陳 楊，陳新年，顏振亞，鄔 誠，劉曉峰

(南京電子技術(shù)研究所, 南京 210039)

·電子對(duì)抗·

一種綜合雷達(dá)信號(hào)偵察預(yù)處理方法

陳 楊，陳新年，顏振亞，鄔 誠，劉曉峰

(南京電子技術(shù)研究所, 南京 210039)

針對(duì)現(xiàn)代電子戰(zhàn)日益復(fù)雜、密集的電磁環(huán)境下雷達(dá)信號(hào)的偵收分選面臨著的嚴(yán)峻考驗(yàn)，提出分層分級(jí)把環(huán)境信號(hào)脈沖描述字?jǐn)?shù)據(jù)流進(jìn)行分類綜合預(yù)處理的方法，稀釋脈沖數(shù)據(jù)流以減輕后續(xù)信號(hào)分選的壓力，介紹了基于信號(hào)的方位、頻率、脈寬等參數(shù)預(yù)處理的流程，對(duì)已知信號(hào)預(yù)處理和未知信號(hào)預(yù)處理要點(diǎn)做了說明，并通過仿真驗(yàn)證了該方法的正確性和有效性。

預(yù)處理；脈沖描述字；信號(hào)分選

0 引 言

隨著雷達(dá)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，常規(guī)體制及頻率分集、頻率捷變、脈沖多普勒、相控陣等特殊體制的多種體制雷達(dá)并存。一方面，雷達(dá)信號(hào)樣式復(fù)雜多變，甚至存在多種工作方式及多種工作波形參數(shù)隨機(jī)變化的多功能雷達(dá)；另一方面，隨著雷達(dá)數(shù)目的增多，無源偵收系統(tǒng)面臨著日益復(fù)雜的高脈沖密度的電磁環(huán)境，雷達(dá)信號(hào)截獲、偵收、分選、跟蹤面臨著越來越嚴(yán)峻的考驗(yàn)[1-2]。電子支援措施(ESM)雷達(dá)信號(hào)處理指對(duì)偵收到的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行偵察處理的過程，主要包括雷達(dá)信號(hào)預(yù)分選、信號(hào)主分選、參數(shù)測(cè)量、雷達(dá)識(shí)別等[3]。信號(hào)預(yù)處理主要針對(duì)參數(shù)測(cè)量電路輸出的雷達(dá)信號(hào)脈沖描述字，結(jié)合已知雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)庫以及未知雷達(dá)先驗(yàn)知識(shí)相關(guān)內(nèi)容，對(duì)輸入信號(hào)流進(jìn)行預(yù)分選，輸出匹配之后的脈沖描述字信息存儲(chǔ)到相應(yīng)的脈沖描述字(PDW)數(shù)據(jù)緩存區(qū)，供后續(xù)主分選進(jìn)行脈沖重復(fù)間隔(PRI)分選、參數(shù)估計(jì)、檢測(cè)識(shí)別等。

由于不同用途或功能的雷達(dá)偵察系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)信號(hào)處理的時(shí)間要求也各不相同，對(duì)電子情報(bào)(ELINT)系統(tǒng)而言允許有較長(zhǎng)的信號(hào)處理時(shí)間，而ESM 系統(tǒng)由于其信號(hào)處理結(jié)果需要介入戰(zhàn)場(chǎng)指揮決策，需要實(shí)時(shí)信號(hào)處理。雷達(dá)信號(hào)處理的時(shí)間主要取決于輸入的輻射源數(shù)目、類型復(fù)雜程度、雷達(dá)輻射信號(hào)環(huán)境的脈沖密度等，雷達(dá)輻射源先驗(yàn)知識(shí)的數(shù)量與質(zhì)量對(duì)偵察處理時(shí)間影響較大。隨著大規(guī)模集成電路現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA)的發(fā)展，可借助大規(guī)模邏輯器件并行處理的特性，大大提高雷達(dá)信號(hào)的預(yù)分選效率，從而稀釋前端信號(hào)密度，縮短信號(hào)處理的響應(yīng)時(shí)間。

雷達(dá)信號(hào)預(yù)處理需要響應(yīng)速度快，為了確保高脈沖密度數(shù)據(jù)流進(jìn)入信號(hào)處理不阻塞，針對(duì)預(yù)處理的需求特點(diǎn)，將雷達(dá)輻射源信息分為無用目標(biāo)、有用已知、未知信號(hào)幾類，提出分層分級(jí)進(jìn)行輸入PDW數(shù)據(jù)分類綜合預(yù)處理的方法，可有效稀釋前端輸入高脈沖密度數(shù)據(jù)流，提高信號(hào)分選效率。

