CN112698274A - 一种分级pri变换的雷达信号分选和脉冲序列提取系统 - Google Patents

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徐冬亮
贺润国
曹玉
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Abstract

本发明涉及一种分级PRI变换的雷达信号分选和脉冲序列提取系统，具体方法如下：第一级PRI变换——第一级脉冲序列检索——第二级PRI变换——第二级脉冲序列检索，然后将第一级脉冲序列检索和第二级脉冲序列检索中测得的各部雷达的EDW信息和各自的脉冲序列传输到显控界面实现综合显示的功能。本发明具有如下优点：可以从复杂的多种制式雷达的混合信号中实现每部雷达信号的分选，结合雷达脉冲序列的脉冲描述字信息生成描述雷达特征的辐射源描述字信息；还可以在混合信号中准确地提取每部雷达的实际脉冲序列，为后续雷达信号的深入综合分析提供支持。

Description

一种分级PRI变换的雷达信号分选和脉冲序列提取系统
技术领域
本发明涉及电磁侦察技术领域，特别是涉及一种分级PRI变换的雷达信号分选和脉冲序列提取系统。
背景技术
雷达信号分选是雷达对抗和侦察中的重要内容,是电子战系统中的关键环节，也是进行雷达特征提取、识别以及威胁评估的前提和基础。在现代战争中，电磁环境密集交错、复杂多变，因此从多种制式的雷达混合信号中实现雷达信号的分选成为电子对抗领域亟待解决的问题。所以一种能在复杂的电磁环境下实现雷达信号分选和脉冲序列提取的系统成为一种需求。
发明内容
本发明要解决的是针对多种制式雷达的雷达脉冲描述字的混合信息实现逐个雷达信号的辐射源描述字信息的分选；针对脉冲重频间隔调制的雷达信号求解调制参数；从雷达混合信号中提取各部雷达的实际脉冲序列。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种分级PRI变换的雷达信号分选和脉冲序列提取系统，具体方法如下：第一级PRI变换——第一级脉冲序列检索——第二级PRI变换——第二级脉冲序列检索，然后将第一级脉冲序列检索和第二级脉冲序列检索中测得的各部雷达的EDW信息和各自的脉冲序列传输到显控界面实现综合显示的功能。
采用以上结构后，本发明具有如下优点：可以从复杂的多种制式雷达的混合信号中实现每部雷达信号的分选，结合雷达脉冲序列的脉冲描述字信息生成描述雷达特征的辐射源描述字信息；还可以在混合信号中准确地提取每部雷达的实际脉冲序列，为后续雷达信号的深入综合分析提供支持。
作为改进，所述第一级PRI变换使用传统的PRI变换法，用来对雷达脉冲序列中的固定重频信号和重频参差信号进行分选。
作为改进，所述第一级脉冲序列检索是根据第一级PRI变换法分选出的目标PRI值和雷达脉冲序列中的任意两个脉冲的到达时间(TOA)之差，系统能从雷达脉冲序列中检索出固定重频雷达和重频参差雷达所包含的各自的脉冲序列。
作为改进，所述第二级PRI变换使用修正的PRI变换法，用来对第一级序列检索后剩余脉冲序列中的重频抖动信号进行分选。
作为改进，所述第二级脉冲序列检索是根据第二级PRI变换法分选出的目标PRI值和雷达脉冲序列中的任意两个脉冲的到达时间(TOA)之差，使得系统能从雷达脉冲序列中检索出重频抖动雷达所包含的各自的脉冲序列的过程。
附图说明
图1是本发明一种分级PRI变换的雷达信号分选和脉冲序列提取系统的雷达信号分选和脉冲序列提取系统总流程图。
图2是本发明一种分级PRI变换的雷达信号分选和脉冲序列提取系统的第一级PRI变换流程图。
图3是本发明一种分级PRI变换的雷达信号分选和脉冲序列提取系统的第一级脉冲序列检索流程图。
图4是本发明一种分级PRI变换的雷达信号分选和脉冲序列提取系统的第二级PRI变换流程图。
图5是本发明一种分级PRI变换的雷达信号分选和脉冲序列提取系统的第二级脉冲序列检索流程图。
图6是本发明一种分级PRI变换的雷达信号分选和脉冲序列提取系统的PRI变换离散化示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
结合附图1，该雷达信号分选系统采用两级PRI变换法和对应的脉冲序列检索方法对多部雷达的混合脉冲序列进行分选和脉冲序列提取，具体方法如下：第一级PRI变换——第一级脉冲序列检索——第二级PRI变换——第二级脉冲序列检索，然后将第一级脉冲序列检索和第二级脉冲序列检索中测得的各部雷达的EDW信息和各自的脉冲序列传输到显控界面实现综合显示的功能。
