CN107748356A - 基于复相像系数的相位编码信号欺骗式干扰类型识别方法 - Google Patents

基于复相像系数的相位编码信号欺骗式干扰类型识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于复相像系数的相位编码信号欺骗式干扰类型识别方法，其过程为：(1)获取雷达相位编码基带信号；(2)计算复相像系数；(3)构建联合特征向量；(4)构建信号类型数据库；(5)将联合特征向量与数据库中的信号类型进行比较，判断雷达基带信号类型为目标回波信号还是某一种欺骗式干扰信号。(6)结束对雷达相位编码基带信号的识别。本发明能有效识别目标回波和几种欺骗式干扰类型，且具有计算复杂度低、识别准确率高的优点，可用于雷达目标和欺骗式干扰类型识别。

Description

基于复相像系数的相位编码信号欺骗式干扰类型识别方法
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，更进一步涉及雷达信号处理技术领域中的一种基于复相像系数的相位编码信号欺骗式干扰类型识别方法。本发明可用于在雷达发射信号为相位编码信号背景下识别欺骗式干扰的类型。
背景技术
随着数字技术的高速发展，现代电子干扰技术迅速发展，基于DRFM(DigitalRadio Frequency Memory)的电子干扰机在精确复制和重构截获雷达信号的基础上，再经过适当的干扰调制，就可以生成与雷达发射信号具有很强相干性的干扰信号，当这些干扰信号和真实的目标信号一起进入雷达接收端后，会产生虚假的目标信息掩盖住真实目标，使得雷达无法正确探测目标。
准确地感知雷达有源欺骗，正确地检测到干扰的存在并识别出干扰类型，是雷达抗有源欺骗干扰的先决条件。
蒋莹和何明浩在其发表的论文“基于频谱相像系数的间歇采样转发干扰识别”(现代雷达，2016，5，72-77)中提出一种基于频谱相像系数的间歇采样转发干扰识别的方法。该方法通过对目标回波及干扰信号的模型及频谱进行分析，挖掘回波与干扰信号频域上的差异，提取频谱相像系数特征，并利用支持向量机进行分类识别；仿真结果表明：频谱相像系数特征参数类间分离度好，但是，该方法仍然存在的不足之处是，要将信号从时域变换到频域，计算量大并且容易丢失信息，而且该方法仅适用于实信号，在信噪比较低的条件下识别性能会下降。
西安电子科技大学在其申请的专利文献“基于信号锥的雷达压制式干扰和欺骗式干扰的识别方法”(专利申请号：2014100180663，公布号CN 103760530B)中公开了一种基于信号锥的雷达压制式干扰和欺骗式干扰的识别方法。该方法首先获取目标或干扰的基带信号；其次计算干扰信号与真实目标回波信号的干扰信号误差角；然后设定一个门限角并以其为锥角，以真实目标回波信号为中心轴得到一个信号锥，定义处于锥外的干扰信号为压制式干扰，处于锥内的干扰信号为欺骗式干扰；最后将干扰信号误差角与角度门限进行比较，确定干扰的类型。该方法虽然可以识别雷达压制式干扰和欺骗式干扰，但是，该方法仍然存在的不足之处是，仅能对压制式干扰和欺骗式干扰进行大概的分类，不能对其具体类型进行识别。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有方法的不足，提出一种基于复相像系数的二相编码信号欺骗式干扰类型识别方法，针对发射信号为二相编码类型的雷达所面对的各类欺骗式干扰类型进行识别。
本发明的基本思想是：获取雷达接收的相位编码基带信号，计算雷达接收的相位编码基带信号的发射波复相像系数和矩形波复相像系数，构建联合特征向量，根据联合特征向量的不同，实现真实目标回波信号和欺骗式干扰信号类型的识别。
本发明的具体步骤如下：
(1)获取雷达相位编码基带信号：
雷达接收机接收相位编码信号，对其依次进行混频、滤波，得到雷达相位编码基带信号；
(2)计算复相像系数：
