一種綜合雷達信號偵察預處理方法

陳 楊，陳新年，顏振亞，鄔 誠，劉曉峰

(南京電子技術研究所, 南京 210039)

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一種綜合雷達信號偵察預處理方法

陳 楊，陳新年，顏振亞，鄔 誠，劉曉峰

(南京電子技術研究所, 南京 210039)

針對現代電子戰日益復雜、密集的電磁環境下雷達信號的偵收分選面臨著的嚴峻考驗，提出分層分級把環境信號脈沖描述字數據流進行分類綜合預處理的方法，稀釋脈沖數據流以減輕后續信號分選的壓力，介紹了基于信號的方位、頻率、脈寬等參數預處理的流程，對已知信號預處理和未知信號預處理要點做了說明，并通過仿真驗證了該方法的正確性和有效性。

預處理；脈沖描述字；信號分選

0 引 言

隨著雷達技術的進步，現代戰場環境下，常規體制及頻率分集、頻率捷變、脈沖多普勒、相控陣等特殊體制的多種體制雷達并存。一方面，雷達信號樣式復雜多變，甚至存在多種工作方式及多種工作波形參數隨機變化的多功能雷達；另一方面，隨著雷達數目的增多，無源偵收系統面臨著日益復雜的高脈沖密度的電磁環境，雷達信號截獲、偵收、分選、跟蹤面臨著越來越嚴峻的考驗[1-2]。電子支援措施(ESM)雷達信號處理指對偵收到的雷達信號進行偵察處理的過程，主要包括雷達信號預分選、信號主分選、參數測量、雷達識別等[3]。信號預處理主要針對參數測量電路輸出的雷達信號脈沖描述字，結合已知雷達信號數據庫以及未知雷達先驗知識相關內容，對輸入信號流進行預分選，輸出匹配之后的脈沖描述字信息存儲到相應的脈沖描述字(PDW)數據緩存區，供后續主分選進行脈沖重復間隔(PRI)分選、參數估計、檢測識別等。

由于不同用途或功能的雷達偵察系統對雷達信號處理的時間要求也各不相同，對電子情報(ELINT)系統而言允許有較長的信號處理時間，而ESM 系統由于其信號處理結果需要介入戰場指揮決策，需要實時信號處理。雷達信號處理的時間主要取決于輸入的輻射源數目、類型復雜程度、雷達輻射信號環境的脈沖密度等，雷達輻射源先驗知識的數量與質量對偵察處理時間影響較大。隨著大規模集成電路現場可編程門陣列 (FPGA)的發展，可借助大規模邏輯器件并行處理的特性，大大提高雷達信號的預分選效率，從而稀釋前端信號密度，縮短信號處理的響應時間。

雷達信號預處理需要響應速度快，為了確保高脈沖密度數據流進入信號處理不阻塞，針對預處理的需求特點，將雷達輻射源信息分為無用目標、有用已知、未知信號幾類，提出分層分級進行輸入PDW數據分類綜合預處理的方法，可有效稀釋前端輸入高脈沖密度數據流，提高信號分選效率。

1 ESM雷達信號預處理基本原理

ESM雷達信號預處理的主要作用是對前端輸入的高脈沖密度數據流進行稀釋，緩解后端主處理的壓力，主要包括已知信號預處理與未知信號預處理[4]。

已知信號預處理包括無用目標阻塞與有用信號匹配關聯，相應的已知雷達信號數據庫包括無用目標數據庫以及有用目標數據庫。已知信號預處理采用兩級匹配，首先，對己方或友方無用雷達信號目標進行阻塞，對數據流初步稀釋，將與無用目標數據庫進行匹配成功的特征信號子流直接進行濾除，不進入下一級；然后，經過第一級阻塞的信號PDW數據流再與有用目標數據庫進行匹配，從中分離出符合已知雷達特征的信號子流，輸出到已知雷達信號預處理緩存區進行存儲，供主分選進行讀取分析，主要原理框圖如圖1所示。

一般而言，雷達信號匹配數據庫的特征參數內容需要考慮到實時性、平穩性與聚集性的要求。對于輻射源檢測，雷達方位參數不受輻射源信號本身影響，在短時間上幾乎是不變的，是最好的分選參數；對于固定頻率、頻率分集、相參的捷變頻等雷達信號，頻率參數具有較好的聚集性，短時間內一般不會偏差太大，也是較好的分選參數；對于時域不重疊的雷達信號，脈寬參數聚集性較好，也可作為雷達數據庫的匹配參數；雷達脈內細微特征參數是雷達個體的“指紋參數”，對于具有脈內特征識別的偵察系統，可將該參數納入雷達數據庫的匹配參數。而脈幅、脈沖重復周期一般作為主信號處理參數，不作為預處理的匹配參數。所以，對于一般偵察系統而言，雷達信號匹配數據庫主要采用方位、頻率、脈寬三參數[5-7]。

經已知信號預處理之后的剩余脈沖數據流再進行未知信號預處理。根據雷達知識庫的先驗知識，進行方位、頻率分區，每個分區小盒內存儲一定數目的脈沖，供主分選進行讀取分析，主分選進行檢測、參數估計與識別，輸出輻射源描述字(EDW)數據流送數據處理。

2 信號預處理

現代電子戰電磁環境日趨復雜密集，本文提出的信號預處理方法對高密度環境下的PDW數據流進行分層分級處理。首先，對無需關注的輻射源進行無用目標阻塞，濾除無需關注目標，進行輻射源數據流第一級稀釋；其次，進行已知目標信號關聯處理，將已知目標與數據庫進行匹配，匹配成功的輸出至已知目標緩存供主分選進行檢測、參數估計，對輻射源數據流進行第二級稀釋；然后，將剩余脈沖數據流進行未知信號預處理，將其根據不同的參數匹配劃分到不同的數據區，后續主分選進行PRI估計，檢測識別等。

