一种雷达辐射源时域相参识别的新方法*

郭利荣，何明浩，郁春来，王冰切

(空军预警学院，湖北 武汉　430019)



一种雷达辐射源时域相参识别的新方法*

郭利荣，何明浩，郁春来，王冰切

(空军预警学院，湖北 武汉430019)

摘要：提出了一种雷达辐射源时域相参识别的新方法，通过判断鉴相脉冲幅度的变化来识别信号的相参性。对时域识别法的原理进行了分析，给出了时域识别法的数学推导和具体的识别步骤，并通过仿真实验对推导结果进行了验证。此外，讨论了信噪比对时域识别法的影响，并给出时域识别法的适用条件。仿真结果表明，该方法在较低信噪比情况下可以实现对信号相参性的识别，具有较强的理论价值。

关键词：相参信号；时域识别法；鉴相；信噪比

0引言

雷达辐射源信号分选是侦察设备中信号处理的关键过程，其分选水平是衡量侦察设备技术先进程度的重要标志。日益复杂的信号环境，不断涌现的新型复杂体制雷达，多变快变的信号形式，对信号分选提出了严峻的挑战。因此，挖掘新的信号分选特征参数，实现高效准确的信号分选是当前的关键所在[1-2]。

文献[3]中介绍了单信道、多信道和时域识别的3种脉冲多普勒(pulse Doppler,PD)雷达信号相参性识别方法，对3种方法都未给出具体的识别步骤。文献[4]中研究通过将脉冲延时后，与下一个脉冲进行鉴相处理，来识别信号的相参性，并给出了部分仿真结果，但未给出具体的判别步骤。文献[5]在文献[4]的基础上进行改进，提出了新的相干检波法，但未给出仿真结果。文献[6]通过检测脉冲信号相位与时间的线性关系来识别信号的相参性，但是未对混合信号的相参性进行识别。文献[7]提出了求和曲线斜率判别法，实现了信号的相参性识别，但未给出具体的判别过程。

针对以上文献中存在的问题，本文提出了一种雷达辐射源时域相参识别的新方法，即信号相参性时域识别方法。通过对脉冲信号进行鉴相处理，根据鉴相器输出的鉴相脉冲幅度的变化来识别信号的相参性，给出了仿真结果、具体的判别步骤以及适用条件。这为补充新的分选特征参数和研究信号分选新技术奠定了理论基础。

1相参脉冲串信号的数学模型

雷达辐射源发射的相参脉冲信号，经接收机的带通滤波、下变频后得到中频信号，对各脉冲进行采样可得到

(1)

n=0,1,…,N-1;p=0,1,…,P-1，

式中：Ap为第p个脉冲的幅度；φ0为整个观察期间恒定的初始相位；f为信号的频率；Kp为第p个脉冲的起始采样点；ts为采样间隔；N为每个脉冲内的信号采样点数；υ为复高斯白噪声，满足[8]：

(2)

2信号相参性的时域识别法

雷达辐射源发射的相参脉冲串信号是指前后脉冲的相位保持连续性。如果脉冲i和脉冲j来自于同一雷达辐射源，则脉冲i和脉冲j是相参的，即发射脉冲i和脉冲j的雷达辐射源的初始相位相同。如果脉冲i和脉冲j来自于不同雷达辐射源，则脉冲i和脉冲j是非相参的，即发射脉冲i和脉冲j的雷达辐射源的初始相位不相同[7,9]。基于相参信号的这一特征，提出了一种采用鉴相器来识别信号相参性的时域识别法。

2.1时域识别法的原理

鉴相器是利用双平衡混频器的特性反映信号间的相位关系，信号相参性时域识别法就是利用鉴相器的这一特点，其主要由功率分配器、延时线、混频器以及低通滤波器构成。信号相参性时域识别法的原理如图1所示。

