一种抗PRI变换分选的雷达波形间歇采样调制设计方法

一种抗pri变换分选的雷达波形间歇采样调制设计方法
【技术领域】
1.本发明涉及一种抗pri变换分选的雷达波形间歇采样调制设计方法，属于雷达信号处理及对抗领域，具体涉及对雷达信号的间歇采样波形调制，并利用调制后的波形破坏信号分选效果的方法。


背景技术：

2.雷达辐射源信号分选，又称雷达辐射源信号去交错，是指从随机交错的脉冲流中分离出各个雷达脉冲列的过程，是雷达信号侦察的关键技术之一，同时也是战场态势感知的重要环节。
3.雷达辐射源信号分选主要分为三种方法：即基于脉间调制特征的雷达辐射源分选、基于脉内调制特征的雷达辐射源分选和基于机器学习的雷达辐射源分选(隋金坪，刘振，刘丽，黎湘.雷达辐射源信号分选研究进展[j/ol].雷达学报.)。其中，基于脉间调制特征的雷达辐射源分选方法是目前国际上主流的分选方法，主要包括：pri(脉冲重复间隔)搜索法、pri直方图法、pri变换法等。
[0004]
雷达波形间歇采样调制是指通过一个欠采样的矩形脉冲串对雷达波形进行间歇调控的调制处理手段(吴其华.sar宽带雷达信号间歇采样调制方法及应用研究[d].长沙：国防科技大学，2019.)。间歇采样调制增加了信号的脉冲流密度，使得调制信号的时域表现相比于原始信号来说复杂多变。
[0005]
通过对信号波形的间歇采样调制设计，可以改变信号的pri，在对抗脉间调制特征提取的分选方法中具有良好效果。