(2a)利用发射波复相像系数公式，计算雷达相位编码基带信号的发射波复相像系数；
(2b)利用矩形波复相像系数公式，计算雷达相位编码基带信号的矩形波复相像系数；
(3)构建联合特征向量：
将雷达相位编码基带信号的发射波复相像系数Cr1和矩形波复相像系数Cr2，组成联合特征向量CR，CR＝[Cr1,Cr2]；
(4)构建信号类型数据库：
将实测中得到的相位编码目标回波和几种欺骗式干扰的联合特征向量数据存入数据库；
(5)从数据库中提取任意一个相位编码目标回波信号；
(6)判断雷达相位编码基带信号的联合特征向量CR与所提取的相位编码目标回波信号之间的关系是否满足目标回波判别条件，若是，则执行步骤(10)，否则，执行步骤(7)；
(7)从数据库中提取任意一种欺骗式干扰信号；
(8)判断雷达相位编码基带信号的联合特征向量CR与所提取的信号之间的关系是否满足干扰类型判别条件，若是，则执行步骤(9)，否则，执行步骤(7)；
(9)将所提取的欺骗式干扰信号类型作为雷达相位编码基带信号的类型；
(10)结束对雷达相位编码基带信号的识别。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
第一，由于本发明通过在时域计算雷达基带信号的发射波复相像系数和矩形波复相像系数，构建联合特征向量，作为一种信号特征来识别目标回波和欺骗式干扰的类型，克服了现有技术仅区分干扰的大概类型的不足，使得本发明具有可以识别欺骗式干扰的具体类型，进而对干扰进行有效抑制的优点。
第二，由于本发明通过将雷达基带信号的复相像系数作为信号特征来识别目标回波和欺骗式干扰的类型，克服了现有技术中干扰识别方法在信噪比较低的情况下识别正确率不高的不足，使得本发明具有即使在信噪较低的情况下识别正确率也较高的优点。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明仿真实验中目标回波和几种欺骗式干扰类型的发射波复相像系数、矩形波复相像系数曲线图；
图3是本发明仿真实验中目标回波和几种欺骗式干扰类型的联合特征向量分布图；
图4是本发明仿真实验中目标回波和几种欺骗式干扰类型的识别正确率曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。
参照图1，本发明的具体实施步骤如下：
步骤1，获取雷达相位编码基带信号。
雷达接收机接收相位编码信号，对其依次进行混频、滤波，得到雷达相位编码基带信号。
步骤2，计算复相像系数。
利用发射波复相像系数公式，计算雷达相位编码基带信号的发射波复相像系数。
所述的发射波复相像系数公式如下：
其中，Cr1表示雷达线性调频基带信号的发射波复相像系数，|·|表示取绝对值操作，∫(·)dt表示积分操作，S(t)表示雷达的发射线性调频基带信号，S(t)＝Aexp(jπkt2)，其中A表示雷达的发射线性调频基带信号的幅度，exp(·)表示以自然常数e为底的指数操作，j表示复数的虚部符号，k表示雷达的发射线性调频基带信号的调频斜率，R(t)表示雷达线性调频基带信号，*表示取共轭操作，表示开根号操作，·表示相乘操作，T表示雷达的发射线性调频基带信号的脉宽。
利用矩形波复相像系数公式，计算雷达相位编码基带信号的矩形波复相像系数。
所述的矩形波复相像系数公式如下：
其中，Cr2表示雷达线性调频基带信号的矩形波复相像系数，u(t)表示矩形波参考信号，u(t)＝1，0≤t≤T，T表示雷达的发射线性调频基带信号的脉宽。
步骤3，构建联合特征向量。
将雷达相位编码基带信号的发射波复相像系数Cr1和矩形波复相像系数Cr2，组成联合特征向量CR，CR＝[Cr1,Cr2]。
步骤4，构建信号类型数据库。
将实测中得到的相位编码目标回波和几种欺骗式干扰的联合特征向量数据存入数据库。
步骤5，从数据库中提取任意一个相位编码目标回波信号。
