CN105353358B - 一种基于索引差分的通用雷达脉冲信号提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于索引差分的通用雷达脉冲信号提取方法，包括：设定可被检测的最小脉冲宽度T_p及最小脉冲间距T_Δ；获取输入信号噪声阈值γ₀；提取幅值大于γ₀的输入信号样本索引号序列，记为I₁(n)，n＝1,2,…,N，N为I₁(n)样本个数；对I₁(n)进行差分处理，提取差分结果大于最小脉冲间距T_Δ的样本索引号作为预选脉冲上升沿；对输入信号序列S进行翻转，得到S’，提取幅值大于γ₀的S’索引号序列，记为I₂(n')，n'＝1,2,…,N'，N'＝N；对I₂(n')进行差分处理，提取差分结果大于最小脉冲间距T_Δ的样本索引号，计算其对应信号序列翻转前索引号并将其作为预选脉冲下降沿；上升沿与下降沿组成预选脉冲；从预选脉冲中剔除脉冲宽度小于预设最小脉冲宽度的脉冲，获得提取脉冲。本发明能快速有效提取具有任意调制方式的脉冲信号上升沿和下降沿。

Description

一种基于索引差分的通用雷达脉冲信号提取方法

技术领域

本发明属于雷达信号处理的技术领域，具体涉及一种基于索引差分的通用雷达脉冲信号提取方法。

背景技术

外辐射源雷达系统中，辐射源直达波脉冲信号中包含辐射源发射信号的到达时间、脉冲宽度、调制方式、中心载频等信息，这些信息的获取是辐射源及目标定位、信号参数估计以及后续信号处理的前提和关键步骤。因此，如何有效提取直达波脉冲是外辐射源雷达目标探测的关键问题。

目前，对于脉冲提取的方法主要是门限比较法。该方法通过与一个设定阈值门限比较，依次将相邻两个大于门限的样本点作为脉冲上升沿和下降沿。这种方法仅适用于信噪比非常高、脉冲边沿曲线光滑、脉内信号幅值均大于或小于门限的情况，局限性很大。对于外辐射源直达波信号，虽然信噪比较高，但由于外界电磁干扰较多，因此脉内频率成分复杂，脉内及脉冲边沿起伏很大，若直接采样门限比较法，必然会导致直达波脉冲分裂及信息缺失。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于索引差分的通用雷达脉冲信号提取方法，能够快速、有效提取具有任意调制方式的脉冲信号上升沿和下降沿，抗噪性能优，鲁棒性强。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于索引差分的通用雷达脉冲信号提取方法，包括以下步骤：

步骤一、设定可被检测的最小脉冲宽度T_p及最小脉冲间距T_Δ；

步骤二、获取输入信号的噪声阈值γ₀；

步骤二具体为：

S201、计算输入信号的最大幅值A_max与最小幅值A_min；

S202、计算阈值粒度其中，P为设定的整数，且P＞1；

S203、计算阈值γ(p)＝A_min+p·Δp，p＝1,2,…,P；计算输入信号幅值小于γ(p)的样本个数N₀(p)；

S204、计算N₀(p)的差分序列，即d(p)＝N₀(p+1)-N₀(p)，p＝1,2,…,P-1；计算d(p)取得最大值时的p值，记为p₁；计算p＞p₁时，d(p)的第一个局部极大值位置，记为p₀；则噪声阈值γ₀＝γ(p₀)；

步骤三、提取幅值大于γ₀的输入信号样本索引号序列，记为I₁(n)，n＝1,2,…,N，式中，N为I₁(n)样本个数；

步骤四、对I₁(n)进行差分处理，提取差分结果大于最小脉冲间距T_Δ的样本索引号作为预选脉冲上升沿；

步骤五、对输入信号序列S进行翻转，得到S’，提取幅值大于γ₀的S’索引号序列，记为I₂(n')，n'＝1,2,…,N'，N'＝N，N'为I₂(n')样本个数；

步骤六、对I₂(n')进行差分处理，提取差分结果大于最小脉冲间距T_Δ的样本索引号，计算其对应的信号序列翻转前索引号并将其作为预选脉冲下降沿；预选脉冲上升沿与预选脉冲下降沿一一对应，组成预选脉冲；

