一种综合雷达信号侦察预处理方法

陈 杨，陈新年，颜振亚，邬 诚，刘晓峰

(南京电子技术研究所, 南京 210039)

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一种综合雷达信号侦察预处理方法

陈 杨，陈新年，颜振亚，邬 诚，刘晓峰

(南京电子技术研究所, 南京 210039)

针对现代电子战日益复杂、密集的电磁环境下雷达信号的侦收分选面临着的严峻考验，提出分层分级把环境信号脉冲描述字数据流进行分类综合预处理的方法，稀释脉冲数据流以减轻后续信号分选的压力，介绍了基于信号的方位、频率、脉宽等参数预处理的流程，对已知信号预处理和未知信号预处理要点做了说明，并通过仿真验证了该方法的正确性和有效性。

预处理；脉冲描述字；信号分选

0 引 言

随着雷达技术的进步，现代战场环境下，常规体制及频率分集、频率捷变、脉冲多普勒、相控阵等特殊体制的多种体制雷达并存。一方面，雷达信号样式复杂多变，甚至存在多种工作方式及多种工作波形参数随机变化的多功能雷达；另一方面，随着雷达数目的增多，无源侦收系统面临着日益复杂的高脉冲密度的电磁环境，雷达信号截获、侦收、分选、跟踪面临着越来越严峻的考验[1-2]。电子支援措施(ESM)雷达信号处理指对侦收到的雷达信号进行侦察处理的过程，主要包括雷达信号预分选、信号主分选、参数测量、雷达识别等[3]。信号预处理主要针对参数测量电路输出的雷达信号脉冲描述字，结合已知雷达信号数据库以及未知雷达先验知识相关内容，对输入信号流进行预分选，输出匹配之后的脉冲描述字信息存储到相应的脉冲描述字(PDW)数据缓存区，供后续主分选进行脉冲重复间隔(PRI)分选、参数估计、检测识别等。

由于不同用途或功能的雷达侦察系统对雷达信号处理的时间要求也各不相同，对电子情报(ELINT)系统而言允许有较长的信号处理时间，而ESM 系统由于其信号处理结果需要介入战场指挥决策，需要实时信号处理。雷达信号处理的时间主要取决于输入的辐射源数目、类型复杂程度、雷达辐射信号环境的脉冲密度等，雷达辐射源先验知识的数量与质量对侦察处理时间影响较大。随着大规模集成电路现场可编程门阵列 (FPGA)的发展，可借助大规模逻辑器件并行处理的特性，大大提高雷达信号的预分选效率，从而稀释前端信号密度，缩短信号处理的响应时间。

雷达信号预处理需要响应速度快，为了确保高脉冲密度数据流进入信号处理不阻塞，针对预处理的需求特点，将雷达辐射源信息分为无用目标、有用已知、未知信号几类，提出分层分级进行输入PDW数据分类综合预处理的方法，可有效稀释前端输入高脉冲密度数据流，提高信号分选效率。

1 ESM雷达信号预处理基本原理

ESM雷达信号预处理的主要作用是对前端输入的高脉冲密度数据流进行稀释，缓解后端主处理的压力，主要包括已知信号预处理与未知信号预处理[4]。

已知信号预处理包括无用目标阻塞与有用信号匹配关联，相应的已知雷达信号数据库包括无用目标数据库以及有用目标数据库。已知信号预处理采用两级匹配，首先，对己方或友方无用雷达信号目标进行阻塞，对数据流初步稀释，将与无用目标数据库进行匹配成功的特征信号子流直接进行滤除，不进入下一级；然后，经过第一级阻塞的信号PDW数据流再与有用目标数据库进行匹配，从中分离出符合已知雷达特征的信号子流，输出到已知雷达信号预处理缓存区进行存储，供主分选进行读取分析，主要原理框图如图1所示。

一般而言，雷达信号匹配数据库的特征参数内容需要考虑到实时性、平稳性与聚集性的要求。对于辐射源检测，雷达方位参数不受辐射源信号本身影响，在短时间上几乎是不变的，是最好的分选参数；对于固定频率、频率分集、相参的捷变频等雷达信号，频率参数具有较好的聚集性，短时间内一般不会偏差太大，也是较好的分选参数；对于时域不重叠的雷达信号，脉宽参数聚集性较好，也可作为雷达数据库的匹配参数；雷达脉内细微特征参数是雷达个体的“指纹参数”，对于具有脉内特征识别的侦察系统，可将该参数纳入雷达数据库的匹配参数。而脉幅、脉冲重复周期一般作为主信号处理参数，不作为预处理的匹配参数。所以，对于一般侦察系统而言，雷达信号匹配数据库主要采用方位、频率、脉宽三参数[5-7]。

经已知信号预处理之后的剩余脉冲数据流再进行未知信号预处理。根据雷达知识库的先验知识，进行方位、频率分区，每个分区小盒内存储一定数目的脉冲，供主分选进行读取分析，主分选进行检测、参数估计与识别，输出辐射源描述字(EDW)数据流送数据处理。

2 信号预处理

现代电子战电磁环境日趋复杂密集，本文提出的信号预处理方法对高密度环境下的PDW数据流进行分层分级处理。首先，对无需关注的辐射源进行无用目标阻塞，滤除无需关注目标，进行辐射源数据流第一级稀释；其次，进行已知目标信号关联处理，将已知目标与数据库进行匹配，匹配成功的输出至已知目标缓存供主分选进行检测、参数估计，对辐射源数据流进行第二级稀释；然后，将剩余脉冲数据流进行未知信号预处理，将其根据不同的参数匹配划分到不同的数据区，后续主分选进行PRI估计，检测识别等。