1 ESM雷達(dá)信號(hào)預(yù)處理基本原理

ESM雷達(dá)信號(hào)預(yù)處理的主要作用是對(duì)前端輸入的高脈沖密度數(shù)據(jù)流進(jìn)行稀釋，緩解后端主處理的壓力，主要包括已知信號(hào)預(yù)處理與未知信號(hào)預(yù)處理[4]。

已知信號(hào)預(yù)處理包括無用目標(biāo)阻塞與有用信號(hào)匹配關(guān)聯(lián)，相應(yīng)的已知雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)庫包括無用目標(biāo)數(shù)據(jù)庫以及有用目標(biāo)數(shù)據(jù)庫。已知信號(hào)預(yù)處理采用兩級(jí)匹配，首先，對(duì)己方或友方無用雷達(dá)信號(hào)目標(biāo)進(jìn)行阻塞，對(duì)數(shù)據(jù)流初步稀釋，將與無用目標(biāo)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配成功的特征信號(hào)子流直接進(jìn)行濾除，不進(jìn)入下一級(jí)；然后，經(jīng)過第一級(jí)阻塞的信號(hào)PDW數(shù)據(jù)流再與有用目標(biāo)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，從中分離出符合已知雷達(dá)特征的信號(hào)子流，輸出到已知雷達(dá)信號(hào)預(yù)處理緩存區(qū)進(jìn)行存儲(chǔ)，供主分選進(jìn)行讀取分析，主要原理框圖如圖1所示。

一般而言，雷達(dá)信號(hào)匹配數(shù)據(jù)庫的特征參數(shù)內(nèi)容需要考慮到實(shí)時(shí)性、平穩(wěn)性與聚集性的要求。對(duì)于輻射源檢測(cè)，雷達(dá)方位參數(shù)不受輻射源信號(hào)本身影響，在短時(shí)間上幾乎是不變的，是最好的分選參數(shù)；對(duì)于固定頻率、頻率分集、相參的捷變頻等雷達(dá)信號(hào)，頻率參數(shù)具有較好的聚集性，短時(shí)間內(nèi)一般不會(huì)偏差太大，也是較好的分選參數(shù)；對(duì)于時(shí)域不重疊的雷達(dá)信號(hào)，脈寬參數(shù)聚集性較好，也可作為雷達(dá)數(shù)據(jù)庫的匹配參數(shù)；雷達(dá)脈內(nèi)細(xì)微特征參數(shù)是雷達(dá)個(gè)體的“指紋參數(shù)”，對(duì)于具有脈內(nèi)特征識(shí)別的偵察系統(tǒng)，可將該參數(shù)納入雷達(dá)數(shù)據(jù)庫的匹配參數(shù)。而脈幅、脈沖重復(fù)周期一般作為主信號(hào)處理參數(shù)，不作為預(yù)處理的匹配參數(shù)。所以，對(duì)于一般偵察系統(tǒng)而言，雷達(dá)信號(hào)匹配數(shù)據(jù)庫主要采用方位、頻率、脈寬三參數(shù)[5-7]。

經(jīng)已知信號(hào)預(yù)處理之后的剩余脈沖數(shù)據(jù)流再進(jìn)行未知信號(hào)預(yù)處理。根據(jù)雷達(dá)知識(shí)庫的先驗(yàn)知識(shí)，進(jìn)行方位、頻率分區(qū)，每個(gè)分區(qū)小盒內(nèi)存儲(chǔ)一定數(shù)目的脈沖，供主分選進(jìn)行讀取分析，主分選進(jìn)行檢測(cè)、參數(shù)估計(jì)與識(shí)別，輸出輻射源描述字(EDW)數(shù)據(jù)流送數(shù)據(jù)處理。

2 信號(hào)預(yù)處理

現(xiàn)代電子戰(zhàn)電磁環(huán)境日趨復(fù)雜密集，本文提出的信號(hào)預(yù)處理方法對(duì)高密度環(huán)境下的PDW數(shù)據(jù)流進(jìn)行分層分級(jí)處理。首先，對(duì)無需關(guān)注的輻射源進(jìn)行無用目標(biāo)阻塞，濾除無需關(guān)注目標(biāo)，進(jìn)行輻射源數(shù)據(jù)流第一級(jí)稀釋；其次，進(jìn)行已知目標(biāo)信號(hào)關(guān)聯(lián)處理，將已知目標(biāo)與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，匹配成功的輸出至已知目標(biāo)緩存供主分選進(jìn)行檢測(cè)、參數(shù)估計(jì)，對(duì)輻射源數(shù)據(jù)流進(jìn)行第二級(jí)稀釋；然后，將剩余脈沖數(shù)據(jù)流進(jìn)行未知信號(hào)預(yù)處理，將其根據(jù)不同的參數(shù)匹配劃分到不同的數(shù)據(jù)區(qū)，后續(xù)主分選進(jìn)行PRI估計(jì)，檢測(cè)識(shí)別等。

