CN110749878B - 一种基于数字信道化的脉内频率编码信号参数测量方法 - Google Patents

一种基于数字信道化的脉内频率编码信号参数测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于数字信道化的脉内频率编码信号参数测量方法，能够解决目前对频率编码信号难以进行实时参数测量的问题。具体为：获取雷达回波信号，进行数字信道化处理，并获取每个信道对应信号的瞬时频率信息。对瞬时频率信息进行差分获取瞬时频率差分点，对瞬时频率差分点进行过门限检测得到过门限点。依据过门限点，判断雷达回波信号是否为频率编码信号；若为频率编码信号，则取每个信道中各个脉冲的脉冲宽度，对所有脉冲宽度进行统计分析得到频率编码信号的码元宽度。根据码元宽度和频率跳变点的位置对瞬时频率信息进行划分，得到各码元位置，统计码元数以及码元频率，通过对码元频率排序，得到频率编码序列。

Description

一种基于数字信道化的脉内频率编码信号参数测量方法
技术领域
本发明涉及雷达信号侦察技术领域，具体涉及一种基于数字信道化的脉内频率编码信号参数测量方法。
背景技术
宽带脉内频率编码信号凭借其良好的距离、速度分辨性能，在雷达领域中有着越来越广泛的应用，由于频率编码信号的出现，雷达信号形式越来越复杂化，传统的脉冲参数测量已经无法准确的表达出雷达脉冲所包含的信息，对于脉内频率编码信号而言，除了一般的脉冲描述字外，码元数、码元频率以及编码序列也是重要的脉冲特征参数。目前，对宽带频率编码信号脉冲参数测量的相关研究，使用的方法主要是短时傅立叶变换、魏格纳分布等时频分析方法，这些方法在频率编码信号的脉内特征分析上具有良好的性能，但运算量较大，实时性较差，难以在雷达信号实时参数测量系统中得以应用。
目前缺少对宽带脉内频率编码信号的实时参数测量方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于数字信道化的脉内频率编码信号参数测量方法，能够解决目前对频率编码信号难以进行实时参数测量的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：
S1、获取雷达回波信号，进行数字信道化处理，并获取每个信道对应信号的瞬时频率信息。
S2、对瞬时频率信息进行差分获取瞬时频率差分点，对瞬时频率差分点进行过门限检测得到过门限点。
S3、依据过门限点，判断雷达回波信号是否为频率编码信号；若为频率编码信号，则执行S4和S5。
S4、取每个信道中各个脉冲的脉冲宽度，对所有脉冲宽度进行统计分析得到频率编码信号的码元宽度。
S5、根据码元宽度和频率跳变点的位置对瞬时频率信息进行划分，得到各码元位置，统计码元数以及码元频率，通过对码元频率排序，得到频率编码序列。
进一步地，对瞬时频率信息进行差分获取瞬时频率差分点，对瞬时频率差分点进行过门限检测得到过门限点，即为频率跳变点，具体为：
对瞬时频率信息进行差分，获得差分结果；瞬时频率信息包括各时刻的瞬时频率点，差分结果为每一时刻瞬时频率点与前一时刻瞬时频率点的差值，即为当前时刻的瞬时频率差分点。
对差分结果进行过门限检测，
其中第n个瞬时频率差分点的检测门限为
Figure BDA0002212532820000021
fi为差分结果中距离第n个瞬时频率差分点的前L个值和后L个值的均值；L为由环境噪声确定的选取长度；K为设置的自适应门限系数；ΔF为设置的门限偏置。
获得过门限点，即为频率跳变点。
进一步地，依据过门限点，判断雷达回波信号是否为频率编码信号，具体为：
判断过门限点的数量是否大于设定阈值，若是则以过门限点作为码元跳变位置，由码元跳变位置确定设定数量的数据段，计算每个数据段的瞬时频率均值，选择其中的次大值和次小值做差得到频率差ΔF，若|ΔF|大于频率差门限Tf2，则认为信号是频率编码信号。
进一步地，取每个信道中各个脉冲的脉冲宽度，对所有脉冲宽度进行统计分析得到频率编码信号的码元宽度，具体为：
统计各信道中各个脉冲的脉冲宽度，组成码元宽度集合S。
对集合S进行直方图统计，得到集合S中的n种数值和其对应权值，剔除其中权值为1的数值。
对直方图中码元宽度数值从小到大进行搜索，当下一个码元宽度数值超过当前码元宽度数值的1.5倍时，停止搜索，获得单倍码元宽度集合。
计算单倍码元宽度集合中的相邻数据的权值之和，取权值之和最大的两个相邻数据进行加权平均，得到频率编码信号的码元宽度。
