CN116400302A - 一种雷达信号接收处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种雷达信号接收处理方法,涉及雷达信号处理技术领域,包括以下步骤:接收雷达信号并进行预处理,得到标准雷达信号;对标准雷达信号进行特征提取,得到信号特征参数;构建雷达信号聚类模型,将标准雷达信号的信号特征参数输入至雷达信号聚类模型中,对标准雷达信号进行特征聚类分析,完成雷达信号接收处理。该雷达信号接收处理方法将杂波功率和双谱特征作为信号特征参数,其能有效反映雷达信号的性能,将两个信号特征参数输入至雷达信号聚类模型中,进行降维处理和特征聚类,突出不同信号特征的差异,可以准确地得到雷达信号所属类别,改进了信号识别精度。
Description
技术领域
本发明涉及雷达信号处理技术领域,具体而言,涉及一种雷达信号接收处理方法。
背景技术
随着雷达技术的发展,获取雷达信号面临的电磁环境越来越复杂,雷达信号在传播过程和接收处理过程中不可避免地会受到各种噪声的干扰,信噪比的变换范围很大,导致同一类信号的特征样本严重分散,如果特征样本分散程度太大,还会致使分类识别的信号类别数增加,从而增大分类识别的错误概率。而雷达信号处理是指对观测信号进行分析、变换和综合等处理,具有抑制非期望信号、增强有用信号、估计信号的特征参数或信号模数间转换的功能。
传统的雷达信号处理常用的方法有脉冲压缩、积累、动目标、旁瓣相消、数字波束形成和恒虚警检测等,但这些常用方法无法准确处理具有丰富多样调制模式且具有干扰噪声的雷达信号,且不能很好地实现分类。
发明内容
本发明的目的在于提供一种雷达信号接收处理方法。
本发明的实施例通过以下技术方案实现:
一种雷达信号接收处理方法包括以下步骤:
接收雷达信号并进行预处理,得到标准雷达信号;
对标准雷达信号进行特征提取,得到信号特征参数;
构建雷达信号聚类模型,将标准雷达信号的信号特征参数输入至雷达信号聚类模型中,对标准雷达信号进行特征聚类分析,完成雷达信号接收处理。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果:
(1)该雷达信号接收处理方法通过构建信号校正模型和设定参考频带区间,依次完成对雷达信号的校正处理和频率偏移处理,可以滤除干扰成分,完成信号校正,保证后续步骤提取信号特征参数的准确性;
(2)该雷达信号接收处理方法将杂波功率和双谱特征作为信号特征参数,其能有效反映雷达信号的性能,将两个信号特征参数输入至雷达信号聚类模型中,进行降维处理和特征聚类,突出不同信号特征的差异,可以准确地得到雷达信号所属类别,改进了信号识别精度。
进一步地,接收雷达信号并进行预处理,得到标准雷达信号,包括以下步骤:
构建信号校正模型,将接收的雷达信号输入至信号校正模型中,进行频率校正,得到校正雷达信号;
设定校正雷达信号的参考频带区间,并剔除校正雷达信号中不属于参考频带区间的频率成分,得到标准雷达信号。
上述进一步方案的有益效果是:在本发明中,直接接收的雷达信号可能存在噪声干扰,因此采用信号校正模型对雷达信号进行初步校正。校正后的雷达信号可能存在频率偏移,因此设定参考频带区间,将不属于参考频带区间的频率成分剔除,减少干扰,保证后续步骤对信号处理的准确性。
进一步地,信号校正模型S的表达式为:
式中,C表示光速,R c表示参考雷达信号与电磁波发射点之间的径向距离,R表示雷达信号与电磁波发射点之间的径向距离,sinc[·]表示辛格函数运算,τ表示回波时延,B表示雷达信号的带宽,f表示雷达信号的频率,T表示雷达信号的扫频区间,j表示虚数,exp[·]表示指数运算。
上述进一步方案的有益效果是:在本发明中,通过对接收的雷达信号的带宽、回波时延、频率和扫频区间等进行指数运算,并结合参考雷达信号进行辛格函数运算,构建信号校正模型,信号校正模型中包含参考雷达信号和接收的雷达信号的相关参数,可以有效滤除干扰成分。其中,表示参考雷达信号相对于电磁波发射点之间的延时时间,再结合其余参数,可以避免截取的信号段中含有噪声导致后续步骤提取参数不准确的情况。
进一步地,信号特征参数包括杂波功率和双谱特征。
进一步地,杂波功率P f的计算公式为:
式中,R表示雷达信号与电磁波发射点之间的径向距离,β表示遗忘因子,γ表示标准雷达信号的波长,P表示标准雷达信号的发射功率,log[·]表示对数函数运算。
