CN105807264B - 雷达脉冲重复频率检测与初始脉冲到达时间的估计方法 - Google Patents

雷达脉冲重复频率检测与初始脉冲到达时间的估计方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于雷达技术领域，涉及对雷达脉冲重复频率检测与初始脉冲到达时间的估计方法的改进。其特征在于，进行雷达脉冲信号重频检测与初始脉冲到达时间估计的步骤如下：计算接收到的脉冲时间序列的频谱；雷达脉冲重复频率PRF候选值检测；检测独立脉冲时间序列的脉冲重复频率值；估计初始脉冲到达时间；序列提取；对当前脉冲时间序列的长度进行判断。本发明提出了一种改进的对雷达脉冲重复频率检测与初始脉冲到达时间的估计方法，大大简化了处理过程，缩短了处理时间，提高了处理效率，减少了资源占用。

Description

雷达脉冲重复频率检测与初始脉冲到达时间的估计方法
技术领域
本发明属于雷达技术领域，涉及对雷达脉冲重复频率检测与初始脉冲到达时间的估计方法的改进。
背景技术
雷达信号分选是电子侦察信号处理的核心任务之一。雷达信号分选利用雷达侦察接收机侦测到的全脉冲序列识别和提取出属于不同辐射源的脉冲序列，为判别辐射源类别、工作模式和威胁程度提供信息输入。其中，全脉冲序列是指由不同辐射源(含雷达)辐射的、被侦察接收机侦测到的、在时间上相互交叠的雷达脉冲序列，序列中的每个脉冲都由一个含有脉冲到达角度、到达时间、载波频率、脉冲宽度和脉冲幅度等信息的脉冲描述字PDW(Pulse Description Word)描述。
图1是目前的雷达信号分选架构图。信号分选首先对雷达侦察接收机侦测到的全脉冲序列进行预分选处理，然后再进行主分选处理。信号分选单元12在接收到雷达侦察接收机11侦测的全脉冲序列(即PDW数据流)后，首先进入信号预分选模块12A进行处理，然后进入信号主分选模块12B进行信号主分选处理，处理完成后生成辐射源信息，用于辐射源识别和威胁判别。
信号预分选模块12A处理的主要目的是：对全脉冲序列(或PDW数据流)进行稀释，以减小主分选处理的数据量和复杂度。
信号主分选模块12B处理的目的是：从全脉冲序列中检测出辐射源可能使用的脉冲重复间隔(PRI：Pulse Repetition Interval)或脉冲重复频率(PRF：Pulse RepetitionFrequency)、确定辐射源辐射的初始脉冲到达时间，并根据各个辐射源的PRI(或PRF)以及初始脉冲到达时间从全脉冲序列中把属于该辐射源的脉冲提取出来，形成辐射源信息。其中，一个辐射源辐射的初始脉冲到达时间是指：雷达侦察接收机侦测到的、该辐射源辐射的脉冲序列中第一个脉冲的到达时间。
在传统的主分选处理过程中，PRI/PRF检测和初始脉冲到达时间搜索是一个串行过程。图2是传统的信号主分选处理流程图。信号主分选器在接收到完成预分选处理后的全脉冲序列后，首先进行PRI/PRF检测。若检测到可能存在的PRI/PRF，则开始在全脉冲序列中进行初始脉冲到达时间搜索，确定初始脉冲位置；否则，结束信号主分选处理过程。若初始脉冲到达时间搜索过程搜索到辐射源辐射的初始脉冲位置(或到达时间)，则依据该辐射源使用的PRI/PRF和初始脉冲位置从全脉冲序列中提取属于该辐射源的脉冲，并输出辐射源信息；否则，再次进行PRI/PRF检测。
PRI/PRF检测的主要方法包括基于到达时间差直方图的检测方法和基于谱估计的信号分选方法。上述方法分别利用脉冲序列的到达时间差和到达时间的统计特性检测辐射源的PRI/PRF。基于到达时间差直方图的PRI检测方法包括累积差直方图算法、顺序差直方图算法、PRI变换等；参见文献[1]:Mardia H K.New.New techniques for deinterleavingrepetition sequences[J].IEE Proceedings,1989,136(4):149-154。文献[2]:MilojevicDJ and Popovic BM.Improved algorithm for deinterleaving of radar pulses[J].IEE Proceedings,1992,139(1):98-104。