CN106896346A - 一种低信噪比复杂雷达脉冲包络信号检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种低信噪比复杂雷达脉冲包络信号检测方法和装置，包括数字信道化模块、信号包络提取模块、基于信道号的包络修正模块、双门限脉冲检测模块。首先对输入雷达信号进行信道化处理，滤除信道之外的噪声；然后提取多路信道信号包络；接着对信号包络进行修正；最后采用双门限脉冲检测算法，确保检测到完整的复杂雷达脉冲信号。

Description

一种低信噪比复杂雷达脉冲包络信号检测方法及装置

技术领域

本发明涉及电子侦察中的雷达信号侦察技术领域，具体来说是一种低信噪比复杂雷达脉冲包络信号检测方法及装置。

背景技术

电子侦察中,实时检测对方的雷达信号，是一个非常重要的问题，只有正确检测到雷达信号才能对其进行处理，否则，将漏掉有用信号，错过发现对方雷达的时机。一般情况下，信噪比较高时，信号与噪声能量差别较大，有无信号可由输入信号与一预设门限比较来判断，大于门限则为有信号，否则为无信号。然而当信噪比较低时，信号往往淹没在噪声中，无法判断是否有信号，更不能准确地判断其到达时间和终止时间。因此，在低信噪比条件下如何准确地检测感兴趣的信号，尤其是这种非合作弱小复杂雷达信号，一直都是电子侦察领域中信号处理所关心的内容，也是电子侦察领域的难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中信噪比较低时，信号往往淹没在噪声中，无法判断是否有信号缺陷，提供一种低信噪比复杂雷达脉冲包络信号检测方法及装置来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种低信噪比复杂雷达脉冲包络信号检测方法，包括以下步骤：

1)对外部雷达信号进行信道化处理

对外部雷达信号进行信道化处理，将原始全频带信号分割为多个子频带信号；

2)信号包络提取

先对数字信道化模块输出的多个子频带信号分别进行计算，转为多路信道信号幅度，然后在同一时间点提取信号幅度最大值，形成信号包络；

3)包络信号修正

根据包络信号的信道号对包络信号进行修正，当包络信号的信道号不连续时将噪声包络修正为各信道噪声均值；具体为：将判断信道号是否连续的个数设置为N，假如当前信道号为c_i，则当前信道号满足如下条件时即认为当前信道号连续：

|c_i-c_i-j|≤1(0≤j≤N)或者|c_i-c_i+j|≤1(0≤j≤N)

从式中可以看出，当信号包络存在连续N个采样点信道号相差不大于1时，即认为当前信号是脉冲信号，信号包络幅度不变；假如信号包络不满足信道号连续准则，则将当前信号包络修正为各信道噪声均值；

4)双门限脉冲检测

设置两个门限，确保脉冲检测完整性。

优选的，所述步骤2)中，对多个子频带信号分别进行计算的公式如下：

|Y|＝max(|L|+(1/8+1/32)|S|,(1-1/8-1/32)|L|+(1/2+1/16-1/128)|S|)

上式中，|L|＝max(|YI|,|YQ|),|S|＝min(|YI|,|YQ|)，其中，YI是信号I值，YQ是信号Q值。

优选的，所述步骤4)中，脉冲起始和结束门限计算公式如下：

脉冲持续门限计算如下：

公式中表示噪声均值，表示噪声方差，a是预先设定的常数。

本发明还提供一种低信噪比复杂雷达脉冲包络信号检测装置，所述装置应用于上述检测方法中；所述装置包括数字信道化模块、信号包络提取模块、基于信道号的包络修正模块和双门限脉冲检测模块；所述数字信道化模块对外部雷达信号进行信道化处理，将原始全频带信号分割为多个子频带信号；

所述信号包络提取模块先对数字信道化模块输出的多个子频带信号分别进行计算，转为多路信道信号幅度，然后在同一时间点提取信号幅度最大值，形成信号包络；

所述包络修正模块根据包络信号的信道号对包络信号进行修正，当包络信号的信道号不连续时将噪声包络修正为各信道噪声均值；

所述双门限脉冲检测模块设置两个门限，确保脉冲检测完整性。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