上述进一步方案的有益效果是:在本发明中,雷达信号中的杂波通常表示不需要的回波,这些杂波功率可能比标准雷达信号的功率还强,扰乱雷达信号接收处理,因此通过对标准雷达信号的波长和发射功率等进行对数处理,计算得到杂波功率。
进一步地,双谱特征的提取方法具体为:对标准雷达信号进行分帧处理,得到若干帧雷达信号片段,并对各帧雷达信号片段进行傅里叶变换,根据进行傅里叶变换后的雷达信号片段计算双谱特征B(ω 1,ω 2),其计算公式为:
式中,N表示雷达信号片段个数,j表示虚数,ω 1表示第一傅里叶变换角频率,ω 2表示第二傅里叶变换角频率,B n表示第n帧雷达信号片段的带宽。
上述进一步方案的有益效果是:在本发明中,首先借助傅里叶变换,可以减少计算量,提高计算效率;提取的双谱特征可以反映标准雷达信号的统计信息,具有作为分类特征的潜力。
进一步地,雷达信号聚类模型包括输入单元、特征聚类单元和输出单元;
输入单元用于将杂波功率输入至雷达信号聚类模型,并利用杂波功率对标准雷达信号进行降维处理;
特征聚类单元用于对各帧雷达信号片段的双谱特征进行特征聚类,确定标准雷达信号所属类别;
输出单元用于输出标准雷达信号所属类别,完成雷达信号接收处理。
上述进一步方案的有益效果是:在本发明中,通过输入单元、特征聚类单元和输出单元依次进行降维处理和特征聚类,降维处理可以压缩数据,使标准雷达信号损失最大化,特征聚类可以丰富标准雷达信号特征,得到更有效的融合特征。
进一步地,输入单元对标准雷达信号进行降维处理的具体方法为:在标准雷达信号的杂波功率大于或等于参考雷达信号的杂波功率时,对标准雷达信号进行时域降维和空域降维。
进一步地,特征聚类单元进行特征聚类的具体方法为:将各帧雷达信号片段的双谱特征组成样本集,从样本集中随机选择一帧雷达信号片段的双谱特征作为初始聚类中心,并计算其余雷达信号频段的双谱特征与初始聚类中心之间的欧式距离,并根据欧式距离确定标准雷达信号所属类别。
上述进一步方案的有益效果是:在本发明中,进行特征聚类过程中,无需预先设定聚类个数,也无需凭借人工经验设定阈值参数,而是遍历每个雷达信号频段的双谱特征与初始聚类中心之间的欧式距离,不同的欧式距离可对应不同的类别,其聚类精确度高,算法复杂性低。
附图说明
图1为本发明实施例提供的雷达信号接收处理方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
如图1所示,本发明提供了一种雷达信号接收处理方法,包括以下步骤:
接收雷达信号并进行预处理,得到标准雷达信号;
对标准雷达信号进行特征提取,得到信号特征参数;
构建雷达信号聚类模型,将标准雷达信号的信号特征参数输入至雷达信号聚类模型中,对标准雷达信号进行特征聚类分析,完成雷达信号接收处理。
在本发明实施例中,接收雷达信号并进行预处理,得到标准雷达信号,包括以下步骤:
构建信号校正模型,将接收的雷达信号输入至信号校正模型中,进行频率校正,得到校正雷达信号;
设定校正雷达信号的参考频带区间,并剔除校正雷达信号中不属于参考频带区间的频率成分,得到标准雷达信号。
在本发明中,直接接收的雷达信号可能存在噪声干扰,因此采用信号校正模型对雷达信号进行初步校正。校正后的雷达信号可能存在频率偏移,因此设定参考频带区间,将不属于参考频带区间的频率成分剔除,减少干扰,保证后续步骤对信号处理的准确性。
在本发明实施例中,信号校正模型S的表达式为:
式中,C表示光速,R c表示参考雷达信号与电磁波发射点之间的径向距离,R表示雷达信号与电磁波发射点之间的径向距离,sinc[·]表示辛格函数运算,τ表示回波时延,B表示雷达信号的带宽,f表示雷达信号的频率,T表示雷达信号的扫频区间,j表示虚数,exp[·]表示指数运算。
在本发明中,通过对接收的雷达信号的带宽、回波时延、频率和扫频区间等进行指数运算,并结合参考雷达信号进行辛格函数运算,构建信号校正模型,信号校正模型中包含参考雷达信号和接收的雷达信号的相关参数,可以有效滤除干扰成分。其中,表示参考雷达信号相对于电磁波发射点之间的延时时间,再结合其余参数,可以避免截取的信号段中含有噪声导致后续步骤提取参数不准确的情况。
在本发明实施例中,信号特征参数包括杂波功率和双谱特征。
在本发明实施例中,杂波功率P f的计算公式为:
式中,R表示雷达信号与电磁波发射点之间的径向距离,β表示遗忘因子,γ表示标准雷达信号的波长,P表示标准雷达信号的发射功率,log[·]表示对数函数运算。