所述第一级PRI变换使用传统的PRI变换法，用来对雷达脉冲序列中的固定重频信号和重频参差信号进行分选。
所述第一级脉冲序列检索是根据第一级PRI变换法分选出的目标PRI值和雷达脉冲序列中的任意两个脉冲的到达时间TOA之差，使得系统能从雷达脉冲序列中检索出固定重频雷达和重频参差雷达所包含的各自的脉冲序列的过程。
所述第二级PRI变换使用修正的PRI变换法，用来对第一级序列检索后剩余脉冲序列中的重频抖动信号进行分选。
所述第二级脉冲序列检索是根据第二级PRI变换法分选出的目标PRI值和雷达脉冲序列中的任意两个脉冲的到达时间(TOA)之差，使得系统能从雷达脉冲序列中检索出重频抖动雷达所包含的各自的脉冲序列的过程。
第一级PRI变换
第一级PRI变换使用传统的PRI变换法，用来对雷达脉冲序列中的固定重频信号和重频参差信号进行分选。
传统的PRI变换法公式如下：
一个采样脉冲数为N的脉冲序列，可以表示为：
Figure BDA0002818562250000031
其中，tn表示第n个脉冲的到达时间(TOA)。
PRI变换法中基于相位信息的自相关函数为：
Figure BDA0002818562250000032
将式(1)带入式(2)可得：
Figure BDA0002818562250000033
因为雷达的脉冲序列是因果系统，所以τ＝tm-tn＞0，即m＞n。则式(3)可化简成如下的离散形式：
Figure BDA0002818562250000034
对固定重频信号，有tn＝(n-1)Tr+T0。其中，Tr表示脉冲的重频间隔(PRI)，T0表示脉冲的初始到达时间。当tm-tn＝lTr时，即m-n＝l时，式(4)可化简为如下形式：
Figure BDA0002818562250000035
其中，
Figure BDA0002818562250000036
易证明：
Figure BDA0002818562250000037
因此，函数D(τ)既可以起到既检测脉冲序列目标PRI值，同时抑制目标PRI值的子谐波PRI值的效果。使用第一级的PRI变换可以从多雷达的混合脉冲序列中分选出固定重频信号的PRI值和重频参差信号总周期的PRI值。
为了便于实现PRI变换，定义PRI变换的离散形式，即离散PRI变换。如图6所示，用[τmin,τmax]表示PRI的取值范围，并将这个取值范围平均分成K个小区间，每一区间称为一个PRI箱，箱的宽度为b。则第k个PRI箱的中心坐标为：
τk＝(k-0.5)b+τmin k＝1,2,,K (7)
其中，
Figure BDA0002818562250000041
离散PRI变换式如下：
Figure BDA0002818562250000042
当b→0时，
Figure BDA0002818562250000043
因此可使用Dk的模值Dk来表示离散PRI变换的PRI谱。
为了使检测门限能够将真实PRI值处的峰值和其它点处的峰值区分开来。利用三个原则来设定检测门限，分别是：观察时间的原则、消除子谐波的原则、消除噪声的原则。
(1)观察时间的原则
在整个观察时间T内，一个PRI为τk的脉冲序列出现的脉冲个数为
Figure BDA0002818562250000044
另一方面，|Dk|为PRI为τk的脉冲序列检测到的脉冲个数。因此，在理想情况下，
Figure BDA0002818562250000045
实际情况下，接收脉冲序列不一定在观察时间T内一直出现，并且时有脉冲丢失的现象发生，所以用下式来判断PRI为τk的脉冲序列是否存在：
Figure BDA0002818562250000046
其中，α为小于1的可调参数。
(2)消除子谐波的原则
在理想情况下，一个PRI为τk的脉冲序列的Dk等于该脉冲序列的脉冲个数Ck。
若τk是该列脉冲子谐波的PRI值，则|Dk|＜Ck。因此，可以用下式来判断τk是真实的PRI值还是它的子谐波的PRI值：
|Dk|≥βCk (10)
其中，β为小于1的可调参数。
(3)消除噪声的原则
真实PRI值所在PRI箱以外的各箱中的Dk值称为噪声。这些噪声成分的方差应该小于Tρ2bk，其中,ρ表示脉冲流密度，bk表示第k个PRI箱的宽度。进而得到真实PRI值的判决公式为：
