嚴(yán) 勇，劉瑞豐，王海劍

(解放軍91650部隊(duì)，廣東 廣州 510320)

0 引 言

現(xiàn)代雷達(dá)為達(dá)到抗干擾、低截獲等效果往往采用復(fù)雜體制。復(fù)雜體制的一個(gè)重要表現(xiàn)就是雷達(dá)各種參數(shù)的變化多，變化快。例如采用捷變模式的復(fù)雜雷達(dá)，頻率的捷變使雷達(dá)載頻范圍和帶寬擴(kuò)大，可抗瞄準(zhǔn)式干擾和提高雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)能力。復(fù)雜體制雷達(dá)導(dǎo)致脈沖序列變化多，數(shù)據(jù)量大，簡(jiǎn)單的參數(shù)比對(duì)和記錄不能完全表征雷達(dá)參數(shù)的特征。文獻(xiàn)[1]提出基于多脈沖的雷達(dá)個(gè)體識(shí)別技術(shù)，主要是基于頻率穩(wěn)定度，以及脈沖重復(fù)間隔穩(wěn)定度進(jìn)行個(gè)體識(shí)別，但都是基于單個(gè)脈沖參數(shù)，無(wú)法體現(xiàn)多個(gè)脈沖參數(shù)的特點(diǎn)。文獻(xiàn)[2]采用統(tǒng)計(jì)的方法，總結(jié)脈沖間的規(guī)律，來(lái)體現(xiàn)雷達(dá)個(gè)體的差異，但是不能對(duì)脈沖序列進(jìn)行描述?；诿}沖數(shù)據(jù)流的方法可根據(jù)脈沖數(shù)據(jù)流的特征描述雷達(dá)個(gè)體差異，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)輻射源的個(gè)體識(shí)別。

1 基于脈沖數(shù)據(jù)流的個(gè)體識(shí)別方法原理

1.1 脈沖數(shù)據(jù)流的定義

脈沖數(shù)據(jù)流是指雷達(dá)根據(jù)其變化的全脈沖參數(shù)值，構(gòu)成的一系列不同參數(shù)值的數(shù)據(jù)集合。根據(jù)脈沖雷達(dá)常規(guī)參數(shù)的數(shù)量，可得到雷達(dá)參數(shù)種類集合：Zm={A1,A2,A3,…,Am}，m為雷達(dá)脈沖參數(shù)個(gè)數(shù)。雷達(dá)其中一個(gè)脈沖參數(shù)值的集合可表示為ALn={AL1,AL2,AL3,…,ALn}，為雷達(dá)脈沖參數(shù)AL的值脈沖儲(chǔ)備序列，其中n為參數(shù)AL的脈沖序列個(gè)數(shù)。雷達(dá)脈沖參數(shù)一般包含載頻、重復(fù)間隔、脈寬、幅度等參數(shù)。載頻集合A1i={A11,A12,A13,…,A1i}，為雷達(dá)脈沖參數(shù)A1載頻值的儲(chǔ)備序列，其中i為載頻值的序列個(gè)數(shù)。重復(fù)間隔集合A2j={A21,A2,A23,…,A2j}，為雷達(dá)脈沖參數(shù)A2重復(fù)間隔值的儲(chǔ)備序列，其中j為重復(fù)間隔值的序列個(gè)數(shù)。脈寬集合A3k={A31,A32,A33,…,A3k}，為雷達(dá)脈沖參數(shù)A3脈寬值的儲(chǔ)備序列，其中k為脈寬值的序列個(gè)數(shù)。假設(shè)發(fā)射脈沖序列選取L個(gè)脈沖參數(shù)種類，則發(fā)射脈沖數(shù)據(jù)流可表示為集合BM={B1,B2,B3,…,BL}，其中B1∈A1i，B2∈A2j，…，BL∈ALn。發(fā)射的脈沖數(shù)據(jù)流BM的序列總數(shù)量最大值M為所有脈沖參數(shù)個(gè)數(shù)的乘積，即M=i×j×k×…×n。