2.1 無用目標(biāo)阻塞電路

無用目標(biāo)阻塞電路用于對(duì)無需關(guān)注的目標(biāo)，比如己方、友方雷達(dá)信號(hào)或無需關(guān)注的方位、頻段等進(jìn)行PDW濾除，阻塞成功的雷達(dá)信號(hào)對(duì)應(yīng)的PDW數(shù)據(jù)不參加后續(xù)的分選分析，用以減輕后續(xù)信號(hào)處理的壓力。無用目標(biāo)阻塞電路的方位、頻段設(shè)定需要與關(guān)注目標(biāo)的參數(shù)不重疊，以免信號(hào)丟失。

圖2 無用目標(biāo)阻塞電路

2.2 已知信號(hào)關(guān)聯(lián)比較電路

已知信號(hào)關(guān)聯(lián)比較電路用于對(duì)已知目標(biāo)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行快速匹配，將參數(shù)匹配符合條件的PDW數(shù)據(jù)流輸入到對(duì)應(yīng)的PDW數(shù)據(jù)緩存區(qū)，供后續(xù)主分選進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)、參數(shù)測(cè)量與識(shí)別。早期的關(guān)聯(lián)比較器是將參數(shù)逐級(jí)比較判別，效率較低，隨著FPGA的發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)多通道多參數(shù)并行快速匹配，大大提高了處理效率[8]。一般已知目標(biāo)數(shù)量為幾十個(gè)，將各個(gè)已知目標(biāo)的方位、頻率、脈寬參數(shù)的上下限分別存儲(chǔ)在FPGA的內(nèi)部隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)中，經(jīng)多路PDW濾波之后，輸出匹配成功后的PDW數(shù)據(jù)流存儲(chǔ)到外部隨機(jī)存儲(chǔ)器。

圖3 已知目標(biāo)預(yù)處理電路

2.3 未知信號(hào)預(yù)處理

經(jīng)已知目標(biāo)預(yù)處理之后的剩余脈沖數(shù)據(jù)流，送至未知信號(hào)預(yù)處理，未知信號(hào)預(yù)處理按照雷達(dá)信號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)，按照方位、頻率二維參數(shù)進(jìn)行分區(qū)，每個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)可視為一個(gè)小盒，將剩余PDW根據(jù)參數(shù)匹配存儲(chǔ)至不同的數(shù)據(jù)區(qū)小盒內(nèi)，再由信號(hào)主分選對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)小盒內(nèi)的PDW數(shù)據(jù)流進(jìn)行PRI統(tǒng)計(jì)、檢測(cè)與參數(shù)測(cè)量，如圖4所示。

圖4 未知信號(hào)預(yù)處理電路

未知雷達(dá)信號(hào)知識(shí)庫的匹配參數(shù)選取與已知雷達(dá)數(shù)據(jù)庫類似，一般考慮方位、頻率以及脈寬參數(shù)。每個(gè)雷達(dá)數(shù)據(jù)區(qū)小盒除了要考慮完備性、正交性之外，要盡量使得同一部雷達(dá)的PDW數(shù)據(jù)在預(yù)分選之后被分在同一個(gè)數(shù)據(jù)小盒內(nèi)。常用小盒的參數(shù)劃分主要有均勻劃分與非均勻劃分，均勻劃分比較簡(jiǎn)單，被許多雷達(dá)偵察系統(tǒng)采用。非均勻劃分考慮到實(shí)際雷達(dá)參數(shù)的分布,較均勻劃分更為合理，一般按照經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定。

3 仿真分析

通過在同一方位中頻模擬輸入八部頻率不同的常規(guī)雷達(dá)信號(hào)，脈寬參數(shù)分別為：16 μs, 15 μs, 14 μs, 13μs, 12μs, 11μs, 10μs, 9μs; PRI參數(shù)分別為：8 090 μs, 8 070 μs, 8 050 μs, 8 030 μs, 8 010 μs, 7 990 μs，7 980 μs, 7 970 μs。經(jīng)過預(yù)處理之后輸出的結(jié)果如圖5、圖6所示。圖5為輸入PDW數(shù)據(jù)流，經(jīng)過預(yù)處理之后，不同脈寬、頻率分布的PDW數(shù)據(jù)脈沖個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)。