Figure BDA0002818562250000051
其中，γ为可调参数，根据“3σ原则”，一般取γ≥3。
综合以上三个原则，得到检测门限：
Figure BDA0002818562250000052
其中，α、β、γ是三个可调参数，调节参数可以增加检测概率，减小虚警概率。
传统的PRI变换法的步骤如下：
(1)设置初始值，Dk＝0(1≤k≤K)，m＝2；
(2)令n＝m-1；
(3)令τ＝tm-tn，若τ＜τmin则进入步骤(5)，若τ＞τmax则进入步骤(6)，否则进入步骤(4)；
(4)根据式子
Figure BDA0002818562250000053
确定对应的k值，
Figure BDA0002818562250000054
(5)令n＝n-1，若n≥1则返回步骤(3)；
(6)令m＝m+1，若m＞N则对所有超过门限的PRI值进行序列检索，算法结束；否则进入步骤(2)。
第一级PRI变换流程图参见图2。
第一级脉冲序列检索
第一级脉冲序列检索是根据第一级PRI变换法分选出的目标PRI值和雷达脉冲序列中的任意两个脉冲的到达时间(TOA)之差，使得系统能从雷达脉冲序列中检索出固定重频雷达和重频参差雷达所包含的各自的脉冲序列的过程。
第一级脉冲序列检索具体过程如下：
(1)检索脉冲序列中的任意两个脉冲，若它们的TOA之差满足第一级PRI变换法分选出的目标PRI值，则将这两个脉冲划分到该目标PRI值所对应的雷达序列；
(2)对(1)中各部雷达初步检索的脉冲序列进行重复脉冲个数检测，将高重复率的雷达序列判定为虚警雷达，并删除该雷达对应的分选信息(包括分选得到的PRI值和检索得到的脉冲序列)；
(3)对(2)中剩余各部雷达的脉冲序列进行子周期检测，即根据脉冲序列相邻两个脉冲的TOA之差，可以求出每个雷达信号的子周期个数以及每个子周期的PRI值。根据子周期的个数可以判断雷达信号的类型：若子周期个数为1，雷达为固定重频信号；若子周期个数为4-8，雷达为重频参差信号；
(4)找到各部雷达脉冲序列之间的重复脉冲，根据每部雷达各自的PRI值的特征，判断重复脉冲所属的雷达脉冲序列，并从其他的雷达脉冲序列中剔除该重复脉冲；
(5)根据(4)中检索出各部雷达的脉冲序列，分别重新计算各部雷达的准确PRI值；
(6)将各部雷达未检索到的脉冲重组成新的脉冲序列供后续检测使用。
第一级脉冲序列检索流程图参见图3。
第二级PRI变换
第二级PRI变换使用修正的PRI变换法，用来对第一级序列检索后剩余脉冲序列中的重频抖动信号进行分选。
传统的PRI变换法在抖动很小的时候能够有效估计出每一部雷达信号的PRI值，但当抖动变大时，在PRI值处的波峰会下降，导致分选失效。造成分选失效的主要原因有两个：一个原因是相位因子中的相位误差会随着TOA远离时间起点而增大，另一个原因是本应该集中在一个PRI箱中的统计值由于抖动的原因分布到了附近的若干个PRI箱中。
为了解决上述的两个问题，修正的PRI变换法在传统的PRI变换法的基础上增加了两点改进。
(1)改变时间起点
为了避免由于TOA变大而引起的相位误差增大，可以通过改变时间起点来避免这个问题。传统的PRI变换中相位因子的作用是为了保持PRI处的峰值水平的同时抑制在自相关函数中出现的子谐波。因此，不需要所有脉冲的相位都使用初始时间来确定。可以在相位差为2π的整数倍的脉冲时刻更新时间起点。
按照下式计算初始相位：
Figure BDA0002818562250000071
其中，Ok表示在第k个PRI箱的起始时刻。并用τk取代tm-tn来容纳PRI抖动的影响。这样，相位可以分解为：
η0＝υ(1+ζ) (14)
其中，υ为最接近η0的整数。可以根据下面三个条件来决定是否要改变时间起点Ok：
a)当υ＝0时，不改变时间起点；
b)当υ＝1时，如果tm＝Ok，则令tn成为新的时间起点；
c)当υ＝2时，如果|ζ|≤ζ0，则令tn成为新的时间起点。
其中，ζ0是确定时间起点移动性的一个正参数。
(2)重叠的PRI箱
为了避免由于抖动造成的PRI峰值的下降，可以采用重叠的PRI箱。令ε为PRI最大抖动百分比，K为PRI箱的总个数。
第k个PRI箱的中心坐标为：
τk＝(k-0.5)b+τmin k＝1,2,,K (15)
其中，
Figure BDA0002818562250000072
[τmin,τmax]为要研究的PRI范围。