技术实现要素：

[0006]
本发明要解决的技术问题是：对雷达波形进行间歇采样调制，从而改变原有雷达波形的pri特性，使得pri变换分选方法失效，实现抗信号分选。
[0007]
采取的技术方案如下：
[0008]
第一步，间歇采样调制波形设计。
[0009]
间歇采样波形包络为矩形脉冲串p(t)，时域上的表现为将一个完整的脉冲通过调制脉冲划分成若干个子脉冲。设雷达原始信号为s(t)，则间歇采样调制信号为x(t)＝s(t)p(t)。
[0010]
本发明中，根据抗分选效果不同，设计了三种间歇采样调制波形，分别是：均匀间歇采样调制波形、非均匀间歇采样调制波形、随机间歇采样调制波形。
[0011]
第二步，pri变换法信号分选模型建立。
[0012]
pri变换法是以求取pri的自相关函数为基础的信号分选方法。构建pri变换法数学模型：假设tn(n＝0，1，...，n-1)为脉冲到达时间(脉冲toa)，n是总的脉冲数，n为第n个脉冲，数学模型可表示为：式中，δ(
·
)为冲击函数。对g(t)进行积分变换
并引入相位因子exp(2πjt/σ)，得到：
[0013][0014]
其中，为g(t)的自相关函数，σ为参变量。|d(σ)|就形成一种pri谱图，真实的pri值处会出现峰值。
[0015]
第三步，根据预期抗分选效果，设计雷达波形间歇调制模式。
[0016]
抗信号分选效果主要包括：辐射源数量欺骗、辐射源参数欺骗、辐射源隐藏。
[0017]
根据预期抗信号分选效果，设计不同的间歇采样信号波形调制方式。均匀间歇采样调制波形可实现辐射源数量欺骗及辐射源参数欺骗效果；非均匀间歇采样调制波形可实现辐射源参数欺骗效果；随机间歇采样调制波形可实现辐射源隐藏效果。
[0018]
作为优选的，所述根据预期抗分选效果，设计不同的间歇采样信号波形调制方式，具体如下：若预期抗分选效果为辐射源数量欺骗，则波形间歇调制模式为均匀间歇采样调制；若预期抗分选效果为辐射源信号参数欺骗，则波形间歇调制模式为均匀间歇采样调制或非均匀间歇采样调制；若预期抗分选效果为辐射源隐藏，则波形间歇调制模式为随机间歇采样调制。
[0019]
最后，对间歇采样调制信号抗分选处理进行仿真实验。
[0020]
本发明的有益效果主要包括：
[0021]
第一，设计了三种间歇采样调制波形。该调制波形可适用于线性调频、相位编码等主要信号模式。
[0022]
第二，建立了pri变换法信号分选模型。通过该模型，可准确分选固定重频的混合脉冲串。
[0023]
第三，设计了不同的间歇采样波形调制方式，不同的调制方式具备不同的抗分选能力。
[0024]
第四，实现了间歇采样调制波形抗分选处理。验证了间歇采样调制波形具备具有辐射源欺骗、隐藏等效果。
【附图说明】
[0025]
图1(a)是均匀间歇采样调制波形示意图。
[0026]
图1(b)是非均匀间歇采样调制波形示意图。
[0027]
图1(c)是随机间歇采样波形示意图。
[0028]
图2是脉冲到达时间及pri示意图。
[0029]
图3是未调制混合脉冲串分选仿真结果图。
[0030]
图4是均匀间歇采样调制波形分选仿真结果图。
[0031]
图5是非均匀间歇采样调制波形分选仿真结果图。
[0032]
图6是随机间歇采样调制波形分选仿真结果图。
[0033]
图7是本发明方法流程框图。
【具体实施方式】
[0034]
下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明是一种抗雷达信号分选的间歇采样波形调制设计方法，如图7所示，步骤如下：
[0035]
第一步，间歇采样调制波形设计。
[0036]
(1)均匀间歇采样
[0037]
如图1(a)所示，均匀间歇采样信号波形是一个矩形脉冲串，其间歇周期为ts，脉宽为τ，τ在区间任意取值，表达式可以写为：
[0038][0039]
式中，δ(
·
)为单位冲击函数，rect(
·
)是矩形函数，*表示卷积运算。
[0040]
且有：
[0041][0042]
这里，τ是矩形函数的持续时间，即采样脉冲持续时间。
[0043]
(2)非均匀间歇采样
[0044]
非均匀间歇采样调制，是在原始脉冲的持续时间内，对其进行非均匀间歇采样，非均匀间歇采样波形是一个不规则矩形脉冲串，如图1(b)所示。非均匀间歇采样调制中，每一个原始脉冲的脉内调制方式一致。
[0045]
对于非均匀间歇采样调制，信号波形可表示为：
[0046][0047]
其中，τn是对应的发射脉冲持续时间；是第k个间歇采样收发周期，且有k≤n。
[0048]
(3)随机间歇采样
[0049]
随机间歇采样调制中，原始脉冲的脉内调制与非均匀间歇采样调制方式一致，如图1(c)所示。不同的是，每个原始脉冲均采用不同的间歇周期。
[0050]