进一步地，根据码元宽度和频率跳变点的位置对瞬时频率信息进行划分，得到各码元位置，统计码元数以及码元频率，通过对码元频率排序，得到频率编码序列，具体为：
取脉内频率编码信号的起始点和信号的截止点；其中起始点初值为ns，截止点初值为ne。
过门限点的位置序列为{n1,n2,…nk}；n1～nk为第1～k个过门限点的位置。
频率编码信号的码元宽度nτ。
对过门限点的位置序列{n1,n2,…nk}进行如下点位扩展：
对过门限点的位置序列{n1,n2,…nk}进行逐点差分，第i个差分结果为Δni，若Δni＞1.5nτ，则计算比值K＝[Δni/nτ]，其中[]表示对i进行取整；对Δni差分的两点进行K倍的等间隔划分，记录划分位置，利用Δni差分的两点的均值填补划分位置作为新的点位。
若第一个跳变点n1与起始点之差大于码元宽度的2/3倍，则执行起始点修正过程；起始点修正过程具体为：取d初值为1，判断n1-(d+1)nτ≤ns是否成立，若成立则将n1-dnτ作为修正后的起始点，同时保留n1-inτ,(1＜i＜d)这些点位，若不成立则，d自增1，重复起始点修正过程直至n1-(d+1)nτ≤ns成立。
若最后一个跳变点nk与截止点之差大于码元宽度的2/3倍，则执行截止点修正过程；截止点修正过程为：取p初值为1，判断nk+(p+1)nτ≥ne是否成立，若成立则将nk+dnτ作修正后的截止点，同时保留nk+inτ,(1＜i＜K)这些点位，若不成立则，p自增1，重复起始点修正过程直至nk+(p+1)nτ≥ne成立。
经过上述点位扩展后，频率跳变点的位置序列{n1,n2,…nk}转换为新序列{n'1,n'2,…n'm}，n1'～nm'为新序列中第1～m个点位，即为码元跳变位置；码元数为N的频率编码信号该集合中应有N+1个元素，即m＝N+1；计算码元频率：
Figure BDA0002212532820000041
式中F(k)表示脉内频率编码信号的第k个码元频率，k＝1,2,...,N，f(i)表示脉内频率编码信号的第i个瞬时频率测量值，ΔN为依据经验设定的的保护宽度，用于避开码间跳变时产生的频率不稳定点。
在计算得到码元频率后，通过对码元频率排序，得到频率编码序列。
有益效果：
本发明提供的基于数字信道化的脉内频率编码信号参数测量方法，能够解决目前对频率编码信号难以进行实时参数测量的问题，本发明能够对雷达回波信号进行准确的频率编码信号的识别，并准确的获取频率编码信号码元宽度信息。
本发明的方法采用数字信道化多相滤波与相位差分瞬时测频相结合的方式得到信号的瞬时频率信息，采用瞬时频率差分方法对信号调制类型进行识别，并结合瞬时频率差分检测结果与频率编码信号码元宽度信息实现对频率编码信号的参数测量。本发明采用数字信道化的方法对频率编码信号进行处理，充分利用了数字信道化中各个信道的脉宽信息，准确的获取频率编码信号码元宽度信息。
附图说明
图1为本发明提供的基于数字信道化的脉内频率编码信号参数测量方法流程图；
图2为本发明实施例中过门限检测原理图；
图3为本发明实施例中信号类型识别流程图
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数字信道化的脉内频率编码信号参数测量方法，采用数字信道化多相滤波与相位差分瞬时测频相结合的方式得到信号的瞬时频率信息，采用瞬时频率差分方法对信号调制类型进行识别，并结合瞬时频率差分检测结果与频率编码信号码元宽度信息实现对频率编码信号的参数测量。本发明采用数字信道化的方法对频率编码信号进行处理，充分利用了数字信道化中各个信道的脉宽信息，准确的获取频率编码信号码元宽度信息。
该方法流程如图1所示，具体包括如下步骤：
S1、获取雷达回波信号，进行数字信道化处理，并获取每个信道对应信号的瞬时频率信息。
其中数字信道化处理包括信道化、CORDIC测幅测相、相位差分测频、过门限检测和跨信道合并等部分，得到雷达回波信号的瞬时频率信息。
S2、对瞬时频率信息进行差分获取瞬时频率差分点，对瞬时频率差分点进行过门限检测得到过门限点；对瞬时频率信息进行差分，获得差分结果；瞬时频率信息包括各时刻的瞬时频率点，差分结果为每一时刻瞬时频率点与前一时刻瞬时频率点的差值，即为当前时刻的瞬时频率差分点。
对瞬时频率信息进行差分，步骤如下：
1)信号起始和截止位置的nhD个点频率差分过门限标志置0，nhD为单条多相支路的滤波器阶数。