对外部雷达信号进行信道化处理，能够滤除带外噪声，提高信号信噪比；通过对信道化之后的信号进行包络提取，能够解决宽带复杂脉冲信号跨信道分裂问题，并且能够降低后端需要检测的信道数，提高检测速度，降低资源消耗；通过采用基于信道号的包络修正算法，能够降低噪声能量，进一步提高信噪比，提高信号检测灵敏度；通过采用双门限脉冲检测算法，能够确保检测到完整的脉冲信号。

附图说明

图1是本发明实施例的装置框图；

图2是基于多相滤波结构的数字信道化原理图；

图3是宽带线性调频信号信道化之后的多路信道信号示例图；

图4是宽带线性调频信号多路信道信号包络提取之后的完整信号包络示例图；

图5宽带线性调频信号经过基于信道号的包络修正之后的信号包络示例图；

图6是双门限脉冲检测效果图。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

实施例1

如图1所示，本发明的低信噪比复杂雷达脉冲包络信号检测装置包括数字信道化模块1、信号包络提取模块2、基于信道号的包络修正模块3和双门限脉冲检测模块4。

所述数字信道化模块(1)对外部雷达信号进行信道化处理，将原始全频带信号分割为多个子频带信号，并将多个子频信号带输送给信号包络提取模块(2)；

信号包络提取模块2先对多个子频带信号分别进行计算，转为多路信道信号幅度，然后在同一时间点提取信号幅度最大值，形成信号包络，并将信号包络传输给包络修正模块3；

包络修正模块3根据包络信号的信道号对包络信号进行修正，当包络信号的信道号不连续时将噪声包络修正为各信道噪声均值；

双门限脉冲检测模块4设置两个门限，确保脉冲检测完整性。

实施例2

一种低信噪比复杂雷达脉冲包络信号检测方法，包括以下步骤：

步骤1.对外部雷达信号进行信道化处理

对外部雷达信号进行信道化处理，将原始全频带信号分割为多个子频带信号。

数字信道化模块1对输入雷达信号使用一组性能相同的带通滤波器组，将原始全频带信号分割为多个子频带信号。数字信道化有一种高效的实现方法，即基于多相滤波器组的信道化结构，如图2所示。图中所示为复信号的偶排列、临界抽取多相滤波结构，主要过程是先对输入信号进行D倍抽取，然后对抽取信号进行滤波，最后经过D点FFT输出D个信道的样本点。

步骤2.信号包络提取

先对数字信道化模块输出的多个子频带信号分别进行计算，转为多路信道信号幅度，然后在同一时间点提取信号幅度最大值，形成信号包络。

信号包络提取模块2主要包括两步：信道信号包络计算和信道信号包络提取。由于数字信道化模块1输出的信号为I\Q形式，需要转为信号幅度，才能用于后续处理，信道信号包络计算根据信号I\Q计算得到信号幅度，快速计算公式如下：

|Y|＝max(|L|+(1/8+1/32)|S|,(1-1/8-1/32)|L|+(1/2+1/16-1/128)|S|)

上式中，|L|＝max(|YI|,|YQ|),|S|＝min(|YI|,|YQ|)，其中，YI是信号I值，YQ是信号Q值。

图3显示的是一个宽带线性调频信号经过信道化处理以及幅度计算得到的多路信道信号幅度，可以看出单个宽带脉冲在多个信道都有输出。

信道信号包络提取算法根据前一步计算得到的多路信道信号幅度，在同一时间点提取信号幅度最大值，即为信号包络。图4显示的是对图3进行幅度最大值提取之后的信号包络图，可以看出经过包络提取之后，在信号包络中形成了完整的脉冲信号。

步骤3.包络信号修正

基于信道号的包络修正模块3根据包络信号的信道号对包络信号进行修正，其原理是：当外界没有信号时，受噪声影响，包络信号的信道号具有随机性，是不连续的；而当外界存在脉冲信号时，包络信号的信道号具有连续性，根据此特点，当包络信号的信道号不连续时将噪声包络修正为各信道噪声均值。这里判断信道号是否连续的个数设置为N，则基于信道号的信号幅度修正算法如下：

假如当前信道号为c_i，则当前信道号满足如下条件时即认为当前信道号连续：

|c_i-c_i-j|≤1(0≤j≤N)或者|c_i-c_i+j|≤1(0≤j≤N)