1.2 脈沖數(shù)據(jù)流的特性

脈沖數(shù)據(jù)流由多個(gè)脈沖特征參數(shù)綜合決定，具有數(shù)量的有限性、序列的差異性以及個(gè)體特征性。

脈沖數(shù)據(jù)流的有限性由每一個(gè)脈沖參數(shù)的數(shù)量有限性決定。對(duì)于捷變頻雷達(dá)，其載頻值的變化數(shù)量由雷達(dá)捷變值的大小決定。脈沖參數(shù)值的變化范圍由設(shè)備自身設(shè)計(jì)時(shí)決定，在一定范圍內(nèi)變化。

脈沖數(shù)據(jù)流的差異性體現(xiàn)在同型雷達(dá)脈沖序列的組合不同、不同型雷達(dá)脈沖參數(shù)值的不同2個(gè)方面。同型號(hào)雷達(dá)，脈沖參數(shù)的值可能相同，但脈沖序列組合方式不同，序列構(gòu)成就不同。不同型雷達(dá)一般在參數(shù)上有較大差異，能直接區(qū)分。

脈沖數(shù)據(jù)流的個(gè)體特征性是指同型雷達(dá)不同個(gè)體，使用的脈沖序列不同，即脈沖在相同參數(shù)變化范圍內(nèi)，使用的脈沖序列組合不同，體現(xiàn)出個(gè)體的差異。

1.3 脈沖數(shù)據(jù)流具備個(gè)體識(shí)別的條件

一是雷達(dá)脈沖參數(shù)具有可變性且參數(shù)值準(zhǔn)確度高。頻率捷變雷達(dá)具有類似特征，頻率值變化范圍從幾十兆到上百兆，頻率可選擇點(diǎn)數(shù)多。對(duì)于采用脈內(nèi)調(diào)制的脈沖，當(dāng)調(diào)制帶寬較大時(shí)，頻率值一般取中心值，由于接收設(shè)備存在各種誤差可導(dǎo)致中心頻率測(cè)不準(zhǔn)[3]，不建議該類型參數(shù)進(jìn)行脈沖數(shù)據(jù)流個(gè)體識(shí)別。一般要求脈內(nèi)調(diào)制帶寬小，得到的頻率精度和準(zhǔn)確度較高，脈沖參數(shù)比對(duì)的意義才較大。

二是不同脈沖參數(shù)需要組合，構(gòu)成多種脈沖序列。雷達(dá)參數(shù)一般是指載頻、重復(fù)間隔、脈寬等，可組合的參數(shù)序列組合樣式由載頻值數(shù)量、重復(fù)間隔值數(shù)量和脈寬值數(shù)量決定。多種參數(shù)組合變化可以構(gòu)成脈沖序列的多樣性，確保脈沖序列重復(fù)率低，可選擇性多。

三是不同個(gè)體有差異。不同雷達(dá)個(gè)體的載頻、重復(fù)間隔等參數(shù)的取值范圍不同，具體取值方式不同，得到的脈沖序列流組合就不同，形成的個(gè)體特征庫(kù)就不同，才能夠通過特征庫(kù)的匹配得到近似的雷達(dá)個(gè)體。

1.4 基于脈沖數(shù)據(jù)流的匹配識(shí)別方法

匹配識(shí)別方法是通過積累雷達(dá)個(gè)體脈沖序列組合，構(gòu)建個(gè)體識(shí)別特征庫(kù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)個(gè)體脈沖數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)與個(gè)體識(shí)別特征庫(kù)進(jìn)行脈沖流匹配，得到整個(gè)脈沖數(shù)據(jù)流的匹配度，從而得到最近似的雷達(dá)個(gè)體匹配結(jié)果。

2 基于脈沖數(shù)據(jù)流的個(gè)體識(shí)別流程

2.1 確定特征脈沖參數(shù)

