CN109799487A - 雷达脉冲调制样式识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种雷达脉冲调制样式识别方法，旨在利用脉冲信号数字信道化过程中的时频特性、频谱、二次方谱、四次方谱特性，以及脉冲时序关系进行脉冲调制样式判别。本发明通过以下处理过程予以实现：在组成的雷达脉冲调制样式识别系统中，滑动STFT信道化模块对从模数转换器输入的时域数据进行滑动加窗短时傅里叶变换STFT信道化处理，扩展脉冲描述字生成模块生成扩展脉冲描述字；采用多层树形结构模式来构建脉冲调制样式识别流程进行调制样式判别；判断是否满足无调制判别条件、线性调频判别条件、二相编码判别条、四相编码判别条件、频率编码判别条件、频率分集判别条件；不满足上述判别条件则确定为非线性调频脉冲调制信号。

Description

雷达脉冲调制样式识别方法

技术领域

本发明涉及一种对雷达信号脉冲调制样式进行识别的方法。基于雷达脉冲信号的宽带数字信道化过程时频特性，以及并行计算的频谱、二次方谱、四次方谱等特性，采用多层树型结构模式进行调制样式识别的一种新方法。

背景技术

随着雷达技术的发展，各种新体制雷达的不断出现，使得雷达信号形式多样，雷达信号侦察电磁环境日益复杂。基于简单的雷达脉冲描述字(PDW)：脉冲到达时间、脉冲幅度、脉冲频率、脉冲宽度、脉冲到达角进行雷达辐射源识别方法已不能对其辐射源进行很好的识别，已经难以满足应用需求，目前雷达信号所采用的脉冲调制样式主要分为：无调制信号(NM)、线性调频信号(LFM)、二相编码信号二进制相移键控(BPSK)、四相编码信号(QPSK,四相相移键控信号)、非线性调频信号(LFM)、频率编码信号(FSK)、频率分集信号(FD)等。

基于不同雷达辐射源信号的脉冲调制信号特征，现有技术提出了众多脉冲调制样式识别的方法，但这些方法都只针对少数二、三种调制类型信号，且没有充分考虑信噪比(SNR)变化时对识别效果的影响。随着现代电子技术的迅猛发展，还将有更多新的雷达体制不断出显，雷达信号的脉冲密度越来越高，调制方式越来越复杂多样。为了应对雷达脉冲密集复杂电磁环境，解决时域重叠多目标脉冲检测问题，国内外科研人员做了大量探索工作，通常采用多相滤波、加窗短时傅里叶变换(STFT)的信道化，在各子信道进行脉冲信号检测与参数测量，形成脉冲描述字；基于脉冲信号分选后辐射源目标引导获取脉冲中频数据，通过直接计算分析脉冲信号瞬时频率、频谱、二次方谱、四次方谱特性来进行调制样式识别。但是，该类识别方法存在抗干扰能力弱，复杂调制信号识别不准，不适应实时实现等问题。

发明内容

本发明针对雷达信号侦察系统处于密集复杂电磁环境下，脉冲信号测量过程中对脉冲调制样式识别的需求，提供一种识别准确率高，信号谱最小单元精度一致性好，性能高效可靠，易实时实现的雷达脉冲调制样式识别方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种雷达脉冲调制样式识别方法，具有如下技术特征：滑动STFT信道化模块、脉冲信号检测模块、扩展脉冲描述字生成模块、无调制判别模块、线性调频判别模块、二相编码判别模块、四相编码判别模块、频率分集判别模块和频率编码判别模块组成雷达脉冲调制样式识别系统；滑动STFT信道化模块对从模数转换器输入的时域数据进行滑动加窗短时傅里叶变换STFT信道化处理，脉冲信号检测模块直接在频域对脉冲信号进行检测；扩展脉冲描述字生成模块基于信号频谱特性分析、二次方谱特性分析、四次方谱特性分析、时频特性分析、时域参数测量和频域参数测量信息组合生成扩展脉冲描述字；采用多层树形结构模式来构建脉冲调制样式识别流程，基于脉冲时频特性、频谱特性、二次方谱特性、四次方谱特性信息、脉冲到达与结束的时间序列关系进行调制样式判别；判断是否满足无调制判别条件，是则为无调制脉冲描述字，并基于无调制脉冲描述字的脉冲到达时间、脉冲结束时间以及幅度差异进行频率编码、频率分集脉冲调制信号判别合并；否则判断是否满足线性调频判别条件，是则为线性调频脉冲描述字，否则判断是否满足二相编码判别条件，是则为二相编码脉冲描述字，否则判断是否满足四相编码判别条件，是则为四相编码描述字；不满足上述判别条件的即为非线性调频脉冲描述字，并确定为非线性调频脉冲调制信号。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