对于随机间歇采样调制，信号波形可表示为：
[0051][0052]
其中，m为原始脉冲编号。
[0053]
第二步，pri变换法信号分选模型建立。
[0054]
假设tn(n＝0，1，...，n-1)为脉冲toa(脉冲到达时间)(如图2所示)，n是总的脉冲数，数学模型可表示为：g(t)的积分变换式:
|d(σ)|给出了一种pri谱图，在代表真pri值的地方将出现峰值。将g(t)带入d(σ)，得到：
[0055][0056]
为了便于分析，采用pri变换的离散形式。令[σ
min
,σ
max
]为pri的范围，将这个范围分为k个小区间，所述的每个小区间称为pri箱，每个pri箱的宽度为(σ
max-σ
min
)/k，第k个pri箱的中心为：
[0057][0058]
定义了pri的范围以及pri箱的中心和宽度之后，离散的pri变换可以表示为：
[0059][0060]
如果b
→
0，则pri的谱用|dk|来表示，在谱图上，代表真pri的位置将出现峰值，便可以估计出接收到的交叠脉冲串中可能包括的雷达信号的pri值。
[0061]
第三步，根据预期抗分选效果，设计雷达波形间歇调制模式。
[0062]
抗信号分选效果主要包括辐射源数量欺骗、辐射源参数欺骗及辐射源隐藏。辐射源数量欺骗是指，产生虚假的辐射源信号，在分选系统认为的分选参数中增加假辐射源信息；辐射源参数欺骗是指，在辐射源参数中增加虚假信息，使分选系统不能获得雷达辐射源的真实参数；辐射源隐藏是指，采取一定的措施，破坏分选环节，使电子侦察系统后续识别难以进行，从而达到隐藏辐射源信号的目的。
[0063]
设计不同的间歇采样波形调制模式，可以达到不同的抗分选效果。原始信号均以线性调频信号为例。
[0064]
原始信号表达式为：
[0065][0066]
其中，t
p
为脉宽，μ为调制斜率。
[0067]
(1)均匀间歇采样调制：
[0068]
均匀间歇采样波形表达式为：则均匀间歇采样调制波形表达式为：
[0069]
[0070]
均匀间歇采样波形调制中，原始脉冲在时域上被均匀分成了份(假设t
p
能被ts整除)。设原始信号的pri为pri1，脉冲数为n1，则在pri变换分选算法中会识别出一个pri为的脉冲串，脉冲数为因此，采用均匀间歇采样波形调制会使pri变换分选算法错误判断辐射源数量，达到辐射源数量欺骗的抗分选效果。
[0071]
(2)非均匀间歇采样调制：
[0072]
非均匀间歇采样信号表达式为：则非均匀间歇采样调制信号表达式为：
[0073][0074]
均匀间歇采样波形调制中，原始脉冲在时域上被非均匀分成了若干份，每个原始脉冲的脉内调制方式相同。经过非均匀间歇采样波形调制，每个子脉冲pri与原始脉冲pri相同，因此，非均匀间歇采样波形调制会使pri变换分选算法错误判断子脉冲数量，达到辐射源参数欺骗的抗分选效果。
[0075]
(3)随机间歇采样调制：
[0076]
随机间歇采样信号表达式为：则随机间歇采样调制信号表达式为：
[0077][0078]
其中m为原始脉冲编号。
[0079]
随机间歇采样调制中，原始脉冲的脉内调制与非均匀间歇采样调制方式一致，但每个原始脉冲均采用不同的间歇周期。经过随机间歇采样波形调制，所有子脉冲的toa均为随机值，pri变换分选算法无法识别脉冲的pri。因此，随机间歇采样波形调制可达到辐射源隐藏效果。
[0080]
综上，可得到抗分选效果及波形间歇调制模式如下表1：
[0081][0082]
表1
[0083]
实施例：间歇采样调制信号抗分选处理仿真实验
[0084]
设置雷达信号参数，对未调制雷达信号及间歇采样调制波形分别作分选仿真处理及对比。
[0085]
参数设置：
[0086]
脉冲1：pri＝1.9μs
[0087]
脉冲2：
[0088]
脉冲3：
[0089]
脉冲数均为333个。
[0090]
仿真一：未调制脉冲串分选
[0091]
仿真结果如图3所示：pri变换法能够准确分选出三个雷达信号。
[0092]
仿真二：均匀间歇采样调制脉冲串分选
[0093]
将脉冲1进行均匀间歇采样调制。仿真结果如图4所示：间歇采样调制波形破坏了分选结果，分选算法识别出4个雷达信号，且对脉冲数做出了错误判断。
[0094]
仿真三：非均匀间歇采样调制脉冲串分选
[0095]
将脉冲1进行非均匀间歇采样调制，仿真结果如图5所示：分选算法对子脉冲数做出了错误判断。
[0096]
仿真四：随机间歇采样调制脉冲串分选
[0097]
将脉冲1进行随机间歇采样调制，仿真结果如图6所示，分选算法识别出2个雷达信号，对辐射源数量做出错误判断。
[0098]
图4验证了均匀间歇采样调制波形具有辐射源及辐射源信号参数欺骗能力。图5验证了非均匀间歇采样调制波形具有辐射源信号参数欺骗能力。图6验证了随机间歇采样调制波形具有辐射源隐藏能力。