步骤6，判断雷达相位编码基带信号的联合特征向量CR与所提取的相位编码目标回波信号之间的关系是否满足目标回波判别条件，若是，则执行步骤10，否则，执行步骤7。
所述目标回波判别条件是指同时满足如下两个条件的情形：
其中，Cr1min，Cr1max分别表示数据库中提取的相位编码目标回波的发射波复相像系数的最小值和最大值，Cr1表示雷达相位编码基带信号的发射波复相像系数，Cr2min，Cr2max分别表示数据库中提取的相位编码目标回波的矩形波复相像系数的最小值和最大值，Cr2表示雷达相位编码基带信号的矩形波复相像系数。
步骤7，从数据库中提取任意一种欺骗式干扰信号。
步骤8，判断雷达相位编码基带信号的联合特征向量CR与所提取的信号之间的关系是否满足干扰类型判别条件，若是，则执行步骤9，否则，执行步骤7。
所述干扰类型判别条件是指同时满足如下两个条件的情形：
其中，CJr1min，CJr1max分别表示数据库中提取的一种欺骗式干扰的发射波复相像系数的最小值和最大值，Cr1表示雷达相位编码基带信号的发射波复相像系数，CJr2min，CJr2max分别表示数据库中提取的一种欺骗式干扰的矩形波复相像系数的最小值和最大值，Cr2表示雷达相位编码基带信号的矩形波复相像系数。
步骤9，将所提取的欺骗式干扰信号类型作为雷达相位编码基带信号的类型。
步骤10，结束对雷达相位编码基带信号的识别。
下面结合附图对本发明的效果做进一步的描述。
1.仿真条件:
本发明的仿真实验中雷达发射的信号选择相位编码信号，编码信号为13位巴克码信号，信号载频为100MHz，带宽为10MHz，脉宽为13μs，采样频率为28MHz；灵巧噪声干扰的卷积噪声时长为10μs；密集假目标干扰的采样脉冲重复周期为0.6μs，脉冲宽度为0.3μs；频谱弥散干扰子脉冲重复次数为5次；切片组合干扰采样脉冲个数为5个，相邻采样脉冲之间时隙个数为4个；信噪比SNR为10dB。
本发明的仿真实验中采用的灵巧噪声干扰、密集假目标干扰、频谱弥散干扰、切片组合干扰四种欺骗式干扰。各种欺骗式干扰的信号模型如下。
灵巧噪声干扰的信号模型如下：
其中，J1(t)表示灵巧噪声干扰信号，t表示经过雷达干扰机采样后的离散时间，s(t)表示雷达干扰机接收的雷达信号，表示卷积操作，n(t)表示噪声信号。
密集假目标干扰的信号模型如下：
其中，J2(t)表示密集假目标干扰信号，密集假目标干扰是对雷达信号的间歇采样转发，采样信号为矩形脉冲串，·表示相乘操作，表示门函数，其中τ表示采样脉冲串的脉冲宽度，∑(·)表示求和操作，P表示采样的脉冲个数，δ(t)表示冲击函数，Ts表示采样脉冲重复周期。
频谱弥散干扰的信号模型如下：
其中，J3(t)表示频谱弥散干扰信号，频谱弥散干扰是对雷达信号进行时域压缩，得到子脉冲的时宽是雷达信号的1/n，将子脉冲复制n段得到频谱弥散干扰，exp(·)表示以自然常数e为底的指数操作，表示基于二相编码的干扰信号的相位，取值为0或π，T1表示子脉冲的脉冲宽度，n表示子脉冲重复次数，T表示雷达干扰机接收的雷达信号的脉宽。
切片组合干扰的信号模型如下：
其中，J4(t)表示切片组合干扰信号，切片组合干扰首先用等间距的矩形脉冲串对雷达信号进行间隔采样，然后将采样生成的信号切片依次复制到相邻的时间间隙中，τa表示采样脉冲串的脉冲宽度，K表示采样的脉冲个数，Ta表示采样脉冲重复周期，L表示采样脉冲串相邻脉冲间的时隙个数，L＝T/Kτa，其中T表示干扰机接收的雷达信号的脉宽。
2.仿真内容与结果分析:
仿真实验1