从式中可以看出，当信号包络存在连续N个采样点信道号相差不大于1时，即认为当前信号可能是脉冲信号，信号包络幅度不变。假如信号包络不满足信道号连续准则，则将当前信号包络修正为各信道噪声均值。经过信号幅度修正算法，噪声包络被修正为各信道噪声均值，降低了噪声能量，提高了信噪比。图5显示的是图4中的包络信号经过幅度修正之后的信号包络图，信噪比大约提高了9db。

步骤4.双门限脉冲检测

设置两个门限，确保脉冲检测完整性。

双门限脉冲检测模块4设置两个门限，确保脉冲检测完整性，其原理如下：

脉冲起始和结束门限计算公式如下：

脉冲持续门限计算如下：

公式中表示噪声均值，表示噪声方差，a是预先设定的常数。

使用双门限脉冲检测的示例图如图6所示，其中，高门限表示脉冲起始和结束门限，低门限表示脉冲持续门限，高门限和低门限中间的门限表示门限均值。

本发明主要技术指标和参数设置有关，可以达到如下指标：

当采用128点数字信道化时，能够准确地检测到-10db信噪比的宽带线性调频雷达脉冲信号以及普通雷达脉冲信号。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种低信噪比复杂雷达脉冲包络信号检测方法，其特征在于包括以下步骤：

1)对外部雷达信号进行信道化处理

对外部雷达信号进行信道化处理，将原始全频带信号分割为多个子频带信号；

2)信号包络提取

先对数字信道化模块输出的多个子频带信号分别进行计算，转为多路信道信号幅度，然后在同一时间点提取信号幅度最大值，形成信号包络；

3)包络信号修正

根据包络信号的信道号对包络信号进行修正，当包络信号的信道号不连续时将噪声包络修正为各信道噪声均值；具体为：将判断信道号是否连续的个数设置为N，假如当前信道号为c_i，则当前信道号满足如下条件时即认为当前信道号连续：

|c_i-c_i-j|≤1(0≤j≤N)或者|c_i-c_i+j|≤1(0≤j≤N)

从式中可以看出，当信号包络存在连续N个采样点信道号相差不大于1时，即认为当前信号是脉冲信号，信号包络幅度不变；假如信号包络不满足信道号连续准则，则将当前信号包络修正为各信道噪声均值；

4)双门限脉冲检测

设置两个门限，确保脉冲检测完整性。

2.根据权利要求1所述的一种低信噪比复杂雷达脉冲包络信号检测方法，其特征在于：

所述步骤2)中，对多个子频带信号分别进行计算的公式如下：

|Y|＝max(|L|+(1/8+1/32)|S|,(1-1/8-1/32)|L|+(1/2+1/16-1/128)|S|)

上式中，|L|＝max(|YI|,|YQ|),|S|＝min(|YI|,|YQ|)，其中，YI是信号I值，YQ是信号Q值。

3.根据权利要求1所述的一种低信噪比复杂雷达脉冲包络信号检测方法，其特征在于：所述步骤4)中，脉冲起始和结束门限计算公式如下：

$T_{begin\_or\_end}=2\stackrel{\‾}{x}\left(n\right)+a\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}\left(n\right)$

脉冲持续门限计算如下：

$T_{continue}=a\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}\left(n\right)$

公式中表示噪声均值，表示噪声方差，a是预先设定的常数。

4.一种低信噪比复杂雷达脉冲包络信号检测装置，其特征在于：所述装置应用于权利要求1至3任一所述的检测方法中；所述装置包括数字信道化模块(1)、信号包络提取模块(2)、基于信道号的包络修正模块(3)和双门限脉冲检测模块(4)；

所述数字信道化模块(1)对外部雷达信号进行信道化处理，将原始全频带信号分割为多个子频带信号，并将多个子频信号带输送给信号包络提取模块(2)；

所述信号包络提取模块(2)先对多个子频带信号分别进行计算，转为多路信道信号幅度，然后在同一时间点提取信号幅度最大值，形成信号包络，并将信号包络传输给包络修正模块(3)；

所述包络修正模块(3)根据包络信号的信道号对包络信号进行修正，当包络信号的信道号不连续时将噪声包络修正为各信道噪声均值；

所述双门限脉冲检测模块(4)设置两个门限，确保脉冲检测完整性。