识别准确率高。本发明利用脉冲信号数字信道化过程中的时频特性，信号频谱、二次方谱、四次方谱特点以及脉冲时序关系，获取脉冲信号的多域的多维参数信息，采用多层树形结构模式来构建脉冲调制样式识别流程，有效提高识别准确率。基于时频分析信道化过程信道变化以及频谱带宽判别无调制、线性调频脉冲调制信号；对于无调制脉冲描述字，基于脉冲描述字的脉冲到达时间、脉冲结束时间以及幅度差异进行频率编码、频率分集脉冲调制信号判别合并；基于时频分析、频谱、二次方谱特性判别二相编码脉冲调制信号，基于时频分析、频谱、二次方谱、四次方谱特性判别四相编码脉冲调制信号；不满足上述判别条件的即为非线性调频脉冲调制信号。

信号谱最小单元精度一致性好。本发明针对不同型号以及同型号不同工作模式的雷达信号脉冲宽度大小的巨大差异性，采用固定长度分段计算累加信号谱的计算方法获取信号的频谱、二次方谱、四次方谱，该方式便于工程实现中对不同脉宽脉冲的计算处理，统一谱最小单元精度，有利于后续雷达脉冲频谱、二次方谱、四次方谱特性的分析判别，同时保证了信号谱最小单元精度的一致性。

性能高效可靠。本发明针对雷达脉冲信号参数测量与时频分析运算复杂问题，对从模数转换器输入的时域数据进行滑动加窗STFT数字信道化处理，直接在频域对脉冲信号进行检测与参数测量，检测处理过程中记录脉冲的到达时间、幅度信息、脉冲宽度、起始信道、结束信道、最小信道、最大信道等参数，分析上述信息获取脉冲时频特性，没有额外增加处理计算量，实现过程实时高效。

中心谱点求解适应复杂信号。本发明针对复杂调制雷达脉冲频谱的不规则性，对于频谱、二次方谱、四次方谱带宽计算信号中心谱点，基于谱带宽计算信号中心谱点，可适应复杂信号。都采用基于谱带宽进行信号中心谱点计算，以最大谱点值的一半作为门限获取信号谱带宽，计算谱的带宽中心点即为信号中心谱点，可以适应无调制、线性调频、非线性调频、二相编码、四相编码等脉冲类型。

易实时实现。本发明在上述信号特性信息的获取处理方法与流程上，充分考虑了工程实现计算的实时性要求，识别方法可应用于基于现场可编程门阵列(FPGA)处理平台的实时并行处理系统，以及基于计算机处理平台的离线分析处理系统，为雷达信号系统提供更多维目标信息提供了一种新的脉冲调制样式识别方法。