第k个PRI箱的宽度为：bk＝max[b,2ετk]。
修正的PRI变换法的算法步骤：
(1)设置初始值，Dk＝0(1≤k≤K)，m＝2；
(2)令n＝m-1；
(3)令τ＝tm-tn，若τ＜(1-ε)τmin则进入步骤(11)，若τ＞(1+ε)τmax则进入步骤(12)，否则进入步骤(4)。
(4)计算PRI箱范围。第k个PRI箱的中心位置为τk，宽度为bk＝max[b,2ετk]。
Figure BDA0002818562250000081
其中
Figure BDA0002818562250000082
1≤k1,k2≤K。
(5)对[k1,k2]中每个k进行第(6)到第(10)步；
(6)初始化时间起点。若第一次使用第k个PRI箱，则设Ok＝tn；
(7)计算初始相位：
Figure BDA0002818562250000083
并将其分解为：η0＝υ(1+ζ)，υ为最接近η0的整数，
Figure BDA0002818562250000084
(8)改变时间起点。如果①υ＝1且tm＝Ok；②υ＝2且|ζ|≤ζ0；这两个条件满足其中之一，那么Ok＝tn；
(9)更新相位：
Figure BDA0002818562250000085
(10)计算Dk的值：
Figure BDA0002818562250000086
(11)令n＝n-1，若n≥1则返回步骤(3)；
(12)令m＝m+1，若m＞N则对所有超过门限的PRI值进行序列检索，算法结束；否则进入步骤(2)。
第二级PRI变换流程图参见图4。
第二级脉冲序列检索
第二级脉冲序列检索是根据第二级PRI变换法分选出的目标PRI值和雷达脉冲序列中的任意两个脉冲的到达时间(TOA)之差，使得系统能从雷达脉冲序列中检索出重频抖动雷达所包含的各自的脉冲序列的过程。
第二级脉冲序列检索具体过程如下：
(1)检索脉冲序列中的任意两个脉冲，若它们的TOA之差满足第二级PRI变换法分选出的目标PRI值，则将这两个脉冲划分到该目标PRI值所对应的雷达序列；
(2)对(1)中各部雷达初步检索的脉冲序列进行重复脉冲个数检测，将高重复率的雷达序列判定为虚警雷达，并删除该雷达对应的分选信息(包括分选得到的PRI值和检索得到的脉冲序列)；
(3)找到各部雷达脉冲序列之间的重复脉冲，根据每部雷达各自的PRI值的特征，判断重复脉冲所属的雷达脉冲序列，并从其他的雷达脉冲序列中剔除该重复脉冲；
(4)根据(3)中检索出各部雷达的脉冲序列，分别重新计算各部雷达的准确PRI值和抖动参数。
第二级脉冲序列检索流程图参见图5。
将第一级脉冲序列检索和第二级脉冲序列检索中测得的各部雷达的EDW信息和各自的脉冲序列传输到显控界面实现综合显示的功能。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种分级PRI变换的雷达信号分选和脉冲序列提取系统，其特征在于：具体方法如下：第一级PRI变换——第一级脉冲序列检索——第二级PRI变换——第二级脉冲序列检索，然后将第一级脉冲序列检索和第二级脉冲序列检索中测得的各部雷达的EDW信息和各自的脉冲序列传输到显控界面实现综合显示的功能。
2.根据权利要求1所述的一种分级PRI变换的雷达信号分选和脉冲序列提取系统，其特征在于：所述第一级PRI变换使用传统的PRI变换法，用来对雷达脉冲序列中的固定重频信号和重频参差信号进行分选。
3.根据权利要求1所述的一种分级PRI变换的雷达信号分选和脉冲序列提取系统，其特征在于：所述第一级脉冲序列检索是根据第一级PRI变换法分选出的目标PRI值和雷达脉冲序列中的任意两个脉冲的到达时间TOA之差，使得系统能从雷达脉冲序列中检索出固定重频雷达和重频参差雷达所包含的各自的脉冲序列。
4.根据权利要求1所述的一种分级PRI变换的雷达信号分选和脉冲序列提取系统，其特征在于：所述第二级PRI变换使用修正的PRI变换法，用来对第一级序列检索后剩余脉冲序列中的重频抖动信号进行分选。
5.根据权利要求1所述的一种分级PRI变换的雷达信号分选和脉冲序列提取系统，其特征在于：所述第二级脉冲序列检索是根据第二级PRI变换法分选出的目标PRI值和雷达脉冲序列中的任意两个脉冲的到达时间TOA之差，使得系统能从雷达脉冲序列中检索出重频抖动雷达所包含的各自的脉冲序列。
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