不同型號(hào)雷達(dá)特征脈沖參數(shù)的選擇不同，如頻率捷變雷達(dá)，重復(fù)間隔也采用捷變，而脈寬為固定，則可選擇頻率和重復(fù)間隔作為特征脈沖參數(shù)。一般要求2個(gè)及以上特征參數(shù)，組合構(gòu)成脈沖序列流類型和數(shù)量較多，實(shí)際使用的選擇性較大。如下列雷達(dá)載頻值捷變有8個(gè)范圍段，可取值較多，重復(fù)間隔取值有5段，取值多，頻率與重復(fù)間隔可組合性強(qiáng)，脈沖參數(shù)序列多樣。

2.2 建立雷達(dá)個(gè)體脈沖序列特征庫(kù)

建立脈沖序列特征庫(kù)需要大量數(shù)據(jù)樣本，對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，得到所有脈沖序列組合。不同雷達(dá)選擇的脈沖特征參數(shù)不一樣，得到的參數(shù)特征庫(kù)內(nèi)容不同。

2.3 建立雷達(dá)個(gè)體脈沖序列圖譜

雷達(dá)脈沖序列圖譜就是脈沖序列的多維展示，以采用頻率和重復(fù)間隔2個(gè)脈沖參數(shù)的二維脈沖序列為例，構(gòu)建的脈沖數(shù)據(jù)圖譜為頻率和重復(fù)間隔二維圖。不同型號(hào)雷達(dá)特征圖譜參數(shù)使用不同，不具有可比性；同型號(hào)雷達(dá)不同雷達(dá)個(gè)體脈沖數(shù)據(jù)圖譜使用相同特征參數(shù)，但具體脈沖流數(shù)據(jù)不同，具有差異性，是能進(jìn)行個(gè)體識(shí)別的典型特征。

2.4 脈沖數(shù)據(jù)流快速個(gè)體識(shí)別

把樣本數(shù)據(jù)逐一與雷達(dá)特征序列庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行查找匹配，得到每組脈沖數(shù)據(jù)是否存在匹配，最后匯總所有脈沖數(shù)據(jù)，得到脈沖數(shù)據(jù)流與庫(kù)的匹配率，根據(jù)匹配結(jié)果選擇匹配率最高的雷達(dá)個(gè)體作為個(gè)體識(shí)別結(jié)果。根據(jù)不同個(gè)體特征庫(kù)的差異，可設(shè)置不同的匹配率作為最后是否匹配個(gè)體的結(jié)果。快速識(shí)別方法，能在實(shí)時(shí)獲取采集樣本的情況下，對(duì)樣本數(shù)據(jù)與多個(gè)特征庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，得到多個(gè)匹配結(jié)果，選擇匹配度最高的作為匹配結(jié)果。圖1為基于脈沖數(shù)據(jù)流的匹配識(shí)別方法原理圖。圖2、圖3為某型雷達(dá)頻率統(tǒng)計(jì)圖和重復(fù)間隔統(tǒng)計(jì)圖。

圖1 基于脈沖數(shù)據(jù)流的匹配識(shí)別方法原理圖

圖2 某型雷達(dá)頻率統(tǒng)計(jì)圖

圖3 某型雷達(dá)重復(fù)間隔統(tǒng)計(jì)圖

3 基于脈沖數(shù)據(jù)流的個(gè)體識(shí)別實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

脈沖數(shù)據(jù)流方法對(duì)脈沖數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度要求高。由于不同裝備采集數(shù)據(jù)的規(guī)范和方法不一樣，導(dǎo)致設(shè)備參數(shù)出現(xiàn)部分差異，需要將入庫(kù)數(shù)據(jù)與測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

一是要確定數(shù)據(jù)的真實(shí)性。入庫(kù)數(shù)據(jù)一般是確定的雷達(dá)個(gè)體目標(biāo)數(shù)據(jù)，判情要準(zhǔn)確無(wú)誤。參數(shù)的采集方法要適當(dāng)，得到的參數(shù)數(shù)據(jù)要準(zhǔn)確穩(wěn)定。測(cè)試數(shù)據(jù)一般為未知個(gè)體，數(shù)據(jù)不能進(jìn)行人為修改，確保匹配結(jié)果的準(zhǔn)確性。