附图说明

为了进一步说明而不是限制本发明的上述实现方式，下面结合附图给出最佳实施用例，从而使本发明的细节和优点变得更为明显。

图1是本发明雷达脉冲调制样式识别系统的示意图。

图2是本发明根据实时脉冲信号特性的调制样式识别流程示意图。

图3是本发明采用时间节拍脉冲描述字的调制样式识别流程示意图。

具体实施方式

参阅图1。根据本发明，采用滑动STFT信道化模块、脉冲信号检测模块、扩展脉冲描述字生成模块、无调制判别模块、线性调频判别模块、二相编码判别模块、四相编码判别模块、频率分集判别模块和频率编码判别模块组成雷达脉冲调制样式识别系统；滑动STFT信道化模块对从模数转换器输入的时域数据进行滑动加窗短时傅里叶变换STFT信道化处理，脉冲信号检测模块直接在频域对脉冲信号进行检测；扩展脉冲描述字生成模块基于信号频谱特性分析、二次方谱特性分析、四次方谱特性分析、时频特性分析、时域参数测量和频域参数测量信息组合生成扩展脉冲描述字；采用多层树形结构模式来构建脉冲调制样式识别流程，基于脉冲时频特性、频谱特性、二次方谱特性、四次方谱特性信息、脉冲到达与结束的时间序列关系进行调制样式判别；判断是否满足无调制判别条件，是则为无调制脉冲描述字，并基于无调制脉冲描述字的脉冲到达时间、脉冲结束时间以及幅度差异进行频率编码、频率分集脉冲调制信号判别合并；否则判断是否满足线性调频判别条件，是则为线性调频脉冲描述字，否则判断是否满足二相编码判别条件，是则为二相编码脉冲描述字，否则判断是否满足四相编码判别条件，是则为四相编码描述字；不满足上述判别条件的即为非线性调频脉冲描述字，并确定为非线性调频脉冲调制信号。

在可选的实施例中，在雷达脉冲调制样式识别系统中，滑动STFT信道化模块实时接收与之相连的模数转换芯片的中频数据，进行滑动加窗STFT处理，STFT输出结果为信号各子信道输出；脉冲信号检测模块直接在频域依次对子信道以自适应门限进行脉冲信号检测；扩展脉冲描述字生成模块基于时频、频谱、二次方谱、四次方谱特性与参数测量信息，生成扩展脉冲描述字；无调制判别模块判断是否满足无调制判别条件，是则生成无调制脉冲描述字，否则进入线性调频判别模块；线性调频判别模块判断是否满足线性调频判别条件，是则生成线性调频脉冲描述字，否则进入二相编码判别模块；二相编码判别模块判断是否满足二相编码判别条件，是则生成二相编码脉冲描述字，否则进入四相编码判别模块；四相编码判别模块判断是否满足四相编码判别条件，是则生成四相编码脉冲描述字，否则判别为非线性调频，生成非线性调频脉冲描述字；基于(4)生成的无调制脉冲描述字，频率分集判别模块判断是否满足频率分集判别条件，是则进行合并处理并生成频率分集脉冲描述字，否则进入频率编码判别模块；频率编码判别模块判断是否满足频率编码判别条件，是则进行合并处理并生成频率编码脉冲描述字，否则继续输出无调制脉冲描述字。