圖5 預(yù)分選輸出脈沖個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

圖6為不同二維參數(shù)組合情況下，預(yù)處理之后輸出的PDW脈沖分布統(tǒng)計(jì)，圖6a)為按照頻率、幅度二維分區(qū)，8部雷達(dá)信號(hào)PDW數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的頻率、幅度參數(shù)分布情況；圖6b)為按照頻率、脈寬二維分區(qū)8部雷達(dá)信號(hào)PDW數(shù)據(jù)分布情況，由圖可以看出，8部雷達(dá)信號(hào)的PDW數(shù)據(jù)分布于8個(gè)不同頻率、脈寬參數(shù)的小盒區(qū)域內(nèi)；圖6c)為按照頻率、方位二維分區(qū)預(yù)處理后PDW數(shù)據(jù)分布情況，由圖可見，8部雷達(dá)信號(hào)的PDW數(shù)據(jù)流分布于8個(gè)方位相同、頻率參數(shù)不同的小盒區(qū)域內(nèi)；圖6d)為8部雷達(dá)信號(hào)頻率與處理信道的對(duì)應(yīng)關(guān)系。未知信號(hào)預(yù)處理采用頻率、方位二維分區(qū)，即對(duì)應(yīng)圖6c)的情況。

圖6 預(yù)分選輸出二維參數(shù)脈沖分布統(tǒng)計(jì)圖

經(jīng)過雷達(dá)信號(hào)預(yù)處理后，主分選可通過對(duì)不同小盒內(nèi)的PDW數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)分析處理。對(duì)圖5、圖6進(jìn)行分析可知，信號(hào)預(yù)分選采用分層分級(jí)處理之后，對(duì)前端輸入的脈沖密度數(shù)據(jù)流進(jìn)行有效的稀釋，一定參數(shù)范圍內(nèi)的雷達(dá)脈沖PDW數(shù)據(jù)聚集性好，而后續(xù)信號(hào)主分選對(duì)已知范圍頻率、方位等參數(shù)小盒內(nèi)的脈沖PDW數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，降低了分選難度，提高了分選效率與可靠性，滿足了實(shí)時(shí)性的要求。多參數(shù)并行處理的架構(gòu)較傳統(tǒng)串行參數(shù)匹配處理，具有參數(shù)修改靈活，處理速度高，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了雷達(dá)信號(hào)偵收分選效率。

4 結(jié)束語

隨著電磁環(huán)境的日益復(fù)雜，雷達(dá)信號(hào)預(yù)分選對(duì)高密度的PDW數(shù)據(jù)流進(jìn)行稀釋，從而緩解后端主分選的壓力。本文介紹了一種雷達(dá)信號(hào)預(yù)分選的方法，對(duì)輸入信號(hào)分別進(jìn)行無用目標(biāo)阻塞，對(duì)已知和未知信號(hào)進(jìn)行預(yù)分選，預(yù)分選輸出結(jié)果按照一定格式存儲(chǔ)。信號(hào)主處理通過讀取信號(hào)預(yù)處理PDW數(shù)據(jù)緩存區(qū)的相應(yīng)內(nèi)容，進(jìn)行信號(hào)主分選，并形成相應(yīng)輻射源描述字。該方法在高密度復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)電磁條件下可實(shí)現(xiàn)高可靠性、實(shí)時(shí)脈沖信號(hào)預(yù)分選，在工程實(shí)現(xiàn)中具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

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陳 楊 女，1981年生，碩士，工程師。研究方向?yàn)殡娮訉?duì)抗總體技術(shù)，無源偵收技術(shù)。

陳新年 男，1978年生，碩士，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)殡娮訉?duì)抗總體技術(shù)。

顏振亞 男，1980年生，博士，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)殡娮訉?duì)抗總體技術(shù)。

鄔 誠 男，1981年生，碩士，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)殡娮訉?duì)抗總體技術(shù)。

劉曉峰 男，1983年生，碩士，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)橥ㄐ判畔⑾到y(tǒng)技術(shù)。

A Method of Integrated Radar Signal Reconnaissance Pretreatment

CHEN Yang，CHEN Xinnian，YAN Zhenya，WU Cheng, LIU Xiaofeng

(Nanjing Research Institute of Electronics Technology, Nanjing 210039, China)

In view of the increasingly complex electromagnetic environment in the modern battlefield, radar signal sorting is facing severe challenges, put forward the hierarchical classification the environment signal PDW dataflow synthetically pretreatment method to dilute the dataflow then reduce the stress of the follow-up signal sorting, briefly introduced the presorting of radar signal processing flow based on the orientation of signal, the frequency and pulse width parameter, and explains several main points of the known signal preprocessing and the unknown signal preprocessing, the correctness and effectiveness is validated by computer simulation.

presorting of radar signal; pulse description words; radar signal sorting

10.16592/ j.cnki.1004-7859.2016.04.018

陳楊 Email：2426043128@qq.com

2015-11-02

2016-01-15

TN957.51

A

1004-7859(2016)04-0078-04