2)进行第n点瞬时频率差分检测时，观察该点前ΔN-1个点是否存在过门限点。若不存在，则将第n点过门限标志置1；若存在，则比较这ΔN个点中频率差分值的大小，最大的位置过门限标志置1，其余置0。
对差分结果进行过门限检测，本发明中采用自适应门限，其中第n个瞬时频率差分点的检测门限为：
Figure BDA0002212532820000061
fi为差分结果中距离第n个瞬时频率差分点的前L个值和后L个值的均值；L为由环境噪声确定的选取长度；K为设置的自适应门限系数；ΔF为设置的门限偏置。过门限检测原理如图2所示。
获得过门限点。
S3、依据过门限点，判断雷达回波信号是否为频率编码信号；若为频率编码信号，则执行S4和S5。
判断方法具体为：
判断过门限点的数量是否大于设定阈值，若是则雷达回波信号位编码信号，否则为非编码信号。
若为编码类信号，则以过门限点作为码元跳变位置，由码元跳变位置确定设定数量的数据段，计算每个数据段的瞬时频率均值，选择其中的次大值和次小值做差得到频率差ΔF，若|ΔF|大于频率差门限Tf2，则认为信号是频率编码信号，否则是相位编码信号。
若为非编码类信号，分别在头尾选则若干点计算其平均频率，并对两个频率均值做差，得到频率差ΔF，比较|ΔF|与频率差门限Tf1，若|ΔF|大于Tf1，则认为是线性调频信号，否则为单点频信号。信号类型识别流程如图3。
S4、取每个信道中各个脉冲的脉冲宽度，对所有脉冲宽度进行统计分析得到频率编码信号的码元宽度；
具体为：
(1)统计各信道中各个脉冲的脉冲宽度，组成码元宽度集合S。
(2)对集合S进行直方图统计，得到集合S中的n种数值和其对应权值，剔除其中权值为1的数值。
(3)对直方图中码元宽度数值从小到大进行搜索，当下一个码元宽度数值超过当前码元宽度数值的1.5倍时，停止搜索，获得单倍码元宽度集合。
(4)计算单倍码元宽度集合中的相邻数据的权值之和，取权值之和最大的两个相邻数据进行加权平均，得到频率编码信号的码元宽度。
S5、根据码元宽度和频率跳变点的位置对瞬时频率信息进行划分，得到各码元位置，统计码元数以及码元频率，通过对码元频率排序，得到频率编码序列。
具体为：
取脉内频率编码信号的起始点和信号的截止点；其中起始点初值为ns，截止点初值为ne。
过门限点的位置序列为{n1,n2,…nk}；n1～nk为第1～k个过门限点的位置。
频率编码信号的码元宽度nτ。
对过门限点的位置序列{n1,n2,…nk}进行如下点位扩展：
对过门限点的位置序列{n1,n2,…nk}进行逐点差分，第i个差分结果为Δni，若Δni＞1.5nτ，则计算比值K＝[Δni/nτ]，其中[]表示对i进行取整；对Δni差分的两点进行K倍的等间隔划分，记录划分位置，利用Δni差分的两点的均值填补划分位置作为新的点位。
若第一个跳变点n1与起始点之差大于码元宽度的2/3倍，则执行起始点修正过程；起始点修正过程具体为：取d初值为1，判断n1-(d+1)nτ≤ns是否成立，若成立则将n1-dnτ作为修正后的起始点，同时保留n1-inτ,(1＜i＜d)这些点位，若不成立则，d自增1，重复起始点修正过程直至n1-(d+1)nτ≤ns成立。
若最后一个跳变点nk与截止点之差大于码元宽度的2/3倍，则执行截止点修正过程；截止点修正过程为：取p初值为1，判断nk+(p+1)nτ≥ne是否成立，若成立则将nk+dnτ作修正后的截止点，同时保留nk+inτ,(1＜i＜K)这些点位，若不成立则，p自增1，重复起始点修正过程直至nk+(p+1)nτ≥ne成立。
经过上述点位扩展后，频率跳变点的位置序列{n1,n2,…nk}转换为新序列{n'1,n'2,…n'm}，n1'～nm'为新序列中第1～m个点位，即为码元跳变位置；码元数为N的频率编码信号该集合中应有N+1个元素，即m＝N+1；计算码元频率：
Figure BDA0002212532820000081
式中F(k)表示脉内频率编码信号的第k个码元频率，k＝1,2,...,N，f(i)表示脉内频率编码信号的第i个瞬时频率测量值，ΔN为依据经验设定的的保护宽度，用于避开码间跳变时产生的频率不稳定点。
在计算得到码元频率后，通过对码元频率排序，得到频率编码序列。
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)

1.一种基于数字信道化的脉内频率编码信号参数测量方法，其特征在于，包括：