2.1 無用目標阻塞電路

無用目標阻塞電路用于對無需關注的目標，比如己方、友方雷達信號或無需關注的方位、頻段等進行PDW濾除，阻塞成功的雷達信號對應的PDW數據不參加后續的分選分析，用以減輕后續信號處理的壓力。無用目標阻塞電路的方位、頻段設定需要與關注目標的參數不重疊，以免信號丟失。

圖2 無用目標阻塞電路

2.2 已知信號關聯比較電路

已知信號關聯比較電路用于對已知目標數據庫進行快速匹配，將參數匹配符合條件的PDW數據流輸入到對應的PDW數據緩存區，供后續主分選進行信號檢測、參數測量與識別。早期的關聯比較器是將參數逐級比較判別，效率較低，隨著FPGA的發展，可實現多通道多參數并行快速匹配，大大提高了處理效率[8]。一般已知目標數量為幾十個，將各個已知目標的方位、頻率、脈寬參數的上下限分別存儲在FPGA的內部隨機存取存儲器(RAM)中，經多路PDW濾波之后，輸出匹配成功后的PDW數據流存儲到外部隨機存儲器。

圖3 已知目標預處理電路

2.3 未知信號預處理

經已知目標預處理之后的剩余脈沖數據流，送至未知信號預處理，未知信號預處理按照雷達信號的先驗知識，按照方位、頻率二維參數進行分區，每個數據區可視為一個小盒，將剩余PDW根據參數匹配存儲至不同的數據區小盒內，再由信號主分選對各個數據小盒內的PDW數據流進行PRI統計、檢測與參數測量，如圖4所示。

圖4 未知信號預處理電路

未知雷達信號知識庫的匹配參數選取與已知雷達數據庫類似，一般考慮方位、頻率以及脈寬參數。每個雷達數據區小盒除了要考慮完備性、正交性之外，要盡量使得同一部雷達的PDW數據在預分選之后被分在同一個數據小盒內。常用小盒的參數劃分主要有均勻劃分與非均勻劃分，均勻劃分比較簡單，被許多雷達偵察系統采用。非均勻劃分考慮到實際雷達參數的分布,較均勻劃分更為合理，一般按照經驗值設定。

3 仿真分析

通過在同一方位中頻模擬輸入八部頻率不同的常規雷達信號，脈寬參數分別為：16 μs, 15 μs, 14 μs, 13μs, 12μs, 11μs, 10μs, 9μs; PRI參數分別為：8 090 μs, 8 070 μs, 8 050 μs, 8 030 μs, 8 010 μs, 7 990 μs，7 980 μs, 7 970 μs。經過預處理之后輸出的結果如圖5、圖6所示。圖5為輸入PDW數據流，經過預處理之后，不同脈寬、頻率分布的PDW數據脈沖個數統計。

圖5 預分選輸出脈沖個數統計圖

圖6為不同二維參數組合情況下，預處理之后輸出的PDW脈沖分布統計，圖6a)為按照頻率、幅度二維分區，8部雷達信號PDW數據對應的頻率、幅度參數分布情況；圖6b)為按照頻率、脈寬二維分區8部雷達信號PDW數據分布情況，由圖可以看出，8部雷達信號的PDW數據分布于8個不同頻率、脈寬參數的小盒區域內；圖6c)為按照頻率、方位二維分區預處理后PDW數據分布情況，由圖可見，8部雷達信號的PDW數據流分布于8個方位相同、頻率參數不同的小盒區域內；圖6d)為8部雷達信號頻率與處理信道的對應關系。未知信號預處理采用頻率、方位二維分區，即對應圖6c)的情況。

圖6 預分選輸出二維參數脈沖分布統計圖

經過雷達信號預處理后，主分選可通過對不同小盒內的PDW數據進行后續分析處理。對圖5、圖6進行分析可知，信號預分選采用分層分級處理之后，對前端輸入的脈沖密度數據流進行有效的稀釋，一定參數范圍內的雷達脈沖PDW數據聚集性好，而后續信號主分選對已知范圍頻率、方位等參數小盒內的脈沖PDW數據進行處理，降低了分選難度，提高了分選效率與可靠性，滿足了實時性的要求。多參數并行處理的架構較傳統串行參數匹配處理，具有參數修改靈活，處理速度高，電路設計簡化等優點，大大提高了雷達信號偵收分選效率。

4 結束語

隨著電磁環境的日益復雜，雷達信號預分選對高密度的PDW數據流進行稀釋，從而緩解后端主分選的壓力。本文介紹了一種雷達信號預分選的方法，對輸入信號分別進行無用目標阻塞，對已知和未知信號進行預分選，預分選輸出結果按照一定格式存儲。信號主處理通過讀取信號預處理PDW數據緩存區的相應內容，進行信號主分選，并形成相應輻射源描述字。該方法在高密度復雜戰場電磁條件下可實現高可靠性、實時脈沖信號預分選，在工程實現中具有很強的實用性。

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陳 楊 女，1981年生，碩士，工程師。研究方向為電子對抗總體技術，無源偵收技術。

陳新年 男，1978年生，碩士，高級工程師。研究方向為電子對抗總體技術。

顏振亞 男，1980年生，博士，高級工程師。研究方向為電子對抗總體技術。

鄔 誠 男，1981年生，碩士，高級工程師。研究方向為電子對抗總體技術。

劉曉峰 男，1983年生，碩士，高級工程師。研究方向為通信信息系統技術。

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

陳楊 Email：2426043128@qq.com

2015-11-02

2016-01-15

TN957.51

A

1004-7859(2016)04-0078-04