相似性加权Δt直方图脉冲串去交错技术❋

廖辉荣，李国林

（1.海军航空工程学院研究生管理大队，山东烟台264001；2.海军航空工程学院战略导弹工程系，山东烟台264001）

相似性加权Δt直方图脉冲串去交错技术❋

廖辉荣1，李国林2

（1.海军航空工程学院研究生管理大队，山东烟台264001；2.海军航空工程学院战略导弹工程系，山东烟台264001）

电子情报数字化侦察接收机中，Δt直方图去交错方法在脉冲串数量较多和脉冲间隔抖动较大的复杂电磁环境下，不能得到满足数字化自动峰值处理的高度比。在分析一定纯净比下，以脉冲字参数向量相似性测度对间隔区间记数加权，建立加权复数直方图，对接收脉冲串进行去交错处理。经过仿真计算，加权复数直方图相比经典方法能明显提高去交错效果，更易于数字化自动峰值处理。

电子情报侦察；脉冲去交错；Δt直方图；相似性加权；自动峰值处理

1 引言

电子情报侦察经常涉及脉冲串去交错。当同时存在若干脉冲信号，而且这些连续的脉冲可能不是来自同一辐射源的时候，首先要进行的就是脉冲串去交错。脉冲串去交错是将同一辐射源的脉冲从交错的脉冲中分离出来，归并成脉冲组的过程，它是目前电子情报侦察面临的一个难点问题。

在电子对抗中，只有准确测量得到脉冲重复频率即脉冲发射周期之后，才能保证发射的多个干扰脉冲都能被干扰对象的接收机同步检测到。而脉冲重复频率的测量与脉冲去交错是交织在一起的过程，相辅相成。

在复杂战场电磁环境下，电磁信号密集、样式复杂、冲突激烈且动态交迭［1］，经典的脉冲串去交错技术已经不能满足实际应用的要求。文献［2］和文献［3］等，从脉冲重复间隔谱图的理论思路上进行了探索，可以有效解决错漏失锁的问题，提高有效间隔的捕获概率和并行处理的能力。但却附带产生了大量的谐频间隔，极大增加了计算量，且平抑了峰值的高度比，无法适用信息化环境下自动峰值处理。针对这些问题，从去除冗余谐频降低计算量和提高峰值高度比的角度，设计一相似性测度对间隔区间容差进行加权，用比较的方法进行仿真研究。

2 经典的脉冲去交错方法

最早的去交错技术之一是选通装置，采用延迟选通的方法［4］。由到达输入端的第一个脉冲启动延迟，在延迟结束时开始接收间隔。如果在接收间隔内有下一个脉冲到达，那么重新启动延迟，并重复这一过程。如果在接收间隔内没有发现脉冲，那么等到下一个脉冲到达时再重新启动延迟，并重复这一过程。采用这种方法时，如果有一个信号具有在延迟与延迟加接收间隔之间的重复间隔，那么该装置就“锁定”这个脉冲串，并且只有这些脉冲才能出现在输出端。该方法的缺点是脉冲的堵塞概率很大，很容易失锁导致无法锁定所需的脉冲串，且对于数字化信号显得很盲目，不能用于准确测量脉冲重复间隔。

Δt直方图去交错比选通装置有很大的改进［5］。Δt直方图是一种考虑到所有脉冲对之间的间隔而做出的脉冲间隔直方图。在一组N个脉冲中，总间隔数由脉冲对的数目给出，即：

通过检查所有脉冲对之间的时间，即可求出真实的脉冲重复间隔（及其倍数），并且这些间隔值在直方图上累加成峰值，而其它脉冲对将具有分布在直方图各区间内的间隔。从形式上讲，Δt直方图可以看成是自相关函数的每个直方图区间上的积分，这个自相关函数由位于脉冲到达时间上的若干脉冲组成。如果用tn表示到达时间，那么该函数为

式中，δ（t）是单位冲激函数。

f（t）的自相关函数为

只有当tn＝tk－τ时，被积函数才有值，因此：

h（t）从τ1到τ2的积分为

从式（5）可知，对于任何一对到达时间，满足τ1＜tn－tk≤τ2时，被积函数才有值，所以脉冲的到达时间间隔处在τ1～τ2范围内的这些脉冲对的计数值，等于自相关函数h（t）在相同延迟值范围内的积分。