步骤七、从预选脉冲中剔除脉冲宽度小于预设最小脉冲宽度的脉冲，剩余脉冲即为提取的脉冲。

进一步地，步骤六的具体过程为：

S601、对I₂(n')进行差分处理得到差分序列为d₂(n')＝I₂(n')-I₂(n'-1)，n'＝1,2,…,N'，式中，I₂(0)＝-T_Δ；

S602、提取I₂中脉冲上升沿，即为所有满足d₂(n')＞T_Δ的n'值，记为n'_up；

S603、由于翻转后信号的上升沿对应于翻转前信号的下降沿，因此翻转前信号I₁的下降沿索引序列为n_down＝flip(L-n'_up+1)，式中，flip(·)为序列翻转操作；L为输入信号长度，步骤四中的预选脉冲上升沿与此处的n_down一一对应，组成S的预选脉冲。

有益效果：

本发明采用自适应噪声阈值门限计算，适用于不同信噪比情况。在脉冲上升沿和下降沿获取过程中，仅需要对样本序列进行差分处理，计算简单。根据应用场景需要所设定的最小脉冲间距和最小脉冲宽度，能够有效剔除由于噪声干扰尖峰形成的虚假脉冲，提高了算法的稳健性。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的雷达脉冲信号提取方法流程图。

图2为本发明一个实施例的噪声背景下的线性调频脉冲串信号。

图3为本发明噪声阈值提取过程中N₀随γ(p)变化曲线。

图4为本发明噪声阈值提取过程中d(p)随p变化曲线。

图5(a)为采用基于索引差分法的脉冲提取结果。

图5(b)为采用门限比较法得到的脉冲提取结果。

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。

本发明提供了一种基于索引差分的通用脉冲提取方法，其基本思想是：自适应计算噪声阈值门限，对超过噪声阈值门限的信号样本索引号进行差分处理，提取差分值大于最小脉冲间距的索引号作为预选上升沿，将信号序列翻转，用相同的差分处理方法以及信号序列翻转前后的对应关系获得预选下降沿。上升沿与下降沿一一对应，组成预选脉冲；最后从预选脉冲中提取脉冲宽度大于预设最小脉冲宽度的脉冲作为最终提取结果。

图1为本发明实施例的基于差分索引的脉冲提取方法流程图。如图1所示，该方法具体包括以下步骤：

步骤一、设定可被检测的最小脉冲宽度T_p及最小脉冲间距T_Δ；

本步骤中，可被检测的最小脉冲宽度T_p及最小脉冲间距T_Δ根据具体应用场景及需求设定。

步骤二、获取输入信号的噪声阈值γ₀；图2为本实施例的输入信号；

本步骤具体包括子步骤S201～S204。

S201、计算输入信号的最大幅值A_max与最小幅值A_min；

S202、计算阈值粒度其中，P为设定的整数，且P＞1；本实施例中，P＝100。

S203、计算阈值γ(p)＝A_min+p·Δp，p＝1,2,…,P；计算输入信号幅值小于γ(p)的样本个数N₀(p)；得到N₀随γ(p)变化曲线如图3所示。

S204、如图4所示，计算N₀(p)的差分序列，即d(p)＝N₀(p+1)-N₀(p)，p＝1,2,…,P-1；计算d(p)取得最大值时的p值，记为p₁；计算p＞p₁时，d(p)的第一个局部极大值位置，记为p₀；具体计算过程为，计算d(p)的差分序列，得到p＝1,2,…,P-1，式中，d₀(0)＝max(d(p))+1，max(·)为取最大值操作，计算满足且大于p₁的最小p值，即为p₀。则噪声阈值γ₀＝γ(p₀)；

步骤三、提取幅值大于γ₀的信号样本索引号序列，记为I₁(n)；n＝1,2,…,N，式中，N为I₁(n)样本个数；

步骤四、对I₁(n)进行差分处理，提取差分结果大于最小脉冲间距T_Δ的样本索引号作为预选脉冲上升沿；

本步骤中，对I₁(n)进行差分处理得到差分序列为d₁(n)＝I₁(n)-I₁(n-1)，n＝1,2,…,N，式中，N为I₁(n)样本个数，I₁(0)＝-T_Δ。预选脉冲上升沿索引号为所有满足d₁(n)＞T_Δ的n值，记为n_up。

步骤五、对输入信号序列S进行翻转，得到S’，提取幅值大于γ₀的S’索引号序列，记为I₂(n')，n'＝1,2,…,N'，N'＝N，N'为I₂(n')样本个数。

步骤六、对I₂(n)进行差分处理，提取差分结果大于最小脉冲间距T_Δ的样本索引号，计算其对应的信号序列翻转前索引号并将其作为预选脉冲下降沿；预选脉冲上升沿与预选脉冲下降沿一一对应，组成预选脉冲；