在信噪比为10dB，干信比为0～30dB的范围，即干噪比为10～40dB的范围内分别计算目标回波和几种欺骗式干扰的发射波相像系数、矩形相像系数，结果如图2所示。其中，图2(a)中以符号“▽”标示的曲线代表目标回波的发射波复相像系数，以符号“*”标示的曲线代表密集假目标的发射波复相像系数，以符号“○”标示的曲线代表表示切片组合干扰的发射波复相像系数，以符号“+”标示的曲线代表频谱弥散干扰的发射波复相像系数，以符号“×”标示的曲线代表灵巧噪声干扰的发射波复相像系数。图2(b)是目标回波和几种欺骗式干扰的矩形波复相像系数在信噪比为10dB的情况下随干噪比变化的曲线图，横坐标表示干噪比，纵坐标表示矩形波复相像系数。图2(b)中以符号“▽”标示的曲线代表目标回波的矩形波复相像系数，以符号“*”标示的曲线代表密集假目标的矩形波复相像系数，以符号“○”标示的曲线代表切片组合干扰的矩形波复相像系数，以符号“+”标示的曲线代表频谱弥散干扰的矩形波复相像系数，以符号“×”标示的曲线代表灵巧噪声干扰的矩形波复相像系数。
从图2(a)中可以看出，目标回波的发射波复相像系数稳定值约为1，密集假目标的发射波复相像系数稳定值约为0.7，切片组合干扰的发射波复相像系数稳定值约为0.55，频谱弥散干扰的发射波相像系数稳定值约为0.25，经多次仿真发现，灵巧噪声干扰的发射波复相像系数在0.1到0.4范围内变化，因此仅利用发射波复相像系数不便于区分频谱弥散干扰和灵巧噪声干扰。
从图2(b)中可以看出，切片组合干扰的矩形波复相像系数稳定值接近0.6，频谱弥散干扰的矩形波复相像系数稳定值接近0.45，目标回波的矩形波复相像系数稳定值约为0.38，密集假目标干扰的矩形波复相像系数稳定值约为0.27，经多次仿真发现，灵巧噪声干扰的矩形波复相像系数在0.1到0.3范围内变化，因此仅利用矩形波复相像系数不便于区分密集假目标和灵巧噪声干扰。
仿真实验2
在信噪比为10dB，干信比为5dB的条件下，通过200次蒙特卡洛仿真来仿真目标回波和几种欺骗式干扰的联合特征向量分布，结果如图3所示。
图3是目标回波和几种欺骗式干扰的联合特征向量分布图，横坐标表示矩形波复相像系数，纵坐标表示发射波复相像系数，以符号“○”代表目标回波的联合特征向量，以符号“☆”代表灵巧噪声干扰的联合特征向量，以符号“□”代表密集假目标干扰的联合特征向量，以符号“◇”代表频谱弥散干扰的联合特征向量，以符号代表切片组合干扰的联合特征向量。
从图3中可以看出，在联合特征向量分布图中，目标回波和各种欺骗式干扰的联合特征向量不同，分别位于图中不同的区域，可以较好地区分开，从而进行目标回波和各种欺骗式干扰的识别。
仿真实验3
选择联合特征向量作为目标回波和几种欺骗式干扰类型识别的特征参数，在信噪比为-5dB的条件下，对干信比为0～30dB的范围内，以3dB为间隔，分别进行300次蒙特卡洛仿真，得到300个特征样本。选用其中100个样本进行分类器训练，200个样本用作信号类型识别测试，得到信号类型识别准确率如图4所示。
图4是目标回波和几种欺骗式干扰类型的识别正确率曲线图，横坐标表示干噪比，纵坐标表示识别准确率。以符号“○”标示的曲线代表识别准确率。
从图4中可以看出，在信噪比为-5dB时，当干噪比从-5dB到25dB时，本发明提取的联合特征向量对目标回波和几种欺骗式干扰类型的识别准确率均达到了100％，从而验证了本发明对目标回波和几种欺骗式干扰类型识别的有效性。

Claims (5)

1.一种基于复相像系数的相位编码信号欺骗式干扰类型识别方法，其特征在于，利用复相像系数特征识别雷达相位编码信号相关的欺骗式干扰类型，包括如下步骤：
(1)获取雷达相位编码基带信号：
雷达接收机接收相位编码信号，对其依次进行混频、滤波，得到雷达相位编码基带信号；
(2)计算复相像系数：
(2a)利用发射波复相像系数公式，计算雷达相位编码基带信号的发射波复相像系数；
(2b)利用矩形波复相像系数公式，计算雷达相位编码基带信号的矩形波复相像系数；
(3)构建联合特征向量：
将雷达相位编码基带信号的发射波复相像系数Cr1和矩形波复相像系数Cr2，组成联合特征向量CR，CR＝[Cr1,Cr2]；
(4)构建信号类型数据库：
将实测中得到的相位编码目标回波和几种欺骗式干扰的联合特征向量数据存入数据库；
(5)从数据库中提取任意一个相位编码目标回波信号；