2.1 无用目标阻塞电路

无用目标阻塞电路用于对无需关注的目标，比如己方、友方雷达信号或无需关注的方位、频段等进行PDW滤除，阻塞成功的雷达信号对应的PDW数据不参加后续的分选分析，用以减轻后续信号处理的压力。无用目标阻塞电路的方位、频段设定需要与关注目标的参数不重叠，以免信号丢失。

图2 无用目标阻塞电路

2.2 已知信号关联比较电路

已知信号关联比较电路用于对已知目标数据库进行快速匹配，将参数匹配符合条件的PDW数据流输入到对应的PDW数据缓存区，供后续主分选进行信号检测、参数测量与识别。早期的关联比较器是将参数逐级比较判别，效率较低，随着FPGA的发展，可实现多通道多参数并行快速匹配，大大提高了处理效率[8]。一般已知目标数量为几十个，将各个已知目标的方位、频率、脉宽参数的上下限分别存储在FPGA的内部随机存取存储器(RAM)中，经多路PDW滤波之后，输出匹配成功后的PDW数据流存储到外部随机存储器。

图3 已知目标预处理电路

2.3 未知信号预处理

经已知目标预处理之后的剩余脉冲数据流，送至未知信号预处理，未知信号预处理按照雷达信号的先验知识，按照方位、频率二维参数进行分区，每个数据区可视为一个小盒，将剩余PDW根据参数匹配存储至不同的数据区小盒内，再由信号主分选对各个数据小盒内的PDW数据流进行PRI统计、检测与参数测量，如图4所示。

图4 未知信号预处理电路

未知雷达信号知识库的匹配参数选取与已知雷达数据库类似，一般考虑方位、频率以及脉宽参数。每个雷达数据区小盒除了要考虑完备性、正交性之外，要尽量使得同一部雷达的PDW数据在预分选之后被分在同一个数据小盒内。常用小盒的参数划分主要有均匀划分与非均匀划分，均匀划分比较简单，被许多雷达侦察系统采用。非均匀划分考虑到实际雷达参数的分布,较均匀划分更为合理，一般按照经验值设定。

3 仿真分析

通过在同一方位中频模拟输入八部频率不同的常规雷达信号，脉宽参数分别为：16 μs, 15 μs, 14 μs, 13μs, 12μs, 11μs, 10μs, 9μs; PRI参数分别为：8 090 μs, 8 070 μs, 8 050 μs, 8 030 μs, 8 010 μs, 7 990 μs，7 980 μs, 7 970 μs。经过预处理之后输出的结果如图5、图6所示。图5为输入PDW数据流，经过预处理之后，不同脉宽、频率分布的PDW数据脉冲个数统计。

图5 预分选输出脉冲个数统计图

图6为不同二维参数组合情况下，预处理之后输出的PDW脉冲分布统计，图6a)为按照频率、幅度二维分区，8部雷达信号PDW数据对应的频率、幅度参数分布情况；图6b)为按照频率、脉宽二维分区8部雷达信号PDW数据分布情况，由图可以看出，8部雷达信号的PDW数据分布于8个不同频率、脉宽参数的小盒区域内；图6c)为按照频率、方位二维分区预处理后PDW数据分布情况，由图可见，8部雷达信号的PDW数据流分布于8个方位相同、频率参数不同的小盒区域内；图6d)为8部雷达信号频率与处理信道的对应关系。未知信号预处理采用频率、方位二维分区，即对应图6c)的情况。

图6 预分选输出二维参数脉冲分布统计图

经过雷达信号预处理后，主分选可通过对不同小盒内的PDW数据进行后续分析处理。对图5、图6进行分析可知，信号预分选采用分层分级处理之后，对前端输入的脉冲密度数据流进行有效的稀释，一定参数范围内的雷达脉冲PDW数据聚集性好，而后续信号主分选对已知范围频率、方位等参数小盒内的脉冲PDW数据进行处理，降低了分选难度，提高了分选效率与可靠性，满足了实时性的要求。多参数并行处理的架构较传统串行参数匹配处理，具有参数修改灵活，处理速度高，电路设计简化等优点，大大提高了雷达信号侦收分选效率。

4 结束语

随着电磁环境的日益复杂，雷达信号预分选对高密度的PDW数据流进行稀释，从而缓解后端主分选的压力。本文介绍了一种雷达信号预分选的方法，对输入信号分别进行无用目标阻塞，对已知和未知信号进行预分选，预分选输出结果按照一定格式存储。信号主处理通过读取信号预处理PDW数据缓存区的相应内容，进行信号主分选，并形成相应辐射源描述字。该方法在高密度复杂战场电磁条件下可实现高可靠性、实时脉冲信号预分选，在工程实现中具有很强的实用性。

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陈 杨 女，1981年生，硕士，工程师。研究方向为电子对抗总体技术，无源侦收技术。

陈新年 男，1978年生，硕士，高级工程师。研究方向为电子对抗总体技术。

颜振亚 男，1980年生，博士，高级工程师。研究方向为电子对抗总体技术。

邬 诚 男，1981年生，硕士，高级工程师。研究方向为电子对抗总体技术。

刘晓峰 男，1983年生，硕士，高级工程师。研究方向为通信信息系统技术。

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

陈杨 Email：2426043128@qq.com

2015-11-02

2016-01-15

TN957.51

A

1004-7859(2016)04-0078-04