本步骤具体包括S601～S603；

S601、对I₂(n')进行差分处理得到差分序列为d₂(n')＝I₂(n')-I₂(n'-1)，n'＝1,2,…,N'，式中，I₂(0)＝-T_Δ；

S602、提取I₂中脉冲上升沿，即为所有满足d₂(n')＞T_Δ的n'值，记为n'_up；

S603、由于翻转后信号的上升沿对应于翻转前信号的下降沿，因此翻转前信号I₁的下降沿索引序列为n_down＝flip(L-n'_up+1)，式中，flip(·)为序列翻转操作，L为输入信号长度；步骤四中的n_up与此处的n_down一一对应，组成S的预选脉冲。

步骤七、从预选脉冲中剔除脉冲宽度小于预设最小脉冲宽度的脉冲，剩余脉冲即为提取的脉冲。

本步骤中，预选脉冲宽度为n_w＝n_down-n_up，将满足n_w＜T_p的脉冲上升沿和下降沿分别从n_up和n_down中剔除，剩余的上升沿和下降沿记为n_up0和n_down0，n_up0和n_down0一一对应组成最终提取结果，如图5(a)所示。

图5(b)为采用门限比较法得到的脉冲提取结果，显然，门限比较法结果中不仅包含许多窄脉冲干扰成分，而且会使真实脉冲分裂，导致检测到的脉冲数远大于真实脉冲数。图5(a)为采用基于索引差分法的脉冲提取结果，显然，基于索引差分法能够有效提取脉冲。

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 (2)

1.一种基于索引差分的通用雷达脉冲信号提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、设定可被检测的最小脉冲宽度T_p及最小脉冲间距T_Δ；

步骤二、获取输入信号的噪声阈值γ₀；

步骤二具体为：

S201、计算输入信号的最大幅值A_max与最小幅值A_min；

S202、计算阈值粒度其中，P为设定的整数，且P＞1；

S203、计算阈值γ(p)＝A_min+p·Δp，p＝1,2,…,P；计算输入信号幅值小于γ(p)的样本个数N₀(p)；

S204、计算N₀(p)的差分序列，即d(p)＝N₀(p+1)-N₀(p)，p＝1,2,…,P-1；计算d(p)取得最大值时的p值，记为p₁；计算p＞p₁时，d(p)的第一个局部极大值位置，记为p₀；则噪声阈值γ₀＝γ(p₀)；

步骤三、提取幅值大于γ₀的输入信号样本索引号序列，记为I₁(n)，n＝1,2,…,N，式中，N为I₁(n)样本个数；

步骤四、对I₁(n)进行差分处理，提取差分结果大于最小脉冲间距T_Δ的样本索引号作为预选脉冲上升沿；

步骤五、对输入信号序列S进行翻转，得到S’，提取幅值大于γ₀的S’索引号序列，记为I₂(n')，n'＝1,2,…,N'，N'＝N，N'为I₂(n')样本个数；

步骤六、对I₂(n')进行差分处理，提取差分结果大于最小脉冲间距T_Δ的样本索引号，计算其对应的信号序列翻转前索引号并将其作为预选脉冲下降沿；预选脉冲上升沿与预选脉冲下降沿一一对应，组成预选脉冲；

步骤七、从预选脉冲中剔除脉冲宽度小于预设最小脉冲宽度的脉冲，剩余脉冲即为提取的脉冲。

2.如权利要求1所述的一种基于索引差分的通用雷达脉冲信号提取方法，其特征在于，步骤六的具体过程为：

S601、对I₂(n')进行差分处理得到差分序列为d₂(n')＝I₂(n')-I₂(n'-1)，n'＝1,2,…,N'，式中，I₂(0)＝-T_Δ；

S602、提取I₂中脉冲上升沿，即为所有满足d₂(n')＞T_Δ的n'值，记为n'_up；

S603、由于翻转后信号的上升沿对应于翻转前信号的下降沿，因此翻转前信号I₁的下降沿索引序列为n_down＝flip(L-n'_up+1)，式中，flip(·)为序列翻转操作；L为输入信号长度，步骤四中的预选脉冲上升沿与此处的n_down一一对应，组成S的预选脉冲。