(6)判断雷达相位编码基带信号的联合特征向量CR与所提取的相位编码目标回波信号之间的关系是否满足目标回波判别条件，若是，则执行步骤(10)，否则，执行步骤(7)；
(7)从数据库中提取任意一种欺骗式干扰信号；
(8)判断雷达相位编码基带信号的联合特征向量CR与所提取的信号之间的关系是否满足干扰类型判别条件，若是，则执行步骤(9)，否则，执行步骤(7)；
(9)将所提取的欺骗式干扰信号类型作为雷达相位编码基带信号的类型；
(10)结束对雷达相位编码基带信号的识别。
2.根据权利要求1所述的基于复相像系数的相位编码信号欺骗式干扰类型识别方法，其特征在于，步骤(2a)中所述的发射波复相像系数公式如下：
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其中，Cr1表示雷达相位编码基带信号的发射波复相像系数，|·|表示取绝对值操作，∫(·)dt表示积分操作，S(t)表示雷达的发射相位编码基带信号，A表示雷达的发射相位编码基带信号的幅度，exp(·)表示以自然常数e为底的指数操作，j表示复数的虚部符号，表示雷达的发射相位编码基带信号的相位，取值为0或π，R(t)表示雷达相位编码基带信号，*表示取共轭，表示开根号操作，·表示相乘操作，T表示雷达的发射相位编码基带信号的脉宽。
3.根据权利要求1所述的基于复相像系数的相位编码信号欺骗式干扰类型识别方法，其特征在于，步骤(2b)中所述的矩形波复相像系数公式如下：
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其中，Cr2表示雷达相位编码基带信号的矩形波复相像系数，u(t)表示矩形波参考信号，u(t)＝1，0≤t≤T，T表示雷达的发射相位编码基带信号的脉宽。
4.根据权利要求1所述的基于复相像系数的相位编码信号欺骗式干扰类型识别方法，其特征在于，步骤(6)中所述的目标回波判别条件是指同时满足如下两个条件的情形：
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mn>1</mn> <mi>min</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mn>1</mn> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mn>2</mn> <mi>min</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mn>2</mn> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
其中，Cr1min，Cr1max分别表示数据库中提取的相位编码目标回波的发射波复相像系数的最小值和最大值，Cr1表示雷达相位编码基带信号的发射波复相像系数，Cr2min，Cr2max分别表示数据库中提取的相位编码目标回波的矩形波复相像系数的最小值和最大值，Cr2表示雷达相位编码基带信号的矩形波复相像系数。
5.根据权利要求1所述的基于复相像系数的相位编码信号欺骗式干扰类型识别方法，其特征在于，步骤(8)中所述的干扰类型判别条件是指同时满足如下两个条件的情形：
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其中，CJr1min，CJr1max分别表示数据库中提取的一种欺骗式干扰的发射波复相像系数的最小值和最大值，Cr1表示雷达相位编码基带信号的发射波复相像系数，CJr2min，CJr2max分别表示数据库中提取的一种欺骗式干扰的矩形波复相像系数的最小值和最大值，Cr2表示雷达相位编码基带信号的矩形波复相像系数。
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