基于自相关序列的激光脉冲信号解码算法分析与设计

杨建慧+张虓

摘 要：由于激光脉冲信号编码方式的多样化，激光脉冲信号的解码方式也随之日趋多样，文章针对周期型激光编码信号，运用自相关理论分析和解算激光脉冲信号的周期，并结合序列搜索法求出在一个信号周期内有效的脉冲间隔码，最后通过仿真验证该算法的有效性和可行性。

关键词：激光编码信号；自相关序列；激光脉冲解码

中图分类号：TN929.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）35-0115-02

1 概述

激光脉冲信号所采用的编码方式已日趋多样化，其主要包括：精确频率码、脉冲调制码、变间隔码、等差型编码、伪随机码等[1]，为了达到反破译的目的，在以上各种码型的基础上，还可能加入随机的干扰信息。

目前，激光编码解算方法的理论研究取得了一定的进展[2]，其主要有时间差分统计法、根据脉冲时间间隔比选择码型法、基于神经网络的解码方法、基于自相关运算的解码方法[3]。应用时间差分统计法在探测到的激光脉冲序列中出现漏脉冲和干扰脉冲的情况下，在识别过程中会出现应用漏识别或过度识别的问题。而根据脉冲时间间隔比来设计查找表确定码型的方法适用于编码位数在3～8位之间，查表速度快，执行效率高，但是当编码位数高于8位时，采用该法会出现查表耗费时间长，表设计困难等问题。基于神经网络的解码方法，在模型训练中存在模型的收敛速度距离工程应用还有一段距离[4]。对于周期型的激光脉冲信号，通过自相关处理，在出现漏脉冲和干扰脉冲的时刻，仍可实现对其隐含周期的识别。

2 自相关函数的相关理论依据

激光脉冲信号序列由探测的脉冲到达时间得到，设tn为测得的第n个脉冲前沿到达时刻，则激光脉冲信號序列x（tn）可表示如公式1所示。

由自相关函数的性质可知：若x（n）具有周期性，则rxx（τ）也具有周期性，且与原信号同周期。因此，当x（n）的周期为N时，rxx（τ）的周期也为N，其周期性如公式（4）所示。

rxx（τ）=rxx（τ+N） （4）

即使探测到的激光脉冲信号存在漏脉冲或干扰脉冲，但它仍然是具有隐含周期的序列，对该序列应用自相关函数变换，借助自相关序列求周期，可得探测到的激光脉冲信号的周期。

3 应用自相关函数进行激光脉冲信号解码

3.1 应用自相关函数求解激光脉冲信号的帧周期

以激光脉冲信号的到达时刻作为输入， 应用自相关函数求解激光脉冲信号周期，其处理流程如下，如示意图1所示。

（1）将激光脉冲信号的到达时刻作为输入，记录下脉冲到达时刻序列。

（2）先将接收到脉冲信号进行锁定，计算该脉冲信号与前一激光脉冲信号的抵达时间间隔，若该时间间隔与先前的脉冲时间隔序列进行比对，若满足系统要求的时戳容差，可识别其等差型编码序列。若条件均不满足，可累计该脉冲抵达时刻与前一脉冲抵达时刻的脉冲间隔。

（3）对累计得到的若干个脉冲抵达时间间隔序列进行离散化处理[5]，得到激光脉冲信号的时间间隔的离散化序列。

（4）对激光脉冲信号的时间间隔的离散化序列应用自相关函数执行运算，获得激光脉冲信号的自相关序列。

（5）由于激光脉冲信号的自相关序列具备良好的周期性，通过激光脉冲信号的自相关序列计算出该序列的最大周期T，等价于原激光脉冲信号的周期。

3.2 应用序列搜索法求解激光脉冲间隔序列

以自相关序列的周期为基准，采用序列搜索法从现有的抵达时间间隔序列中搜索出满足条件的激光脉冲间隔编码的子序列，序列搜索法流程如下，示意如图2所示。

（1）将自相关序列的周期T作为输入，设定系统的容忍误差为e，序列搜索的两个起始点分别为m1，m2。

（2）初始化两个序列的累加周期T1=0，T2=0。

（3）将两个周期T1、T2依次向沿递增方向累加脉冲间隔，m1、m2累加次数自增。

（4）若同时满足T1

（5）若T1与T2均同时落在序列帧周期T的容差范围内，且T1，T2的累加次数相等，则累加过程中的脉冲序列即为所要查找到的间隔序列。若不满足该条件，置起始位置m1，m2向下递增。重回步骤2。

4 仿真验证

解码实验：对脉冲间隔码型为25ms、50ms、60ms、50ms、40ms、30ms、100ms、50ms的8位脉冲编码信号和间隔码型为25ms、50ms、60ms、50ms、40ms、30ms、100ms、50ms、75ms、55ms的10位脉冲编码信号进行识别的仿真实验。输入为四帧信号，分别对两个序列第二帧加入干扰脉冲，对第三帧进行漏脉冲处理。加入干扰脉冲的8位脉冲编码信号如图3所示，加入干扰脉冲并进行漏脉冲处理的10位编号信号如图5所示。应用自相关函数分别对8位脉冲编码信号、10位脉冲编码信号进行处理，分别输出其自相关序列的周期，8位脉冲编码信号的自相关周期序列如图4所示，10位脉冲编码信号的自相关周期序列如图6所示。

通过实验得到8位脉冲编码信号的自相关序列的最大周期为445ms，10位脉冲编码信号的自相关序列的最大周期N=575ms，即两个激光脉冲编码的帧周期分别为445ms和575ms，再通过序列搜索法，得到子周期。对于三帧以上的激光脉冲信号，即使信号中出现有干扰脉冲和漏脉冲，均可实现对激光编码周期的识别，仿真实验证实了该算法的有效性。

5 结束语

基于自相关函数的激光编码解算方法可以有效地解决在系统要求的响应时间内精确识别敌方激光编码的问题，该方法在存在较强的干扰信号时仍具有良好的识别性能，同时该方法又具备可扩展性，对未来可能出现具有周期性的激光编码信号均可有效地识别。

参考文献：

[1]魏文俭，秦石乔，战德军，等.激光半主动寻的制导激光编码的研究[J].激光与红外，2008，38（12）：1199-1203..

[2]沈涛，宋建社.激光制导信号编码信息识别技术[J].红外与激光工程，2009，38（5）：854-858.

[3]程玉宝，聂劲松，等.激光编码周期的自相关解算[J].红外与激光工程，2008，37（增刊）：214-217.

[4]陈玉丹，何永强，濮俊艳，等.神经网络技术在激光脉冲解码领域的应用研究[J].应用光学，2011，32（1）：174-178.

[5]A.V.奥本海姆，等.信号与系统[M].西安交通大学出版社，1990：3.