图1　时域识别法的原理框图Fig.1　Principle structure of the time domain　　　recognition method

信号相参性时域识别法的原理[3]：将侦察接收到的脉冲信号，输入到鉴相器的功率分配器，经过功率分配器分成2路信号，一路信号直接进入混频器，另一路信号经过信号延迟线后(延迟时间为Δ等于一个脉冲重复间隔)进入混频器，两信号混频后输入低通滤波器，滤除2πft项和高频分量，最后输出鉴相脉冲幅度。

2.2鉴相器输出鉴相脉冲幅度

假设输入的第i个脉冲信号的表示为

(3)

延时Δ造成的附加相位为[10-11]

θ=2πfΔ.

(4)

(5)

由于延迟时间Δ等于一个脉冲重复间隔，因此下一路信号到达混频器时，上一路信号为

(6)

式(5)和式(6)S中2路信号进入混频器，进行共轭相乘运算，得到的信号为

(7)

(8)

由式(8)可知，新的噪声项导致信噪比比原始信号减小了4倍(大约6 dB)。

(9)

2.3信号相参性识别

（151）石生耳叶苔 Frullania inflata Gottsche，Syn.熊源新等（2006）；杨志平（2006）；范苗等（2017）

对于相参的脉冲串信号，其各个脉冲的初始相位均相同[6]，满足φi-φi+1=0。因此，利用时域识别法输出的鉴相脉冲幅度的实部为

(10)

式中：输出的鉴相脉冲幅度只与A0，θ和υ′有关，A0和θ为定值，υ′为噪声组合项。因此，输出的P-1个鉴相脉冲幅度近似相同，P为输入脉冲个数。

(11)

综合以上分析，信号相参性时域识别法的具体实现步骤如下：

Step 1： 将侦察接收到的P个脉冲信号输入鉴相器中，得到P-1个鉴相脉冲幅度值。

Step 2： 判断鉴相器输出的P-1个鉴相脉冲幅度值的变化情况。

Step 3： 对Step 2中的判别结果进行分析，若P-1个鉴相脉冲幅度近似相同，则输入的脉冲信号是相参的；若P-1个鉴相脉冲幅度随机变化的，则输入的脉冲信号是非相参的。

信号相参性时域识别法的具体判别流程如图2所示。

图2　识别法的流程图Fig. 2　Process of identification method

3信号相参性时域识别的仿真分析

3.1相参信号与非相参信号的识别

图3　相参信号识别的仿真结果Fig.3　Simulation result of coherent signal recognition

图4　非相参信号识别的仿真结果Fig. 4　 Simulation result of no-coherent　　　signal recognition

从图3中，可以看出相参脉冲信号鉴相脉冲幅度在0.4～0.6微小范围内波动，近似认为相同。其中由于噪声项的影响，导致鉴相脉冲幅度的曲线有微小的波动。从图4中可以看出，非相参信号的鉴相脉冲幅度在-0.5～0.6较大范围内随机变化。因此，从仿真结果中可以得到这样的结论，利用时域识别法可以有效识别信号的相参与非相参特性。

3.2混合脉冲信号的识别

对于一串混合脉冲信号，既有相参信号也有非相参信号，利用时域识别法对混合脉冲信号进行相参性的识别。

图5　混合脉冲信号识别的仿真结果Fig.5　Simulation result of compounded pulse　　　signal recognition

从图5的仿真曲线中可以看出，鉴相器输出前40个鉴相脉冲幅度随机变化较大，鉴相器输出中间79个鉴相脉冲幅度在微小的范围内波动，鉴相器输出最后80个鉴相脉冲幅度随机变化较大，这一仿真结果与实验假设相吻合。因此，混合脉冲信号的仿真结果，进一步验证了信号相参性时域识别法是可行的。

