《電子技術(shù)應(yīng)用》
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隨機(jī)脈沖干擾對(duì)雷達(dá)信號(hào)分選的影響
來源:電子技術(shù)應(yīng)用2011年第1期
張林虎1,2, 雷武虎1,2, 蒲曉豐1,2
1. 解放軍電子工程學(xué)院,安徽 合肥 230037; 2. 安徽省電子制約技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 合肥 230037
摘要: 驗(yàn)證了k已知條件下K-means聚類分選算法的準(zhǔn)確性,并以此建立評(píng)估隨機(jī)脈沖干擾效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),,通過軟件仿真,,得出影響干擾效果的隨機(jī)脈沖參數(shù)規(guī)律,為工程實(shí)現(xiàn)提供了一定的理論依據(jù)。
中圖分類號(hào): TN955
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
文章編號(hào): 0258-7998(2011)01-0138-03
Impact of random pulse interference to radar signal sorting
Zhang Linhu1,2, Lei Wuhu1,2, Pu Xiaofeng1,2
1. Electronic Engineering Institute of PLA, Hefei 230037, China; 2. Anhui Key Laboratory of Electronic Restriction, Hefei 230037, China
Abstract: The accuracy of the K-means clustering sorting algorithm is confirmed in this paper on the condition that k has been known already ,and the evaluation rule of random pulse jamming effect is proposed, based on K-means clustering sorting algorithm. Via simulation,the rules that impact the interference effects are discovered in order to provide some valuable evidences for engineering design.
Key words : K-means clustering sorting algorithm; random pulse jamming; evaluation rules of interference effects


     隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展,,雷達(dá)偵察裝備的性能有較大的提高,,基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種雷達(dá)目標(biāo)的偵察識(shí)別與定位,這對(duì)雷達(dá)的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力造成較大的威脅,,然而當(dāng)前雷達(dá)反偵察主要采用革新雷達(dá)體制,、功率管制和增加機(jī)動(dòng)性等被動(dòng)防御措施,,這在一定程度上造成雷達(dá)的性能有所下降。隨機(jī)脈沖干擾作為主動(dòng)防御的重要措施,,可以在不改變雷達(dá)現(xiàn)有體制,、工作方式的情況下保護(hù)己方雷達(dá)不被有效偵察,具有很強(qiáng)的適應(yīng)性,。如何確定隨機(jī)脈沖信號(hào)的基本參數(shù),,以使干擾效果最佳,實(shí)現(xiàn)有效地保護(hù)雷達(dá)是隨機(jī)脈沖干擾得以工程應(yīng)用的重要前提,。
    雷達(dá)信號(hào)分選作為雷達(dá)偵察設(shè)備信號(hào)處理中一項(xiàng)主要任務(wù),,其準(zhǔn)確性直接關(guān)系到最終的雷達(dá)判別。當(dāng)前雷達(dá)信號(hào)分選的方法有很多種,如模糊聚類分選[1-3],、蟻群聚類的分選[4],、位勢(shì)函數(shù)分選[5]等,但這些分選在應(yīng)用中都存在一定缺陷,。K-means聚類分選算法由于其良好的分選效率,,得到廣泛認(rèn)可。但是由于其首先要對(duì)分選類數(shù)k進(jìn)行先驗(yàn)估計(jì),,因此其應(yīng)用受到一定限制,。
    本文通過反向應(yīng)用K-means聚類算法,即k已知的情況下,,充分利用其分選的精準(zhǔn)性和高效性,,對(duì)偵察截獲的含有隨機(jī)脈沖的雷達(dá)全脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行分選,評(píng)估隨機(jī)脈沖干擾的效果,,得出了最佳隨機(jī)脈沖干擾信號(hào)參數(shù)的有關(guān)特點(diǎn),。

  (2)將待分類的N個(gè)對(duì)象按照最小距離原則分化給k類中的某一類;
  (3) 計(jì)算重新分類后的各類心,;
  (4) 如果此時(shí)的類心和上一步的類心相同,,則結(jié)束,否則p=p+1,,轉(zhuǎn)到第(2)步,。
 算法的實(shí)現(xiàn)過程滿足了準(zhǔn)則函數(shù)的收斂特性。通常采用最小平方誤差準(zhǔn)則,,其定義為:

1.2 數(shù)據(jù)歸一化
    脈沖描述字(PDW)是描述脈沖雷達(dá)信號(hào)的重要方法,,包括脈沖到達(dá)時(shí)間(TOA)、脈沖寬度(PW),、脈沖幅度(PA),、信號(hào)載頻(RF)以及到達(dá)方向(DOA)等參數(shù)。雷達(dá)信號(hào)分選就是利用信號(hào)特征參數(shù)的相關(guān)性來實(shí)現(xiàn)的,。實(shí)際運(yùn)用中,,DOA參數(shù)主要用于預(yù)分選來稀釋信號(hào),。以下仿真主采用RF、PW和PA參數(shù),,對(duì)進(jìn)行DOA稀釋后的雷達(dá)信號(hào)全脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行分選,。
    為了避免接收的各信號(hào)數(shù)據(jù)參數(shù)在量綱上的不同而帶來的聚類效果影響,首先要對(duì)各采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理,,使其分布在[0,1]之間,。

1.3 仿真驗(yàn)證
    仿真環(huán)境:為驗(yàn)證算法的準(zhǔn)確性,模擬某一方向同一時(shí)間段的四部雷達(dá)全脈沖數(shù)據(jù),,如表1所示,。


