈值)，将该到达时间取出，然后从该到达时间开始，继续寻找下一个满足条件的到达时间间隔PRI2，依次类推，不断将下一个寻找的到达时间间隔与该组中已经挑选出的时间间隔最后的S个数据的平均值(此处本发明实施中S为8，但是不限于此，可以根据实际情况进行选择)进行比较，i从1到8代表已取出的时间间隔中最后8个数据，根据是否满足ΔT′＜th′，判断该时间间隔PRIk是否属于符合条件的PRI估计值对应的到达时间；然后将取出的到达时间构成一个序列，并将已取出的到达时间在原始到达时间序列中删除，完成第一个信号分选…依次类推，对原始到达时间序列中的所有到达时间均进行分选，获得每个符合条件的PRI估计值对应的到达时间序列集合，完成PRI分选。
本发明实施例中是以固定脉冲重复间隔雷达信号进行描述，如果雷达脉冲为参差PRI，以三参差雷达为例，如图5所示，PRI聚类统计直方图中，应该会出现三个数量相差不多的时间间隔PRI1,PRI2,PRI3，而且存在时间间隔PRIM＝PRI1+PRI2+PRI3同时PRIM所对应的数量也与三个时间间隔PRI1,PRI2,PRI3对应的数量之和相差不多，就可以判断这三个时间间隔为一个雷达的脉冲信号，应该将时间间隔PRIM对应到达时间取出按照时间顺序排列，组成一个脉冲到达时间序列，从而完成对参差PRI脉冲分选。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (3)
1.一种单通道雷达信号分选方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)基于卫星平台，利用单副天线和单个接收机通道接收地面雷达辐射源的脉冲信号，通过对脉冲信号到达时间的估计测量得到到达时间序列，然后选定某段长度为N的到达时间序列构成原始脉冲到达时间序列集合；
2)对原始脉冲到达时间序列进行多维差分处理，即将原始脉冲到达时间序列集合中的每一个到达时间与其后到达的每一个到达时间依次进行差分处理；
3)对每个到达时间差分后的时间间隔进行分组处理，并对每一组所包括的到达时间差分后的时间间隔进行统计计数；
4)根据每一组所包括的到达时间差分后的时间间隔的统计计数结果绘制PRI聚类统计直方图，然后将PRI聚类统计直方图与检测门限相比较，得出可能的PRI估计值；
5)对可能的PRI估计值进行剔除谐波分量处理得到符合条件的PRI估计值；
6)根据符合条件PRI估计值从原始脉冲到达时间序列中依次取出其对应的到达时间序列，将同一PRI估计值取出的到达时间分别依次按时间顺序组成一个序列，完成信号分选。
2.如权利要求1所述的一种单通道雷达信号分选方法，其特征在于，所述步骤3)中对每个到达时间差分后的时间间隔进行分组处理，并对每一组所包括的到达时间差分后的时间间隔进行统计计数，具体过程为：
将第一个到达时间差分后的时间间隔作为第一组，将第二个到达时间差分后的时间间隔与第一组到达时间差分后的时间间隔进行比较，判断第二个到达时间差分后的时间间隔是否属于第一组，如果ΔT＜th，ΔT为第二个到达时间差分后的时间间隔与第一组到达时间差分后的时间间隔的差的绝对值，th为选定的阈值，则属于第一组；否则不属于第一组，如果判断结果为不属于第一组此时将第二个到达时间差分后的时间间隔新建为第二组…依次类推，将每一到达时间差分后的时间间隔与已有的每一组的PRI序列的最后的S个数据的平均值ΔT进行比较，根据是否满足ΔT＜th，判断该时间间隔是否属于已有的某一组，直到找到一个合适的组别为止，如果不能找到，则将该到达时间差分后的时间间隔建立新的PRI组别，直到所有的到达时间差分后的时间间隔均完成分组为止。
3.如权利要求1或2所述的一种单通道雷达信号分选方法，其特征在于，所述步骤6)根据符合条件PRI估计值从原始脉冲到达时间序列中依次取出其对应的到达时间序列，将同一PRI估计值取出的到达时间分别依次按时间顺序组成一个序列，完成信号分选，具体过程为：遍历原始脉冲到达时间序列，将所有符合第一个PRI估计值的到达时间取出，然后将取出的到达时间构成一个序列，并将已取出的到达时间在原始到达时间序列中删除，完成第一个信号分选…依次类推，对原始到达时间序列中的所有到达时间均进行分选，获得每个符合条件的PRI估计值对应的到达时间序列集合，完成PRI分选。
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