二是剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。在設(shè)備采集數(shù)據(jù)過程中，會(huì)因?yàn)樵O(shè)備采集條件以及雷達(dá)個(gè)體位置距離等外界條件影響設(shè)備采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。需要對(duì)明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)以及信噪比差導(dǎo)致脈沖測(cè)不準(zhǔn)等引起的參數(shù)測(cè)量錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行清除操作。

三是調(diào)整參數(shù)精度。雷達(dá)脈沖參數(shù)中頻率測(cè)量的精度一般由設(shè)備自身接收機(jī)決定，在正常信噪比情況下的精度一般比較高，雷達(dá)脈沖重復(fù)間隔參數(shù)一般由設(shè)備通過到達(dá)時(shí)間差計(jì)算得到，主要由設(shè)備時(shí)鐘與脈沖到達(dá)時(shí)接收機(jī)狀態(tài)決定。偵察設(shè)備在實(shí)際工作中可能由于信噪比、相對(duì)位移、相對(duì)速度等因素導(dǎo)致設(shè)備測(cè)得的參數(shù)不準(zhǔn)，需要結(jié)合參數(shù)實(shí)際確定參數(shù)精度。

3.2 程序?qū)崿F(xiàn)

程序通過VS2013軟件環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)參數(shù)原始數(shù)據(jù)的入庫(kù)統(tǒng)計(jì)，建立雷達(dá)個(gè)體特征庫(kù)。通過MATAB畫圖程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)特征數(shù)據(jù)庫(kù)的畫圖，直觀查看特征數(shù)據(jù)庫(kù)的分布情況。

通過對(duì)樣本數(shù)據(jù)逐一匹配，統(tǒng)計(jì)得到所有樣本數(shù)據(jù)的總體匹配率，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本數(shù)據(jù)的多個(gè)匹配結(jié)果輸出。通過3部同型號(hào)雷達(dá)參數(shù)數(shù)據(jù)建庫(kù)，得到表1所示不同數(shù)據(jù)匹配比對(duì)結(jié)果。

4 該輻射源個(gè)體識(shí)別方法特點(diǎn)及存在問題

圖4 雷達(dá)特征庫(kù)數(shù)據(jù)分布

采用脈沖數(shù)據(jù)流的個(gè)體識(shí)別方法，能夠快速直觀地得到樣本數(shù)據(jù)和已知雷達(dá)個(gè)體的匹配度，以及樣本數(shù)據(jù)的個(gè)體識(shí)別結(jié)果，具有方法簡(jiǎn)單、特征效果直觀、識(shí)別準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)。但是其也存在一些問題：一是建庫(kù)需要大量樣本數(shù)據(jù)。由于脈沖數(shù)據(jù)多，需要針對(duì)每個(gè)個(gè)體收集大量個(gè)體雷達(dá)脈沖數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)得到完整的個(gè)體特征數(shù)據(jù)庫(kù)。個(gè)體特征數(shù)據(jù)庫(kù)越全，個(gè)體識(shí)別成功率越高。二是該方法限制條件多，適用面受限。該方法對(duì)脈沖參數(shù)的限制條件要求多，參數(shù)要求具有捷變等特性，部分雷達(dá)不適用。

表1 3部同型號(hào)雷達(dá)參數(shù)數(shù)據(jù)匹配比對(duì)結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)今對(duì)雷達(dá)個(gè)體的識(shí)別方法雖然有很多，但是每種方法都具有不同的適用性。本文針對(duì)脈沖數(shù)據(jù)流的方法以及其他關(guān)于脈沖內(nèi)部指紋信息[4]等方法達(dá)到的效果都比較有限。新體制雷達(dá)的不斷發(fā)展進(jìn)步，雷達(dá)脈沖序列組合以及脈沖內(nèi)部調(diào)制等方式日趨復(fù)雜，但脈沖內(nèi)部指紋信息差異性逐漸縮小，趨于固化，需要結(jié)合雷達(dá)具體型號(hào)、樣式、工作模式進(jìn)行不同的方法區(qū)分，也導(dǎo)致雷達(dá)輻射源個(gè)體識(shí)別方法的受限性越來(lái)越大。