朱 航,張淑寧,趙惠昌

(1. 南京理工大學(xué)電子工程與光電技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210094;2.解放軍73015部隊，浙江 湖州 313000)

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典型體制雷達(dá)引信信號的調(diào)制制式識別

朱 航1,2,張淑寧1,趙惠昌1

(1. 南京理工大學(xué)電子工程與光電技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210094;2.解放軍73015部隊，浙江 湖州 313000)

針對現(xiàn)有方法只能識別某一類特定信號的不足，為了有效識別出幾類典型體制雷達(dá)引信信號，提出了基于調(diào)制周期估計及時頻脊線提取的信號調(diào)制制式識別方法。該方法對信號自相關(guān)函數(shù)進(jìn)行分析以估計調(diào)制周期，而后估計包絡(luò)波形以完成對占空比的估計來區(qū)分脈沖串信號類型；對于連續(xù)波信號通過周期積累和時頻脊線提取，利用幾項特征參數(shù)識別調(diào)制制式。仿真分析表明，該方法具有較高的識別準(zhǔn)確率。

雷達(dá)引信信號；調(diào)制周期；包絡(luò)波形；時頻脊線；周期積累

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，為準(zhǔn)確對敵雷達(dá)引信實施干擾，需要準(zhǔn)確獲取引信信號的相應(yīng)參數(shù)，這樣才能做到有的放矢，在電子對抗中占據(jù)主動。然而在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境中對雷達(dá)引信信號進(jìn)行探測時，極有可能接收到各種不同調(diào)制體制的雷達(dá)引信信號，這就需要采取相應(yīng)的方法識別出調(diào)制體制，方便利用各種對應(yīng)方法提取相應(yīng)體制雷達(dá)引信信號的參數(shù)。

針對雷達(dá)引信信號的識別問題，文獻(xiàn)[1]用短時傅里葉變換(STFT)提取信號的瞬時頻率曲線進(jìn)行譜分析以識別連續(xù)波調(diào)頻信號；文獻(xiàn)[2]提出的周期Wigner-Hough變換與文獻(xiàn)[3]中的周期分?jǐn)?shù)階傅里葉變換都充分利用了調(diào)頻連續(xù)波信號的周期性，可以在低信噪比下進(jìn)行處理，識別信號調(diào)制體制；對于調(diào)相連續(xù)波雷達(dá)信號的識別問題，文獻(xiàn)[4]利用構(gòu)造參考信號進(jìn)行假設(shè)檢驗來進(jìn)行多相碼的識別。上述方法對本文提供了較好參考，然而這些已有方法均只針對某一類特定體制雷達(dá)引信信號有效，且都無法對脈沖串信號進(jìn)行有效識別。針對此問題，為了實現(xiàn)幾類典型體制雷達(dá)引信信號的識別，包括偽碼復(fù)合脈沖串信號[5]、脈位調(diào)制脈沖串信號[5]、偽碼調(diào)相連續(xù)波(PRBC-CW)信號[6]、線性調(diào)頻(LFM)信號[2-3]、正弦調(diào)頻(SFM)信號[7]、偽碼復(fù)合正弦調(diào)頻(PRBC-SFM)信號[8]及偽碼復(fù)合線性調(diào)頻(PRBC-LFM)信號[9]，提出了基于調(diào)制周期估計及時頻脊線提取[10]的調(diào)制制式識別方法。

1 調(diào)制周期估計

雷達(dá)引信信號的調(diào)制信號一般都具有周期性，可表示為如下形式：

(1)

(2)

對于一段足夠長度2Ta的信號，可以通過下式求解其自相關(guān)函數(shù)模值：

(3)

2 識別方法

為方便處理，在處理中都采用離散信號，對式(1)當(dāng)采樣周期為Ts時，其表達(dá)式為：

(4)

2.1 判斷是否為脈沖串信號及脈沖串體制

對于一個調(diào)制周期內(nèi)的信號，通過下式計算其包絡(luò)波形：

(5)

當(dāng)信號無噪時，很明顯可以清楚地判斷信號是否為脈沖串，然而當(dāng)噪聲存在時，其包絡(luò)會受噪聲影響，此時可以設(shè)定一個門限值，排除掉大部分受噪聲影響的點，由于本文信號幅度均為1，因此我們設(shè)定門限為0.5，具體過程為：

(6)

(7)

2.2 判斷連續(xù)波信號體制

1)FM和PRBC-FM的識別——瞬時頻率的曲線光滑度Sf

1≤n≤N-1

(8)

對其求和得到光滑度Sf為：

(9)

對于FM信號，可以利用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換來進(jìn)行進(jìn)一步的判斷；對于PRBC-FM信號，可以利用瞬時頻率斜線擬合均方差來判斷是偽碼復(fù)合線性調(diào)頻信號還是偽碼復(fù)合正弦調(diào)頻信號。

2)FM信號的分類識別——分?jǐn)?shù)階傅里葉變換[11]

由于偽碼調(diào)相連續(xù)波信號一個調(diào)制周期內(nèi)相位不發(fā)生變化，是連續(xù)波信號，所以經(jīng)過瞬時頻率曲線光滑度Sf的判別后，一個調(diào)制周期內(nèi)的LFM信號、SFM信號和CW-PRBC信號均被判為FM信號。

3)PRBC-LFM和PRBC-SFM信號的識別——瞬時頻率斜線擬合均方差σf

(10)

(11)