3.3信噪比对信号相参性识别的影响

3.1和3.2节都是在信噪比为10 dB的条件下进行仿真实验。其中噪声项对脉冲鉴相幅度有一定的影响，有可能脉冲鉴相幅度随机变化是由于噪声项引起的，从而对信号的相参性误判。因此，为了观察信噪比对信号相参性时域识别法的影响，研究了不同信噪比下对时域识别方法的适用性进行验证。

3.3.1不同信噪比下信号的鉴相脉冲幅度

图6　不同信噪比下相参信号的鉴相脉冲幅度Fig.6　Phase pulse amplitude of coherent　　　signal under different SNR

图7　不同信噪比下非相参信号的鉴相脉冲幅度Fig.7　Phase pulse amplitude of un-coherent　　　signal under different SNR

图6和图7给出了不同信噪比下相参与非相参脉冲信号鉴相幅度仿真曲线。对于图6中的仿真结果，在信噪比为0 dB时，鉴相脉冲幅度在0.4～1.0较大范围内随机变化，无法判别鉴相脉冲幅度随机变化是由于噪声项的影响还是因为信号是非相参的。因此，信噪比为0 dB时无法利用时域法识别信号的相参性。随着信噪比的增加，相参脉冲信号鉴相脉冲幅度的变化范围逐渐变小，可认为鉴相脉冲幅度近似相同。对于图7中的仿真结果，可以看出随着信噪比的增加，非相参脉冲信号鉴相脉冲幅度的随机变化范围逐渐变小。因此，噪声是影响信号相参性时域识别法的重要因素。

3.3.2信号相参性识别准确性

为了找到信号相参性时域识别法的适用条件，经过多次计算机仿真实验，将鉴相脉冲幅度的均方误差0.2作为信号相参性识别的一个阈值。当鉴相脉冲幅度的均方误差≤0.2时，识别为相参信号，否则，识别为非相参信号。实验参数设置同第1小节。不同信噪比下信号相参性识别的准确性如图8所示。

图8　不同信噪比下信号相参性识别的准确性Fig. 8　Recognition accuracy of signal coherency　　　under different SNR

从图8可以看出，随着信噪比的增加，信号相参性识别的准确率逐渐增加，在信噪比大于5 dB时，信号相参性识别的准确率为100%。因此，信噪比5 dB可以作为信号相参性时域识别法的一个适用条件。

4结束语

本文研究了一种信号相参性时域识别方法，推导了时域识别法的数学过程，给出了时域识别法的具体判别步骤，并对相参与非相参脉冲信号以及混合脉冲信号的识别进行了仿真实验与分析，最后分析了信噪比对时域识别法的影响，并给出时域识别法的适用条件。所研究的时域识别法可以在低信噪比情况下实现对信号相参性的识别，这补充了信号分选的特征参数，为今后研究信号分选的新方法新技术提供了理论依据。

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New Time Domain Coherent Method of Radar Emitter Recognition

GUO Li-rong, HE Ming-hao, YU Chun-lai, WANG Bing-qie

(Air Force Early Warning Academy,Hubei Wuhan 430019,China)

Abstract:Based on judging the change of phase detecting pulse amplitude, a new radar emitter signal coherency recognition method under the time domain is proposed to deal with pulse signals. The theory of the recognition method is analyzed. The math process and specific recognition steps of the method are analyzed. The influence of signal-to-noise ratio for the recognition algorithm is discussed and the suitable conditions are presented. Simulation results of the method can effectively identify the coherency of signals under the low signal-to-noise ratio. The method has strong theoretical value.

Key words:coherent signal; time domain recognition method; phase detect; signal-to-noise ratio (SNR)

中图分类号：TN971

文献标志码：A

文章编号：1009-086X(2015)-01-0108-06

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.01.018

通信地址：430019湖北省武汉市江岸区黄浦大街288号空军预警学院研究生管理大队21队E-mail：guolirongs@163.com

作者简介：郭利荣(1988-)，男，福建建瓯人。硕士生，研究方向为电子对抗信息处理。

收稿日期：2013-12-17；
修回日期：2014-02-17