文献[3]:Nishiguchi K and KobayashiM.Improved algorithm for estimating pulse repetition[J].IEEE Transactions onAerospace and Electronic Systems,2000,36(2):407-421。基于谱估计的PRF检测方法主要包括到达时间傅里叶变换法，参见文献[4]:Orsi R J,Moore J B,and Mahony RE.Spectrum es timation of interleaved pulse trains[J].IEEE Transactions onSignal Processing,47,Jun.1999,47(6):1646-1653。
初始脉冲到达时间搜索通常采用序贯搜索的方法，即从全脉冲序列的第一个脉冲开始，按照一定的条件依次向后搜索，直至搜索到满足既定条件的脉冲或者到达全脉冲序列末尾。
传统方法的缺点是：PRI/PRF检测与初始脉冲到达时间的搜索过程分离，需要对接收到的脉冲时间序列进行两次遍历，导致处理过程繁杂，处理时间长，处理效率低，耗费的资源多。
发明内容
本发明的目的是：提出一种改进的对雷达脉冲重复频率检测与初始脉冲到达时间的估计方法，以便简化处理过程，缩短处理时间，提高处理效率，减少资源占用。
本发明的技术方案是：雷达脉冲重复频率检测与初始脉冲到达时间的估计方法，其特征在于，进行雷达脉冲信号重频检测与初始脉冲到达时间估计的步骤如下：
1、计算接收到的脉冲时间序列的频谱：
记接收到的脉冲时间序列为t0,t1,...,tN-1，N为接收到的脉冲个数，对脉冲时间序列进行离散傅里叶变换得到其频谱：
式中，k是进行离散傅里叶变换得到的频率因子；频率因子k与其所对应的频率值fk之间的关系为：fk＝k/tN-1；
记Hk＝|X[k]|表示脉冲时间序列的幅度谱在k处的取值，记Ak＝∠X[k]表示脉冲时间序列的相位谱在k处的取值；
2、雷达脉冲重复频率PRF候选值检测：根据k值从小到大对脉冲时间序列的幅度谱进行遍历，依次检测到幅度谱峰值对应的频率因子k0,k1,...,km，m为正整数；这些频率因子分别对应幅度值H0,H1,...,Hm；
3、检测独立脉冲时间序列的脉冲重复频率值：
遍历在步骤2中检测到的频率因子k0,k1,...,km，搜索到所有满足整数倍关系的(ki,kj)对，0≤i,j≤m，其中kj＝Zj,i·ki，Zj,i为大于1的正整数；
在幅度谱中对满足整数倍关系的(ki,kj)对所对应的统计量进行相减操作，即H'j＝Hj-Hi，其中H'j为相减后得到的新幅度值，所有的新幅度值构成新幅度谱；在得到新幅度谱后，重新利用步骤2中的检测方法进行PRF检测，依次检测到新幅度谱峰值对应的频率因子k0,k1,...,kp，p为正整数；则利用幅度谱检测到的独立脉冲时间序列的脉冲重复频率值分别为
4、估计初始脉冲到达时间：
对每一个在步骤3中检测到的频率因子ki∈{k0,k1,...,kp}，其中0≤i≤p，找到其在相位谱中所有整数倍的频率因子处所对应的相位值，拟合成直线Li，求得该直线的斜率ai；则脉冲重复频率值为的独立脉冲序列所对应的初始脉冲到达时间为
5、序列提取：对每一个在步骤3中检测到的频率因子ki∈{k0,k1,...,kp}，根据其对应的初始脉冲到达时间和脉冲重复频率值从当前脉冲序列中提取出对应的独立脉冲序列；
6、对当前脉冲时间序列的长度进行判断，若当前脉冲时间序列不为空，则重复步骤2到步骤6的处理过程，直至完成所有接收到的脉冲时间序列的处理为止。
本发明的优点是：提出了一种改进的对雷达脉冲重复频率检测与初始脉冲到达时间的估计方法，大大简化了处理过程，缩短了处理时间，提高了处理效率，减少了资源占用。本发明的一个实施例，经计算机模拟试验证明，处理效率提高了50％以上。
附图说明
图1是目前的雷达信号分选架构图。
图2是传统的信号主分选处理流程图。
图3是单个脉冲序列的幅度谱图。
图4是对单个脉冲序列完成谐波剔除后的幅度谱图。
图5是单个脉冲序列的相位谱图。
图6是多个脉冲序列的幅度谱图。
图7是对多个脉冲序列完成谐波剔除后的幅度谱图。