参阅图2。在可选的实施例中，雷达脉冲调制样式识别方法根据实时脉冲信号特性的调制样式识别：滑动STFT信道化模块实时接收与之相连的模数转换芯片的中频数据，进行滑动加窗STFT处理，输出结果为信号各子信道输出；脉冲信号检测模块直接在频域依次对子信道以自适应门限进行脉冲信号检测，从检测到脉冲信号开始，建立过程脉冲描述字结构，记录脉冲的到达时间、幅度信息、当前信道、起始信道、最小信道、最大信道、结束信道、结束时间等参数信息，随着滑动加窗STFT处理，不断更新上述描述字中各参数数据，直到检测到脉冲结束；时频特性分析模块基于过程脉冲描述字记录的起始信道、最小信道、最大信道、结束信道等参数信息，获得脉冲信号时频特性；时域参数测量模块基于过程脉冲描述字记录的脉冲到达时间、幅度信息、结束时间等参数信息，获得脉冲信号的到达时间、幅度与脉冲宽度信息，并记入扩展脉冲描述字；频域参数测量模块基于频谱特性分析模块记录的频谱中心信息，基于接收机中心频率信息，计算获得脉冲信号射频中心频率，并记入扩展脉冲描述字；频谱特性分析模块、二次方谱特性分析模块、四次方谱特性分析模块从检测到脉冲信号到达开始，并行启动脉冲信号频谱、二次方谱、四次方谱特性分析，采用固定长度分段累加的方式对谱进行计算，以最大谱点值的一半作为门限获取信号谱带宽，采用基于谱带宽进行信号中心谱点计算，以谱带宽中心点为信号中心谱点，最后获取到信号频谱、二次方谱、四次方谱的带宽与中心点信息，并与对应的扩展脉冲描述字进行匹配合并；扩展脉冲描述字生成模块根据过程脉冲描述字结果与信号频谱、二次方谱、四次方谱特性分析结果获取扩展脉冲描述字，扩展脉冲描述字包括的信息有脉冲到达时间、幅度信息、脉冲宽度、起始信道、最小信道、最大信道、结束信道等参数，以及基于脉冲信号频谱、二次方谱、四次方谱特性分析的信号谱带宽，信号中心谱点信息；无调制判别模块进行无调制样式判别，如果脉冲特性同时满足最大信道与最小信道差值小于2，脉冲宽度与频谱带宽乘积小于2等两个条件，则判别该脉冲调制样式为无调制，生成无调制脉冲描述字；否则，进行线性调频调制样式判别；线性调频判别模块进行线性调频调制样式判别，如果脉冲特性同时满足起始信道等于最小信道，结束信道等于最大信道，脉冲宽度与频谱带宽乘积远大于1(一般选10)等三个条件，则判别该脉冲调制样式为线性调频，生成线性调频脉冲描述字；否则，进行二相编码调制样式判别；二相编码判别模块进行二相编码调制样式判别，如果脉冲特性同时满足脉冲宽度与频谱带宽乘积大于1，脉冲宽度与二次方谱带宽乘积小于2，二次方谱对应中心频点为频谱中心频点的两倍等三个条件，则判别该脉冲调制样式为二相编码，生成二相编码脉冲描述字；否则，进行四相编码调制样式判别；四相编码判别模块进行四相编码调制样式判别，如果脉冲特性同时满足脉冲宽度与频谱带宽乘积大于1，脉冲宽度与二次方谱带宽乘积大于1，脉冲宽度与四次方谱带宽乘积小于2，二次方谱对应中心频点为频谱中心频点的两倍，四次方谱对应中心频点为二次方谱中心频点的两倍等四个条件，则判别该脉冲调制样式为四相编码，生成四相编码脉冲描述字；否则，判别该脉冲调制样式为非线性调频。

参阅图3。在可选的实施例中，雷达脉冲调制样式识别方法采用时间节拍脉冲描述字的调制样式识别：信号侦察系统根据任务目标特性，按照信号分选时间节拍来选择时间节拍内无调制的脉冲描述字，依次进行基于脉冲描述字的到达时间、结束时间的时序关系进行频率分集、频率编码的调制样式识。雷达脉冲调制样式识别方法采用频率分集判别模块进行频率分集调制样式判别，如果两个脉冲描述字同时满足脉冲到达时间相差与脉冲结束时间相差都小于时间精度的两倍，脉冲幅度差异小于5分贝(依照接收机平坦度可调设)等两个条件，则判别该脉冲调制样式为频率分集，进行合并处理，生成频率分集脉冲描述字；否则，进行频率编码调制样式判别；频率编码判别模块进行频率编码调制样式判别，如果两个脉冲描述字同时满足脉冲结束时间与脉冲到达时间相差小于时间精度的两倍，脉冲幅度差异小于5分贝(依照接收机平坦度可调设)等两个条件，则判别该脉冲调制样式为频率编码，进行合并处理，生成频率编码脉冲描述字；否则，保持脉冲描述字的无调制样式判别结果。