S1、获取雷达回波信号，进行数字信道化处理，并获取每个信道对应信号的瞬时频率信息；
S2、对所述瞬时频率信息进行差分获取瞬时频率差分点，对所述瞬时频率差分点进行过门限检测得到过门限点；
S3、依据所述过门限点，判断所述雷达回波信号是否为频率编码信号；若为频率编码信号，则执行S4和S5；具体为：
判断所述过门限点的数量是否大于设定阈值，若是则以所述过门限点作为码元跳变位置，由所述码元跳变位置确定设定数量的数据段，计算每个数据段的瞬时频率均值，选择其中的次大值和次小值做差得到频率差ΔF，若|ΔF|大于频率差门限Tf2，则认为信号是频率编码信号；
S4、取每个信道中各个脉冲的脉冲宽度，对所有脉冲宽度进行统计分析得到频率编码信号的码元宽度；具体为：
统计各信道中各个脉冲的脉冲宽度，组成码元宽度集合S；
对集合S进行直方图统计，得到集合S中的n种数值和其对应权值，剔除其中权值为1的数值；
对直方图中码元宽度数值从小到大进行搜索，当下一个码元宽度数值超过当前码元宽度数值的1.5倍时，停止搜索，获得单倍码元宽度集合；
计算所述单倍码元宽度集合中的相邻数据的权值之和，取权值之和最大的两个相邻数据进行加权平均，得到所述频率编码信号的码元宽度；
S5、根据码元宽度和所述频率跳变点的位置对所述瞬时频率信息进行划分，得到各码元位置，统计码元数以及码元频率，通过对码元频率排序，得到频率编码序列，具体为：
取所述脉内频率编码信号的起始点和信号的截止点；其中起始点初值为ns，截止点初值为ne；
所述过门限点的位置序列为{n1,n2,...nk}；n1～nk为第1～k个过门限点的位置；
所述频率编码信号的码元宽度nτ；
对所述过门限点的位置序列{n1,n2,...nk}进行如下点位扩展：
对所述过门限点的位置序列{n1,n2,...nk}进行逐点差分，第i个差分结果为Δni，若Δni＞1.5nτ，则计算比值K＝[Δni/nτ]，其中[]表示对i进行取整；对Δni差分的两点进行K倍的等间隔划分，记录划分位置，利用Δni差分的两点的均值填补所述划分位置作为新的点位；
若第一个跳变点n1与起始点之差大于码元宽度的2/3倍，则执行起始点修正过程；所述起始点修正过程具体为：取d初值为1，判断n1-(d+1)nτ≤ns是否成立，若成立则将n1-dnτ作为修正后的起始点，同时保留n1-inτ,1＜i＜d这些点位，若不成立则，d自增1，重复起始点修正过程直至n1-(d+1)nτ≤ns成立；
若最后一个跳变点nk与截止点之差大于码元宽度的2/3倍，则执行截止点修正过程；所述截止点修正过程为：取p初值为1，判断nk+(p+1)nτ≥ne是否成立，若成立则将nk+pnτ作修正后的截止点，同时保留nk+inτ,1＜i＜p这些点位，若不成立则，p自增1，重复起始点修正过程直至nk+(p+1)nτ≥ne成立；
经过上述点位扩展后，所述频率跳变点的位置序列{n1,n2,...nk}转换为新序列{n'1,n'2,...n'm}，n1'～nm'为新序列中第1～m个点位，即为码元跳变位置；码元数为N的频率编码信号该集合中应有N+1个元素，即m＝N+1；计算码元频率：
Figure FDA0003136170950000031
式中F(k)表示所述脉内频率编码信号的第k个码元频率，k＝1,2,...,N，f(i)表示所述脉内频率编码信号的第i个瞬时频率测量值，ΔN为依据经验设定的的保护宽度，用于避开码间跳变时产生的频率不稳定点；
在计算得到码元频率后，通过对码元频率排序，得到频率编码序列。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述瞬时频率信息进行差分获取瞬时频率差分点，对所述瞬时频率差分点进行过门限检测得到过门限点，即为频率跳变点，具体为：
对所述瞬时频率信息进行差分，获得差分结果；所述瞬时频率信息包括各时刻的瞬时频率点，所述差分结果为每一时刻瞬时频率点与前一时刻瞬时频率点的差值，即为当前时刻的瞬时频率差分点；
对所述差分结果进行过门限检测，
其中第n个瞬时频率差分点的检测门限为
Figure FDA0003136170950000032
fi为所述差分结果中距离第n个瞬时频率差分点的前L个值和后L个值的均值；L为由环境噪声确定的选取长度；K为设置的自适应门限系数；ΔF为设置的门限偏置；
获得过门限点，即为频率跳变点。
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