图8是多个脉冲序列的相位谱图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。雷达脉冲重复频率检测与初始脉冲到达时间的估计方法，其特征在于，进行雷达脉冲信号重频检测与初始脉冲到达时间估计的步骤如下：
1、计算接收到的脉冲时间序列的频谱：
记接收到的脉冲时间序列为t0,t1,...,tN-1，N为接收到的脉冲个数，对脉冲时间序列进行离散傅里叶变换得到其频谱：
式中，k是进行离散傅里叶变换得到的频率因子；频率因子k与其所对应的频率值fk之间的关系为：fk＝k/tN-1；
记Hk＝|X[k]|表示脉冲时间序列的幅度谱在k处的取值，记Ak＝∠X[k]表示脉冲时间序列的相位谱在k处的取值；
2、雷达脉冲重复频率PRF候选值检测：根据k值从小到大对脉冲时间序列的幅度谱进行遍历，依次检测到幅度谱峰值对应的频率因子k0,k1,...,km，m为正整数；这些频率因子分别对应幅度值H0,H1,...,Hm；
3、检测独立脉冲时间序列的脉冲重复频率值：
遍历在步骤2中检测到的频率因子k0,k1,...,km，搜索到所有满足整数倍关系的(ki,kj)对，0≤i,j≤m，其中kj＝Zj,i·ki，Zj,i为大于1的正整数；
在幅度谱中对满足整数倍关系的(ki,kj)对所对应的统计量进行相减操作，即H'j＝Hj-Hi，其中H'j为相减后得到的新幅度值，所有的新幅度值构成新幅度谱；在得到新幅度谱后，重新利用步骤2中的检测方法进行PRF检测，依次检测到新幅度谱峰值对应的频率因子k0,k1,...,kp，p为正整数；则利用幅度谱检测到的独立脉冲时间序列的脉冲重复频率值分别为
4、估计初始脉冲到达时间：
对每一个在步骤3中检测到的频率因子ki∈{k0,k1,...,kp}，其中0≤i≤p，找到其在相位谱中所有整数倍的频率因子处所对应的相位值，拟合成直线Li，求得该直线的斜率ai；则脉冲重复频率值为的独立脉冲序列所对应的初始脉冲到达时间为
5、序列提取：对每一个在步骤3中检测到的频率因子ki∈{k0,k1,...,kp}，根据其对应的初始脉冲到达时间和脉冲重复频率值从当前脉冲序列中提取出对应的独立脉冲序列；
6、对当前脉冲时间序列的长度进行判断，若当前脉冲时间序列不为空，则重复步骤2到步骤6的处理过程，直至完成所有接收到的脉冲时间序列的处理为止。
本发明的工作原理是：本发明通过推导谱图的理论表示，得出谱图的幅度信息可以用于检测雷达脉冲信号的重复频率，谱图的相位信息可以用于检测雷达脉冲信号的初始脉冲到达时间。因此，本发明提出一种在得到雷达脉冲信号的谱图后，联合其幅度信息与相位信息进行雷达脉冲信号重复频率与初始脉冲到达时间检测的方法。
实施例1，选取一个频率为20kHZ，初始脉冲到达时间为1.769us的稳定重频脉冲序列，采用本发明方法，可以得到这个脉冲序列的未滤除谐波的幅度谱、滤除谐波后的幅度谱和相位谱分别如图3、图4与图5所示。
图3中，横坐标代表频率，纵坐标代表幅度，图中的黑色竖线为未滤除谐波的幅度谱峰值；
图4中，横坐标代表频率，纵坐标代表幅度，图中的黑色竖线为滤除了谐波的幅度谱峰值；
图5中，横坐标代表频率，纵坐标代表相位，图中的黑色斜线为利用相位信息拟合出的直线。可以看出，本发明方法可以在利用幅度谱进行脉冲重频检测的同时利用相位谱进行初始脉冲到达时间估计，相比于传统的将脉冲重频检测与初始脉冲到达时间估计分离的方法，本发明方法简化了处理过程，缩短了处理时间，提高了处理效率，减少了资源占用。
根据在具体实施方法中提出的步骤3和4，可以检测出脉冲频率为20kHZ，初始脉冲到达时间为1.769us。
实施例2，选取一个有8个稳定重频序列组成的脉冲串，其脉冲重复频率分别为10kHZ，38kHZ，49kHZ，57kHZ，80kHZ，95kHZ，105kHZ，300kHZ。其初始脉冲到达时间分别为67.958us，2.9595us，12.379us，4.9067us，1.4417us，9.1919us，6.3732us，0.48049us。采用本发明方法，可以得到这个脉冲序列的未滤除谐波的幅度谱、滤除谐波后的幅度谱和相位谱分别如图6、图7与图8所示。
图6中，横坐标代表频率，纵坐标代表幅度，图中的黑色竖线为未滤除谐波的幅度谱峰值；