以上结合附图对本发明进行了详细描述，但需要指出的是，上述实例所描述的是仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，比如可以结合具体的实现改变处理流程和处理顺序、可以选设识别过程中的不同参数来实现本发明的技术方法。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权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种雷达脉冲调制样式识别方法，具有如下技术特征：滑动STFT信道化模块、脉冲信号检测模块、扩展脉冲描述字生成模块、无调制判别模块、线性调频判别模块、二相编码判别模块、四相编码判别模块、频率分集判别模块和频率编码判别模块组成雷达脉冲调制样式识别系统；滑动STFT信道化模块对从模数转换器输入的时域数据进行滑动加窗短时傅里叶变换STFT信道化处理，脉冲信号检测模块直接在频域对脉冲信号进行检测；扩展脉冲描述字生成模块基于信号频谱特性分析、二次方谱特性分析、四次方谱特性分析、时频特性分析、时域参数测量和频域参数测量信息组合生成扩展脉冲描述字；采用多层树形结构模式来构建脉冲调制样式识别流程，基于脉冲时频特性、频谱特性、二次方谱特性、四次方谱特性信息、脉冲到达与结束的时间序列关系进行调制样式判别；判断是否满足无调制判别条件，是则为无调制脉冲描述字，并基于无调制脉冲描述字的脉冲到达时间、脉冲结束时间以及幅度差异进行频率编码、频率分集脉冲调制信号判别合并；否则判断是否满足线性调频判别条件，是则为线性调频脉冲描述字，否则判断是否满足二相编码判别条件，是则为二相编码脉冲描述字，否则判断是否满足四相编码判别条件，是则为四相编码描述字；不满足上述判别条件的即为非线性调频脉冲描述字，并确定为非线性调频脉冲调制信号。

2.根据权利要求1上述的雷达脉冲调制样式识别方法，其特征在于：在雷达脉冲调制样式识别系统中，滑动STFT信道化模块实时接收与之相连的模数转换芯片的中频数据，进行滑动加窗STFT处理，STFT输出结果为信号各子信道输出；脉冲信号检测模块直接在频域依次对子信道以自适应门限进行脉冲信号检测；扩展脉冲描述字生成模块基于时频、频谱、二次方谱、四次方谱特性与参数测量信息，生成扩展脉冲描述字；无调制判别模块判断是否满足无调制判别条件，是则生成无调制脉冲描述字，否则进入线性调频判别模块。

3.根据权利要求2上述的雷达脉冲调制样式识别方法，其特征在于：线性调频判别模块判断是否满足线性调频判别条件，是则生成线性调频脉冲描述字，否则进入二相编码判别模块；二相编码判别模块判断是否满足二相编码判别条件，是则生成二相编码脉冲描述字，否则进入四相编码判别模块；四相编码判别模块判断是否满足四相编码判别条件，是则生成四相编码脉冲描述字，否则判别为非线性调频，生成非线性调频脉冲描述字。

4.根据权利要求3上述的雷达脉冲调制样式识别方法，其特征在于：基于生成的无调制脉冲描述字，频率分集判别模块判断是否满足频率分集判别条件，是则进行合并处理并生成频率分集脉冲描述字，否则进入频率编码判别模块；频率编码判别模块判断是否满足频率编码判别条件，是则进行合并处理并生成频率编码脉冲描述字，否则继续输出无调制脉冲描述字。

5.根据权利要求1上述的雷达脉冲调制样式识别方法，其特征在于：根据实时脉冲信号特性的调制样式识别，滑动STFT信道化模块实时接收与之相连的模数转换芯片的中频数据，进行滑动加窗STFT处理，输出结果为信号各子信道输出；脉冲信号检测模块直接在频域依次对子信道以自适应门限进行脉冲信号检测，从检测到脉冲信号开始，建立过程脉冲描述字结构，记录脉冲的到达时间、幅度信息、当前信道、起始信道、最小信道、最大信道、结束信道、结束时间等参数信息，随着滑动加窗STFT处理，不断更新上述描述字中各参数数据，直到检测到脉冲结束。

6.根据权利要求5上述的雷达脉冲调制样式识别方法，其特征在于：时频特性分析模块基于过程脉冲描述字记录的起始信道、最小信道、最大信道、结束信道的参数信息，获得脉冲信号时频特性；时域参数测量模块基于过程脉冲描述字记录的脉冲到达时间、幅度信息、结束时间的参数信息，获得脉冲信号的到达时间、幅度与脉冲宽度信息，并记入扩展脉冲描述字。