3 噪声电平对成功去交错脉冲数的影响

电子情报需要理解的问题之一是确定在各种条件下有多少脉冲串可以成功去交错，为此建立一种模型用来估计能够去交错的脉冲串数量。

假设所有的脉冲串都有标称的恒定脉冲重复间隔，在某一时间段T，总共存在的脉冲数为N，k个脉冲串中的每一个脉冲串由nk个脉冲组成。因此以下关系式成立：

直方图中由同一脉冲串中的两个脉冲之间的到达时间差组成的间隔称为“纯”间隔，由不同脉冲串之间的到达时间差组成的间隔称为“不纯”间隔。纯间隔和不纯间隔之比用纯净比PR来表示：

如果所有脉冲串具有大致相同的脉冲重复间隔，那么每个脉冲串的脉冲数也大致相同，在这种情况下，纯净比为

从式（9）可以看出，随着交错脉冲串的数量增加，纯净比将减小。

再假设不纯间隔均匀散布在整个直方图区间中，并且纯间隔落在由脉冲重复间隔分隔的一组相邻区间中，区间数目B将为T／b，其中b为单个区间的尺寸，不纯间隔的平均高度由下式给出：

纯间隔位于若干组相邻区间中，相邻的区间数接近脉冲重复间隔的倍数，因此区间数n＝T／（PRI）。在每一组中，间隔所在区间的区间数约为J／b，其中J为脉冲重复间隔抖动。这样由纯间隔产生的区间的平均高度等于

在所有脉冲重复间隔都相等的特殊情况下，一个区间中纯间隔与不纯间隔的高度比由式（12）给出：

为了对这个区间引起足够的重视，由纯间隔产生的区间高度应大于那些不纯间隔产生的区间高度。显然，仅用间隔技术就能合理去交错的脉冲串数目大约为

式中，R是在一个区间中为获得足够高度而需要的纯间隔与不纯间隔之比，使分析人员相信这一高度就是可能的脉冲重复间隔值。

4 相似性加权复数直方图

使用去交错的Δt直方图时，主要问题之一是在真实重复间隔倍数上的峰值。必须使脉冲重复间隔的倍数上没有峰值，Δt直方图技术才能较好地应用于脉冲串去交错。文献［3］提出了一种脉冲重复间隔“变换”的方法，在确定每个间隔时在区间的计数上加一个复数，而不是加1。加在直方图适当区间上复数可认为是恒定脉冲重复间隔脉冲串在其时间间隔一个末端处的脉冲到达时间相位。

考虑用相似性加权的方法来降低满足足够高度比时的纯间隔与不纯间隔之比，同时提高存在多个有意抖动信号时可合理地去交错的脉冲串数目。

这种方法是在确定每个区间时在区间的计数上加一个复数，不仅不是1，而是一个带权系数的复数：

式中，ηkn为两脉冲的相似性度量值。

重点讨论度量函数的计算：

假设在数字侦察系统中预处理器已经得到完整的脉冲描述字（PWD）。

设典型的PWD结构如下：

由于欧氏距离具有平移和旋转不变性，在这里对脉冲的相似性采用欧氏距离测度，即：

设同一脉冲串中两脉冲字在各参数随机抖动情况下的距离期望值为d0，则：

从式（20）中可以看出，当脉冲对是来自两个不同辐射源时，加权系数的值会小于1，且理想情况下会接近于0。当脉冲对是来自同一个辐射源时，加权系数的值会大于1。这样，在纯净比不变的情况下，能综合脉冲的其它属性信息，从而可以较大提高纯间隔区间与不纯间隔区的高度比。

相位部分主要用来去除位数脉冲重复间隔区间的高度。计算方法如下：

建立起这种复数直方图后，需要检查区间容量的绝对值。现在考虑恒定脉冲重复间隔时的区间容量。如果间隔为真实脉冲重复间隔而不是它的倍数，那么

从上面的分析可以得出，只有显著累积的区间才是与真实脉冲重复间隔对应的区间。

5 仿真分析

设信号时长T＝800 ms，5个辐射源脉冲串间隔分别为1 ms、1.4 ms、1.7 ms、0.9 ms、1.5 ms，间隔抖动为［－0.01 ms，0.01 ms］区间均匀分布；辐射源载频分别为51 MHz、58 MHz、62 MHz、55 MHz、58 MHz，射频抖动率在1%内。仿真中仅以脉冲RF分量来计算相似性参数。组合脉冲串以脉冲到达时间参数进行排序，生成被分析信号。直方图区间宽度设为0.05 ms。