图7中，横坐标代表频率，纵坐标代表幅度，图中的黑色竖线为滤除了谐波的幅度谱峰值；
图8中，横坐标代表频率，纵坐标代表相位，图中的黑色斜线为利用相位信息拟合出的直线。可以看出，本发明方法可以在利用幅度谱进行脉冲重频检测的同时利用相位谱进行初始脉冲到达时间估计，相比于传统的将脉冲重频检测与初始脉冲到达时间估计分离的方法，本发明方法简化了处理过程，缩短了处理时间，提高了处理效率，减少了资源占用。
根据在具体实施方法中提出的步骤3和4，可以分别检测出脉冲频率为10kHZ，38kHZ，49kHZ，57kHZ，80kHZ，95kHZ，105kHZ，300kHZ，相应的初始脉冲到达时间分别为67.960us，2.9596us，12.383us，4.9032us，1.4419us，9.1925us，6.3741us，0.48038us。

Claims (1)

1.雷达脉冲重复频率检测与初始脉冲到达时间的估计方法，其特征在于，在完成雷达脉冲重复频率检测的同时估计出雷达初始脉冲的到达时间，从而节省脉冲分选的运算量；进行雷达脉冲重复频率检测与初始脉冲到达时间估计的步骤如下：
1.1、计算接收到的脉冲时间序列的频谱：
记接收到的脉冲时间序列为t0,t1,...,tN-1，N为接收到的脉冲个数，对脉冲时间序列进行离散傅里叶变换得到其频谱：
<mrow> <mi>X</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>k</mi> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munderover> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mi>j</mi> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> <mi>k</mi> <mfrac> <msub> <mi>t</mi> <mi>n</mi> </msub> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow> </msup> </mrow>
式中，k是进行离散傅里叶变换得到的频率因子；频率因子k与其所对应的频率值fk之间的关系为：fk＝k/tN-1；
记Hk＝|X[k]|表示脉冲时间序列的幅度谱在k处的取值，记Ak＝∠X[k]表示脉冲时间序列的相位谱在k处的取值；
1.2、雷达脉冲重复频率PRF候选值检测：根据k值从小到大对脉冲时间序列的幅度谱进行遍历，依次检测到幅度谱峰值对应的频率因子k0,k1,...,km，m为正整数；这些频率因子分别对应幅度值H0,H1,...,Hm；
1.3、检测独立脉冲时间序列的脉冲重复频率值：
遍历在步骤1.2中检测到的频率因子k0,k1,...,km，搜索到所有满足整数倍关系的(ki,kj)对，0≤i,j≤m，其中kj＝Zj,i·ki，Zj,i为大于1的正整数；
在幅度谱中对满足整数倍关系的(ki,kj)对所对应的统计量进行相减操作，即H'j＝Hj-Hi，其中H'j为相减后得到的新幅度值，所有的新幅度值构成新幅度谱；在得到新幅度谱后，重新利用步骤1.2中的检测方法进行PRF检测，依次检测到新幅度谱峰值对应的频率因子k0,k1,...,kp，p为正整数；则利用幅度谱检测到的独立脉冲时间序列的脉冲重复频率值分别为
1.4、估计初始脉冲到达时间：
对每一个在步骤1.3中检测到的频率因子ki∈{k0,k1,...,kp}，其中0≤i≤p，找到其在相位谱中所有整数倍的频率因子处所对应的相位值，拟合成直线Li，求得该直线的斜率ai；则脉冲重复频率值为的独立脉冲序列所对应的初始脉冲到达时间为
1.5、序列提取：对每一个在步骤1.3中检测到的频率因子ki∈{k0,k1,...,kp}，根据其对应的初始脉冲到达时间和脉冲重复频率值从当前脉冲序列中提取出对应的独立脉冲序列；
1.6、对当前脉冲时间序列的长度进行判断，若当前脉冲时间序列不为空，则重复步骤1.2到步骤1.6的处理过程，直至完成所有接收到的脉冲时间序列的处理为止。
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