7.根据权利要求6上述的雷达脉冲调制样式识别方法，其特征在于：频域参数测量模块基于频谱特性分析模块记录的频谱中心信息，基于接收机中心频率信息，计算获得脉冲信号射频中心频率，并记入扩展脉冲描述字；频谱特性分析模块、二次方谱特性分析模块、四次方谱特性分析模块从检测到脉冲信号到达开始，并行启动脉冲信号频谱、二次方谱、四次方谱特性分析，采用固定长度分段累加的方式对谱进行计算，以最大谱点值的一半作为门限获取信号谱带宽，采用基于谱带宽进行信号中心谱点计算，以谱带宽中心点为信号中心谱点，最后获取到信号频谱、二次方谱、四次方谱的带宽与中心点信息，并与对应的扩展脉冲描述字进匹配合并。

8.根据权利要求7上述的雷达脉冲调制样式识别方法，其特征在于：扩展脉冲描述字生成模块根据过程脉冲描述字结果与信号频谱、二次方谱、四次方谱特性分析结果获取扩展脉冲描述字，扩展脉冲描述字包括的信息有脉冲到达时间、幅度信息、脉冲宽度、起始信道、最小信道、最大信道、结束信道等参数，以及基于脉冲信号频谱、二次方谱、四次方谱特性分析的信号谱带宽，信号中心谱点信息；无调制判别模块进行无调制样式判别，如果脉冲特性同时满足最大信道与最小信道差值小于2，脉冲宽度与频谱带宽乘积小于2两个条件，则判别该脉冲调制样式为无调制，生成无调制脉冲描述字；否则，进行线性调频调制样式判别；线性调频判别模块进行线性调频调制样式判别，如果脉冲特性同时满足起始信道等于最小信道，结束信道等于最大信道，脉冲宽度与频谱带宽乘积远大于1三个条件，则判别该脉冲调制样式为线性调频，生成线性调频脉冲描述字；否则，进行二相编码调制样式判别；二相编码判别模块进行二相编码调制样式判别，如果脉冲特性同时满足脉冲宽度与频谱带宽乘积大于1，脉冲宽度与二次方谱带宽乘积小于2，二次方谱对应中心频点为频谱中心频点的两倍三个条件，则判别该脉冲调制样式为二相编码，生成二相编码脉冲描述字；否则，进行四相编码调制样式判别；四相编码判别模块进行四相编码调制样式判别，如果脉冲特性同时满足脉冲宽度与频谱带宽乘积大于1，脉冲宽度与二次方谱带宽乘积大于1，脉冲宽度与四次方谱带宽乘积小于2，二次方谱对应中心频点为频谱中心频点的两倍，四次方谱对应中心频点为二次方谱中心频点的两倍四个条件，则判别该脉冲调制样式为四相编码，生成四相编码脉冲描述字；否则，判别该脉冲调制样式为非线性调频。

9.根据权利要求1上述的雷达脉冲调制样式识别方法，其特征在于：雷达脉冲调制样式识别方法采用时间节拍脉冲描述字的调制样式识别，按照信号分选时间节拍来选择时间节拍内无调制的脉冲描述字，依次进行基于脉冲描述字的到达时间、结束时间的时序关系进行频率分集、频率编码的调制样式识。

10.根据权利要求1上述的雷达脉冲调制样式识别方法，其特征在于：雷达脉冲调制样式识别方法采用频率分集判别模块进行频率分集调制样式判别，如果两个脉冲描述字同时满足脉冲到达时间相差与脉冲结束时间相差都小于时间精度的两倍，脉冲幅度差异小于5分贝两个条件，则判别该脉冲调制样式为频率分集，进行合并处理，生成频率分集脉冲描述字；否则，进行频率编码调制样式判别；频率编码判别模块进行频率编码调制样式判别，如果两个脉冲描述字同时满足脉冲结束时间与脉冲到达时间相差小于时间精度的两倍，脉冲幅度差异小于5分贝两个条件，则判别该脉冲调制样式为频率编码，进行合并处理，生成频率编码脉冲描述字；否则，保持脉冲描述字的无调制样式判别结果。