经仿真计算的经典方法与相位加权及相似性相位加权3种算法的计算结果对比如图1所示。从图中可以清楚看出在交错及抖动较复杂的情况下，经典的直方图去交错算法已经基本不能成功去交错。一般的复数直方图虽在这种情况下尚能较成功去交错，但高度比明显较低，且在低间隔区间较模糊。而加权复数直方图却能得到非常好的高度比结果，非常易于进行数字化自动峰值处理。

当仿真产生10个辐射源组成的交错脉冲串，辐射源脉冲串间隔分别为1 ms、1.4 ms、1.7 ms、0.9 ms、1.5 ms、2.4 ms、2.5 ms、2.7 ms、2.9 ms、3.2 ms。脉冲重复间隔均匀抖动增加到0.03 ms，信号时长仍为T＝800 ms，仿真结果如图2所示。

从图2可以看出，在辐射源数量增加的情况下，加权复数直方图的去交错效果比经典方法有明显的优势。

6 结论

通过仿真实验可以看出，加权复数直方图方法不仅对真实脉冲间隔的倍数有很强的抑制作用，同时能非常好地消除抖动的影响，不形成虚假的窄脉冲间隔。

以脉冲字参数向量相似性测度对间隔区间记数进行加权，建立的加权复数直方图方法，在脉冲串数量较多和脉冲间隔抖动较大的复杂电磁环境下，比经典方法能得到更好的去交错效果，提高峰值高度比，减少了错漏和失锁，更易于数字化自动峰值处理。

在去交错处理实验过程中，不足之处是计算量仍然较大，不能适用于实时性要求很高的信号侦察情景，算法需进一步改进和优化，提高计算效率。

［1］王汝群.战场电磁环境［M］.北京：解放军出版社，2006：56－60. WANG Ru-qun.Electromagnetic Environment in Battlefield［M］.Beijing：Chinese People′s Liberation Army Press，2006：56－60.（in Chinese）

［2］何明浩，朱元清.一种雷达辐射源信号分选新方法［J］.武汉理工大学学报，2007，31（3）：430－433.

HE Ming-hao，ZHU Yuan-qing.One new method for sorting Radar emitter signals［J］.Journal of Wuhan University of Technology，2007，31（3）：430－433.（in Chinese）

［3］ORSI R J，MOORE R.Interleaved pulse train spectrum estimation［J］.Signal Processing and Its Applications，1996（8）：25－30.

［4］NISHIGUCHI K，KORBYASHI M.Improved algorithm for estimating pulse repetition intervals［J］.IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，2000，36（2）：407－421.

［5］FRANKPITT B J，BARAS，A TSE.A new approach to deinterleaving for Radar intercept receivers［C］／／Proceedings of SPIE.Orlando，FL，USA：［s.n.］，2003：175－186.

LIAO Hui-rong was born in Hengyang，Hunan Province，in 1982.He is currently working toward the Ph.D.degree in Naval Aeronautical Engineering Institute.His research interests include short－range target detection，information warfare and data fusion.

Email：liaohuirong8205＠163.com

李国林（1955－），男，吉林长春人，博士，教授。

LI Guo-lin was born in Changchun，Jilin Province，in 1955.He is now a professor with the Ph.D.degree.

Deinterleaving Technique of Pulse Train on WeightedΔt Histogram
with Similarity

LIAO Hui-rong1，LI Guo-lin2
（1.Graduate Student′s Brigade，Naval Aeronautical and Astronautical University，Yantai 264001，China；2.Department of Strategy Missile Engineering，Naval Aeronautical and Astronautical University，Yantai 264001，China）

In electronic intelligence digitized reconnaissance receiver，Δt histogram deinterleaving algorithm cannot get ample height ratio to automatic processing digitized peak value in complex electromagnetic environment when there are a great quantity of pulses and high interval dither.Under a set pure ratio，weighted complex histogram is built with similarity measure of pulse word parameters vector to process deinterleaving of

pulse train.Computer simulation shows that weighted complex histogram can get better deinterleaving effect than classic method，and it is more easy for automatic processing peak value.

electronic intelligence（ELINT）reconnaissance；deinterleaving of pulse train；Δt histogram；weighted with similarity measure；automatic peak value processing

TN971

A

10.3969／j.issn.1001－893x.2010.06.006

廖辉荣（1982－），男，湖南衡阳人，海军航空工程学院博士研究生，主要研究方向为目标中近程探测、信息对抗与数据融合；

1001－893X（2010）06－0028－04

2010－01－18；

2010－04－07