對應(yīng)的擬合均方差為：

(12)

根據(jù)上文所述，本文所提方法的調(diào)制體制識別算法總體流程如圖1所示。

圖1 調(diào)制體制識別流程圖Fig.1 The flow chart of the proposed method

3 仿真分析

當(dāng)信噪比從-5 dB到15 dB變化時，對本文所研究的7種調(diào)制體制信號，每種信號進(jìn)行300次識別仿真，每次仿真時改變信號的調(diào)制參數(shù)，調(diào)制周期小于20 μs，統(tǒng)計正確率，其結(jié)果如圖2所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)信號信噪比大于5 dB時，對各信號的識別正確率均能達(dá)到92%以上，當(dāng)信噪比較小時，可以通過周期積累提高信噪比之后，再進(jìn)行信號調(diào)制制式的識別，考慮到雷達(dá)引信信號的周期性，其周期積累可通過下式完成：

(13)

(14)

(15)

經(jīng)過L段調(diào)制周期的周期積累，可以使信噪比提高近L倍，這將大大提高調(diào)制制式識別的準(zhǔn)確率。為獲得較好的識別正確率，可以考慮在信噪比小于5 dB時進(jìn)行周期積累。

圖2 識別準(zhǔn)確率隨信噪比變化曲線Fig.2 The changing curves of identification accuracy in different SNRs

4 結(jié)論

本文提出了基于調(diào)制周期估計及時頻脊線提取的調(diào)制制式識別算法。該方法對信號自相關(guān)函數(shù)進(jìn)行分析以估計調(diào)制周期，而后估計包絡(luò)波形以完成對占空比的估計來區(qū)分脈沖串信號類型；對于連續(xù)波信號通過周期積累和時頻脊線提取，利用幾項特征參數(shù)識別調(diào)制制式。仿真分析表明，本文方法針對幾類典型體制的雷達(dá)引信信號具有較高的識別準(zhǔn)確率。

[1]錢云襄, 劉渝.調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)信號調(diào)制方式識別算法研究[J].數(shù)據(jù)采集與處理,2005,20(3):272-276.

[2]GEROLEO F G, PEARCE M B. Detection and Estimation of LFMCW Radar Signals[J].IEEE Trans on Aerospace and Electronic Systems, 2012,48(1):405-418.

[3]黃宇,劉峰,王澤眾,等.基于周期FRFT的多分量LFMCW雷達(dá)信號分離[J].航空學(xué)報,2009,34(4):846-854.

[4]鄧振淼,劉渝.多項碼雷達(dá)信號識別及參數(shù)估計[J].電子與信息學(xué)報,2009,31(4):781-785.

[5]熊剛, 楊小牛, 趙惠昌, 等. 偽隨機(jī)碼調(diào)制脈沖串引信及其抗噪性能分析[J]. 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報, 2006, 26(1): 469-472.

[6]Johnsen T, Olsen K E, Johnsrud S, et al, Simultaneous use of multiple pseudo random noise codes in multistatic CW radar[J]. Proceedings of the IEEE Radar Conference，2004：266-270.

[7]朱航, 張淑寧, 趙惠昌. 基于廣義周期性的單通道多分量正弦調(diào)頻信號分離和參數(shù)估計[J]. 電子與信息學(xué)報, 2014,36(10):2438-2444.

[8]張淑寧, 朱航, 趙惠昌,等. 基于周期模糊函數(shù)的偽碼調(diào)相與正弦調(diào)頻復(fù)合引信信號參數(shù)提取技術(shù)[J]. 兵工學(xué)報, 2014,35(5): 627-633.

[9]朱航, 張淑寧, 趙惠昌. 單通道多分量偽碼復(fù)合線性調(diào)頻信號分離及參數(shù)提取[J]. 兵工學(xué)報, 2014, 35(9): 1363-1374.

[10]Zahia M Hussain, Boualem Boashash. Adaptive instantaneous frequency estimation of multi-component FM signals using quadratic time-frequency distribution[J].IEEE Trans on Signal Processing, 2002,50(8):1866-1876.

[11]齊林, 陶然, 周思永, 等. 基于分?jǐn)?shù)階Fourier變換的多分量LFM信號的檢測和參數(shù)估計[J]. 中國科學(xué)E輯, 2003, 33(8): 750-759.

Typical Radar Fuze Signals Modulation Standard Identification

ZHU Hang1,2, ZHANG Shuning1, ZHAO Huichang1

(1. School of Electronic and Optical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China; 2. Unit 73015 of PLA, Huzhou 313000, China)

In order to recognize the several kinds of frequency or phase modulated radar fuze signals with typical modulation systems, a method of modulation identification was proposed. The modulation period could be estimated through auto-correction function analysis firstly, after that the duty radio could be estimated through signal envelop to distinguish whether the signal was pulse train signal or continuous-wave signal. For continuous-wave signal, the time-frequency ridge should be extracted, then the modulation type could be identified through signal characteristics. The simulation results supposed that the proposed method was effective.

radar fuze signal; modulation period; signal envelop; time-frequency ridge; multi-cycle integration

2016-02-24

國家自然科學(xué)基金項目資助(61301216)；國防預(yù)研究基金項目資助(9140A0502021DQ0201)

朱航(1987—)，男，江西景德鎮(zhèn)人，博士研究生，研究方向：信號處理及電子對抗。E-mail:taochuhang@163.com。

TN971.1

A

1008-1194(2016)05-0006-04