在本发明中,雷达信号中的杂波通常表示不需要的回波,这些杂波功率可能比标准雷达信号的功率还强,扰乱雷达信号接收处理,因此通过对标准雷达信号的波长和发射功率等进行对数处理,计算得到杂波功率。
在本发明实施例中,双谱特征的提取方法具体为:对标准雷达信号进行分帧处理,得到若干帧雷达信号片段,并对各帧雷达信号片段进行傅里叶变换,根据进行傅里叶变换后的雷达信号片段计算双谱特征B(ω 1,ω 2),其计算公式为:
式中,N表示雷达信号片段个数,j表示虚数,ω 1表示第一傅里叶变换角频率,ω 2表示第二傅里叶变换角频率,B n表示第n帧雷达信号片段的带宽。
在本发明中,首先借助傅里叶变换,可以减少计算量,提高计算效率;提取的双谱特征可以反映标准雷达信号的统计信息,具有作为分类特征的潜力。
在本发明实施例中,雷达信号聚类模型包括输入单元、特征聚类单元和输出单元;
输入单元用于将杂波功率输入至雷达信号聚类模型,并利用杂波功率对标准雷达信号进行降维处理;
特征聚类单元用于对各帧雷达信号片段的双谱特征进行特征聚类,确定标准雷达信号所属类别;
输出单元用于输出标准雷达信号所属类别,完成雷达信号接收处理。
在本发明中,通过输入单元、特征聚类单元和输出单元依次进行降维处理和特征聚类,降维处理可以压缩数据,使标准雷达信号损失最大化,特征聚类可以丰富标准雷达信号特征,得到更有效的融合特征。
在本发明实施例中,输入单元对标准雷达信号进行降维处理的具体方法为:在标准雷达信号的杂波功率大于或等于参考雷达信号的杂波功率时,对标准雷达信号进行时域降维和空域降维。
在本发明实施例中,特征聚类单元进行特征聚类的具体方法为:将各帧雷达信号片段的双谱特征组成样本集,从样本集中随机选择一帧雷达信号片段的双谱特征作为初始聚类中心,并计算其余雷达信号频段的双谱特征与初始聚类中心之间的欧式距离,并根据欧式距离确定标准雷达信号所属类别。
在本发明中,进行特征聚类过程中,无需预先设定聚类个数,也无需凭借人工经验设定阈值参数,而是遍历每个雷达信号频段的双谱特征与初始聚类中心之间的欧式距离,不同的欧式距离可对应不同的类别,其聚类精确度高,算法复杂性低。得到的雷达信号例如2FSK信号、4FSK信号、BPSK信号、EQFM信号、FRANK信号、LFM信号和SFM信号等。
以上仅为本发明的优选实施例而已,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。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 (9)
1.一种雷达信号接收处理方法,其特征在于,包括以下步骤:
接收雷达信号并进行预处理,得到标准雷达信号;
对标准雷达信号进行特征提取,得到信号特征参数;
构建雷达信号聚类模型,将标准雷达信号的信号特征参数输入至雷达信号聚类模型中,对标准雷达信号进行特征聚类分析,完成雷达信号接收处理。
2.根据权利要求1所述的雷达信号接收处理方法,其特征在于:所述接收雷达信号并进行预处理,得到标准雷达信号,包括以下步骤:
构建信号校正模型,将接收的雷达信号输入至信号校正模型中,进行频率校正,得到校正雷达信号;
设定校正雷达信号的参考频带区间,并剔除校正雷达信号中不属于参考频带区间的频率成分,得到标准雷达信号。
4.根据权利要求1所述的雷达信号接收处理方法,其特征在于:所述信号特征参数包括杂波功率和双谱特征。
7.根据权利要求4所述的雷达信号接收处理方法,其特征在于:所述雷达信号聚类模型包括输入单元、特征聚类单元和输出单元;
所述输入单元用于将杂波功率输入至雷达信号聚类模型,并利用杂波功率对标准雷达信号进行降维处理;
所述特征聚类单元用于对各帧雷达信号片段的双谱特征进行特征聚类,确定标准雷达信号所属类别;
所述输出单元用于输出标准雷达信号所属类别,完成雷达信号接收处理。
8.根据权利要求7所述的雷达信号接收处理方法,其特征在于:所述输入单元对标准雷达信号进行降维处理的具体方法为:在标准雷达信号的杂波功率大于或等于参考雷达信号的杂波功率时,对标准雷达信号进行时域降维和空域降维。
9.根据权利要求7所述的雷达信号接收处理方法,其特征在于:所述特征聚类单元进行特征聚类的具体方法为:将各帧雷达信号片段的双谱特征组成样本集,从样本集中随机选择一帧雷达信号片段的双谱特征作为初始聚类中心,并计算其余雷达信号频段的双谱特征与初始聚类中心之间的欧式距离,并根据欧式距离确定标准雷达信号所属类别。
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