    分選結(jié)果如圖1所示。最終分選數(shù)據(jù)為四組,,脈沖數(shù)量分別為100,、200、250,、200,,與每部雷達(dá)脈沖數(shù)據(jù)吻合,達(dá)到最佳的分選效果,。

2 隨機(jī)脈沖干擾[7]
    隨機(jī)脈沖為脈幅,、脈寬、載頻和重頻隨機(jī)變化的脈沖,。電子偵察裝備截獲的雷達(dá)全脈沖數(shù)據(jù)中有一定比例的隨機(jī)脈沖,,并且隨機(jī)脈沖在脈幅、脈寬,、載頻上與雷達(dá)脈沖信號(hào)存在的重疊,必然會(huì)對(duì)最終的分選識(shí)別造成一定影響,。
2.1 干擾效果評(píng)估準(zhǔn)則
  建立合理的干擾效果評(píng)價(jià)準(zhǔn)則是評(píng)估干擾效果的關(guān)鍵,。分選結(jié)果中干擾信號(hào)所占百分比在一定程度上反映了干擾效果。公式如下:

e為干擾信號(hào)比重,,N為分選結(jié)果中脈沖數(shù)量(含干擾脈沖與雷達(dá)脈沖),, n為雷達(dá)脈沖數(shù)量。e數(shù)值越大,,即干擾脈沖比重越大,,說明干擾效果越好:反之,干擾效果越差,。
2.2 脈沖干擾效果仿真
  (1)仿真環(huán)境1:某一方向同一時(shí)間段所接收的全脈沖數(shù)據(jù),,其中包括一部雷達(dá)與一部干擾機(jī)。兩者參數(shù)如表2所示,。分選結(jié)果如圖2所示,。分選數(shù)據(jù):N=202,n=87,由此e=57%,,分選錯(cuò)誤率為57%, 達(dá)到一定的干擾效果,。

    (2)仿真環(huán)境2:干擾機(jī)脈沖數(shù)改為為500,,其余與仿真環(huán)境1同。分選結(jié)果如圖3所示,。分選數(shù)據(jù): N=250,n=84,,由此e=66%,分選錯(cuò)誤率達(dá)66%,,干擾效果較仿真環(huán)境1好,。

    (3)仿真環(huán)境3:干擾機(jī)脈寬改為2.5μs~3 μs,其余與仿真環(huán)境1相同,。分選結(jié)果如圖4所示,。分選數(shù)據(jù):N=165,n=90,由此e=45%,分選錯(cuò)誤率達(dá)45%,,干擾效果較仿真環(huán)境1差,。

    由上面三種仿真環(huán)境分析可知:在干擾脈沖參數(shù)一定的情況下,干擾脈沖數(shù)多時(shí),,干擾效果有一定改善,;干擾脈沖數(shù)一定時(shí),干擾脈寬改變也會(huì)影響干擾效果,。由以上數(shù)據(jù)可知,,參數(shù)歸一化后,載頻,、脈寬,、脈幅壓縮至0~1,分選時(shí)三者代表的參數(shù)無太大意義,。根據(jù)就干擾脈沖數(shù),、脈寬及載頻的變化對(duì)e的影響進(jìn)行分析。
    (1)干擾脈沖數(shù)對(duì)e的影響:仿真環(huán)境與仿真環(huán)境1相同,干擾脈沖數(shù)從100~1 000,即重頻比100/100~1 000/100,。由于在每組仿真參數(shù)下,,e有一定的波動(dòng)性,因此在每組仿真環(huán)境下模擬10次取平均,。干擾效果如圖5所示,。

    (2)脈寬對(duì)e的影響:仿真環(huán)境與仿真環(huán)境1相同,干擾脈沖平均脈寬從1.8μs~3.4 μs,。干擾效果如圖6所示,。
    (3)載頻對(duì)e的影響:仿真環(huán)境與仿真環(huán)境(1)相同,干擾脈沖載頻從2 400 MHz~2 700 MHz,。干擾效果如圖7所示,。
    (4)脈寬,、載頻對(duì)e的綜合影響:仿真環(huán)境與仿真環(huán)境(1)相同,干擾脈沖平均脈寬從1.8 ?滋s~3.2 ?滋s,載頻從2 400 MHz~2700 MHz,。
    由以上分選效果評(píng)估圖分析可知:在干擾信號(hào)參數(shù)一定情況下,,分選錯(cuò)誤率隨重頻比增大而增大,但分選錯(cuò)誤率增加逐步減??;其他參數(shù)不變情況下,干擾脈寬在2.2 μs~3.1 μs,、載頻在2 500 MHz~2 630 MHz內(nèi)時(shí)分選錯(cuò)誤率才達(dá)到70%以上有較好的干擾效果,在此區(qū)間外基本無干擾效果,。由此可知:隨機(jī)干擾信號(hào)符合一定條件時(shí),重頻越大,、干擾效果越好,。
    本文通過對(duì)k已知前提下的K-means聚類雷達(dá)信號(hào)分選算法的驗(yàn)證,建立了分選錯(cuò)誤率評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)
價(jià)干擾效果的準(zhǔn)則,,利用對(duì)含有隨機(jī)脈沖干擾的雷達(dá)全脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行分選,,得出較佳干擾效果時(shí)隨機(jī)脈沖信號(hào)的特點(diǎn),為隨機(jī)脈沖干擾的工程應(yīng)用提供了理論依據(jù),。隨機(jī)脈沖干擾作為雷達(dá)對(duì)抗干擾的一個(gè)重要方法,,其應(yīng)用于對(duì)抗雷達(dá)偵察裝備依然有廣闊的發(fā)展前景。
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