基于自相關序列的激光脈沖信號解碼算法分析與設計

楊建慧+張?zhí)?/p>

摘 要：由于激光脈沖信號編碼方式的多樣化，激光脈沖信號的解碼方式也隨之日趨多樣，文章針對周期型激光編碼信號，運用自相關理論分析和解算激光脈沖信號的周期，并結(jié)合序列搜索法求出在一個信號周期內(nèi)有效的脈沖間隔碼，最后通過仿真驗證該算法的有效性和可行性。

關鍵詞：激光編碼信號；自相關序列；激光脈沖解碼

中圖分類號：TN929.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）35-0115-02

1 概述

激光脈沖信號所采用的編碼方式已日趨多樣化，其主要包括：精確頻率碼、脈沖調(diào)制碼、變間隔碼、等差型編碼、偽隨機碼等[1]，為了達到反破譯的目的，在以上各種碼型的基礎上，還可能加入隨機的干擾信息。

目前，激光編碼解算方法的理論研究取得了一定的進展[2]，其主要有時間差分統(tǒng)計法、根據(jù)脈沖時間間隔比選擇碼型法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡的解碼方法、基于自相關運算的解碼方法[3]。應用時間差分統(tǒng)計法在探測到的激光脈沖序列中出現(xiàn)漏脈沖和干擾脈沖的情況下，在識別過程中會出現(xiàn)應用漏識別或過度識別的問題。而根據(jù)脈沖時間間隔比來設計查找表確定碼型的方法適用于編碼位數(shù)在3～8位之間，查表速度快，執(zhí)行效率高，但是當編碼位數(shù)高于8位時，采用該法會出現(xiàn)查表耗費時間長，表設計困難等問題。基于神經(jīng)網(wǎng)絡的解碼方法，在模型訓練中存在模型的收斂速度距離工程應用還有一段距離[4]。對于周期型的激光脈沖信號，通過自相關處理，在出現(xiàn)漏脈沖和干擾脈沖的時刻，仍可實現(xiàn)對其隱含周期的識別。

2 自相關函數(shù)的相關理論依據(jù)

激光脈沖信號序列由探測的脈沖到達時間得到，設tn為測得的第n個脈沖前沿到達時刻，則激光脈沖信號序列x（tn）可表示如公式1所示。

由自相關函數(shù)的性質(zhì)可知：若x（n）具有周期性，則rxx（τ）也具有周期性，且與原信號同周期。因此，當x（n）的周期為N時，rxx（τ）的周期也為N，其周期性如公式（4）所示。

rxx（τ）=rxx（τ+N） （4）

即使探測到的激光脈沖信號存在漏脈沖或干擾脈沖，但它仍然是具有隱含周期的序列，對該序列應用自相關函數(shù)變換，借助自相關序列求周期，可得探測到的激光脈沖信號的周期。

3 應用自相關函數(shù)進行激光脈沖信號解碼

3.1 應用自相關函數(shù)求解激光脈沖信號的幀周期

以激光脈沖信號的到達時刻作為輸入， 應用自相關函數(shù)求解激光脈沖信號周期，其處理流程如下，如示意圖1所示。

（1）將激光脈沖信號的到達時刻作為輸入，記錄下脈沖到達時刻序列。

（2）先將接收到脈沖信號進行鎖定，計算該脈沖信號與前一激光脈沖信號的抵達時間間隔，若該時間間隔與先前的脈沖時間隔序列進行比對，若滿足系統(tǒng)要求的時戳容差，可識別其等差型編碼序列。若條件均不滿足，可累計該脈沖抵達時刻與前一脈沖抵達時刻的脈沖間隔。

（3）對累計得到的若干個脈沖抵達時間間隔序列進行離散化處理[5]，得到激光脈沖信號的時間間隔的離散化序列。

（4）對激光脈沖信號的時間間隔的離散化序列應用自相關函數(shù)執(zhí)行運算，獲得激光脈沖信號的自相關序列。

（5）由于激光脈沖信號的自相關序列具備良好的周期性，通過激光脈沖信號的自相關序列計算出該序列的最大周期T，等價于原激光脈沖信號的周期。

3.2 應用序列搜索法求解激光脈沖間隔序列

以自相關序列的周期為基準，采用序列搜索法從現(xiàn)有的抵達時間間隔序列中搜索出滿足條件的激光脈沖間隔編碼的子序列，序列搜索法流程如下，示意如圖2所示。

（1）將自相關序列的周期T作為輸入，設定系統(tǒng)的容忍誤差為e，序列搜索的兩個起始點分別為m1，m2。

（2）初始化兩個序列的累加周期T1=0，T2=0。

（3）將兩個周期T1、T2依次向沿遞增方向累加脈沖間隔，m1、m2累加次數(shù)自增。

（4）若同時滿足T1

（5）若T1與T2均同時落在序列幀周期T的容差范圍內(nèi)，且T1，T2的累加次數(shù)相等，則累加過程中的脈沖序列即為所要查找到的間隔序列。若不滿足該條件，置起始位置m1，m2向下遞增。重回步驟2。

4 仿真驗證

解碼實驗：對脈沖間隔碼型為25ms、50ms、60ms、50ms、40ms、30ms、100ms、50ms的8位脈沖編碼信號和間隔碼型為25ms、50ms、60ms、50ms、40ms、30ms、100ms、50ms、75ms、55ms的10位脈沖編碼信號進行識別的仿真實驗。輸入為四幀信號，分別對兩個序列第二幀加入干擾脈沖，對第三幀進行漏脈沖處理。加入干擾脈沖的8位脈沖編碼信號如圖3所示，加入干擾脈沖并進行漏脈沖處理的10位編號信號如圖5所示。應用自相關函數(shù)分別對8位脈沖編碼信號、10位脈沖編碼信號進行處理，分別輸出其自相關序列的周期，8位脈沖編碼信號的自相關周期序列如圖4所示，10位脈沖編碼信號的自相關周期序列如圖6所示。

通過實驗得到8位脈沖編碼信號的自相關序列的最大周期為445ms，10位脈沖編碼信號的自相關序列的最大周期N=575ms，即兩個激光脈沖編碼的幀周期分別為445ms和575ms，再通過序列搜索法，得到子周期。對于三幀以上的激光脈沖信號，即使信號中出現(xiàn)有干擾脈沖和漏脈沖，均可實現(xiàn)對激光編碼周期的識別，仿真實驗證實了該算法的有效性。

5 結(jié)束語

基于自相關函數(shù)的激光編碼解算方法可以有效地解決在系統(tǒng)要求的響應時間內(nèi)精確識別敵方激光編碼的問題，該方法在存在較強的干擾信號時仍具有良好的識別性能，同時該方法又具備可擴展性，對未來可能出現(xiàn)具有周期性的激光編碼信號均可有效地識別。

參考文獻：

[1]魏文儉，秦石喬，戰(zhàn)德軍，等.激光半主動尋的制導激光編碼的研究[J].激光與紅外，2008，38（12）：1199-1203..

[2]沈濤，宋建社.激光制導信號編碼信息識別技術[J].紅外與激光工程，2009，38（5）：854-858.

[3]程玉寶，聶勁松，等.激光編碼周期的自相關解算[J].紅外與激光工程，2008，37（增刊）：214-217.

[4]陳玉丹，何永強，濮俊艷，等.神經(jīng)網(wǎng)絡技術在激光脈沖解碼領域的應用研究[J].應用光學，2011，32（1）：174-178.

[5]A.V.奧本海姆，等.信號與系統(tǒng)[M].西安交通大學出版社，1990：3.