一种雷达信号的环境指纹像生成方法

本发明属于电子战中的智能化识别侦察，具体涉及一种雷达信号的环境指纹像生成方法

背景技术：

1、随着各类用频设备数量不断增加、频段不断扩展，电磁信号环境呈现密度激增、时频域高度交织甚至激烈对抗的特点，传统电子战系统在目标精准侦察识别方面面临着的严峻挑战。现今已有许多针对辐射源系统发射过程带给发射信号的脉内细微无意调制特征(umop：unintentional modulation on pulse)的研究，脉冲信号级的个体辐射源发射信号指纹(fingerprint)特征在辐射源精细化侦察识别方向的重要作用。辐射源级个体指纹研究的意义凸显。

2、umop是因为不同辐射源个体有着不同的电路装置、结构技术、制造公差、老化程度、工作温度和环境，使得每个辐射源发射信号携带有独一无二的特征。umop指纹特征主要分为时域特征，频域特征，时频域或转换域特征等几类。时域特征包括瞬时幅度、瞬时相位或频率、统计特等；频率特征包括傅里叶频谱、谱相关密度；转换域特征主要包括时频能量分布、模糊函数、高阶矩所获得的特征。这些umop特征的研究成果很好地验证了指纹类特征用于辐射源个体识别的必要性和有效性。但是各类umop特征均只针对辐射源发射过程带给发射信号的脉内细微无意调制特征进行定义，考虑的指纹来源单一。且多根据人为经验进行选取，缺乏清晰完备的理论依据做支撑，缺乏普适性和高效性。umop多是针对特定信号类型进行定义，表征效果在低信噪比输入或者面对不同类型信号时效果变差。

3、umop特征是频率源、发射机等分系统在发射过程中附加在信号上的无意调制信息，属于来源于辐射源系统内部的指纹属性；实际雷达信号传播过程中的不同环节会通过不同机理作用于传播信号，使之携带上与发射接收站间传播环境具体对应的无意调制信息，形成来源于辐射系统外部的环境指纹属性。相比于传统到达时间(toa)、到达角(aoa)、到达时间差(tdoa)，应用环境指纹可在复杂电磁传播环境下以及存在信号多径传播的情况下，获得更精确的雷达辐射源识别侦察结果。环境指纹以辐射源信号传播路径和传播机理为理论依据，考虑了来源于外部复杂传播环境的信息，不是人为选取的特征，具有一定的物理含义，且不受信号类型和发射信号参数的影响，具有普适性。虽然不同场景中辐射源信号传播路径和传播机理各不相同，但雷达辐射源发射信号的传播过程均可建模为一个单输入单输出、包含有多个并行调制支路的空间传递函数对发射信号进行变换的过程，具有高效性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种对非合作情况下雷达信号的环境指纹像生成方法，可以对接受到的包含有多个脉冲、复杂调制类型、灵活调制参数取值的交错雷达波形信号，实现每个脉冲的环境指纹提取，得到对应一维环境指纹像。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种雷达信号的环境指纹像生成方法，包括以下步骤：

4、s1、构建输入样本：设置存在n部雷达、k个散射体、一部接收机存在的场景，给定对应的三维笛卡尔坐标，并设定所需传播环境和接收机系统参数；设置一个脉冲序列样本中可能包含的最大脉冲数目为m，在参数范围内选取第n部雷达相应的调制参数，获得一个脉冲波形的样本，重复m次，得到m个脉冲波形样本；

5、s2、将信号传播环境中的接收信号波形转换为指纹像的转换。

6、进一步，步骤s2具体包括以下步骤：

7、s21、根据步骤s1中脉冲序列样本进行参考信号重构与相关；根据pdw测量结果重构参考信号；参考信号与接收脉冲相关得到用于传播环境指纹表征的相关成像结果；

8、s22、在步骤s21相关后的成像结果中依照自适应门限的准则进行指纹显著区间的搜索，分别设置幅度门限和宽度门限，在成像的主峰附近大范围内进行过门限检测，得到范围一致、特征突出的环境指纹一维距离成像结果；

9、s23、对多个接收脉冲信号经过步骤s22处理后的结果数据进行积累，首先进行包络对齐，使得同一散射体不同回波出现在同一距离门；其次进行相位对齐，以第一次回波为准，将各次回波的初相校正为同样数值；最后进行连续多帧距离像的相参积累；

10、s24、成像结果中直达信号分量所产生相关峰功率超过一定限度时，采用clean方法迭代从像中消去强信号后得到一维环境指纹像。

11、进一步，信号传播过程中存在一条直达路径和五条非直达路径，侦察接收机处收到的信号为：

12、

13、式中，γ表示地面反射系数真实标签，θ，α1，α2是掠射角；直达路径为：t→r，非直达路径为：t→g→r，t→s→r，t→s→g→r，t→g→s→r，t→g→s→g→r；ui表示第i个传输路径的幅度衰减，表示第i个传输路径的相位变化；σf表示散射体的rcs值，假设rcs为常数即不随雷达的视线角改变而改变，式中第一项为直达信号，其他项为多径信号。

14、进一步，未考虑多径传输时相关峰包络主瓣宽度为两倍的信号带宽，峰值到第一个零点的时间间隔为一倍的信号带宽；当第一个多径信号到达时刻与直达信号到达时刻相比，延迟大于2倍的信号带宽，则对直达信号的pdw测量不会造成影响。

15、进一步，进行显著区间搜索时，选择合适的幅度门限和宽度门限；幅度门限的目的在于避免检测过程中误将多径造成的相关峰识别为主峰；宽度门限的目的在于避免搜索过程中过长的噪声区间。

16、进一步，单个脉冲中多径信号分量功率低，自聚焦补偿噪声和信号处理步骤造成的水平平移误差，实现相参积累后图像信噪比的提升。

17、进一步，采用clean方法，将sinc信号作为核函数，使直达信号分量平移到像的中心，消去成像结果中的主峰，最终实现生成环境指纹像。

18、进一步，指纹像与雷达位置相关，即同一部雷达的指纹像具有一致性，不同雷达之间的指纹像具有可分性。

19、本发明的有益效果在于：本发明提出一种对非合作情况下雷达信号的环境指纹像生成方法，可以对接受到的包含有多个脉冲、复杂环境调制信息、灵活调制参数取值的交错雷达波形信号，实现每个脉冲的环境指纹提取，得到对应一维环境指纹像：

20、具体为：

21、(1)本发明结合多径效应和传播机理，建立环境指纹特征的理论模型和自主提取方法，能够有效提取输入原始脉冲序列的传播环境指纹像，通过分析可知该环境指纹像的特征与雷达辐射源发射波形及参数无关，不同雷达指纹像间具有可分性，同一雷达指纹像具有一致性；

22、(2)本发明使用包含有多个脉冲的波形序列作为输入，可以利用重构后的参考信号与接收信号的相关处理得到一维距离像，并通过自适应门限下的显著区间搜索得到特征突出的成像结果，减少信号处理的数据量；

23、(3)本发明使用过数据自聚焦处理和多帧积累提高成像质量，并通过强信号消去得到环境指纹成像结果，实现环境传播指纹信息表征。

24、(4)本发明提出的对雷达信号的环境指纹提取与成像方法具有高效性和普适性的特点，为方法在实际实时系统中的应用部署提供了可能。

25、本发明的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。