《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于GUI的雷達(dá)信號(hào)抗分選性能評(píng)估系統(tǒng)
現(xiàn)代電子技術(shù)
溫瓊,李會(huì)方,,高健健,,吳帆
摘要: 為適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)雷達(dá)信號(hào)低截獲性能的需求,,設(shè)計(jì)了雷達(dá)信號(hào)抗分選性能的評(píng)估系統(tǒng),,分析了雷達(dá)信號(hào)分選的常用算法包括累積差直方圖(CDIF)和序列差直方圖(SDIF),。模擬雷達(dá)信號(hào)環(huán)境,,將設(shè)計(jì)的同步頻率捷變信號(hào),、PRI抖動(dòng)信號(hào)和PRI調(diào)制信號(hào)經(jīng)過分選評(píng)估系統(tǒng),計(jì)算分選結(jié)果的準(zhǔn)確率,、分選時(shí)間等,,通過以上幾個(gè)因素的加權(quán)提出了信號(hào)復(fù)雜度的計(jì)算方法。對(duì)比信號(hào)之間的復(fù)雜度系數(shù),,達(dá)到定量評(píng)估雷達(dá)信號(hào)抗分選性能的目的,,并為設(shè)計(jì)具有低截
Abstract:
Key words :

    低截獲(LPI)雷達(dá)信號(hào)設(shè)計(jì)是現(xiàn)代雷達(dá)信號(hào)設(shè)計(jì)技術(shù)的熱點(diǎn),具有低截獲性能的雷達(dá)信號(hào)在電子對(duì)抗環(huán)境中不能被ESM偵察接收機(jī)截獲,,即使被截獲,,也不能被正確的分選識(shí)別。因此,,在設(shè)計(jì)具有LPI性能雷達(dá)信號(hào)的過程中,,就需要對(duì)雷達(dá)信號(hào)的低截獲性能進(jìn)行統(tǒng)一評(píng)估,設(shè)計(jì)一種雷達(dá)信號(hào)的LPI評(píng)估系統(tǒng),,對(duì)雷達(dá)信號(hào)低截獲性能的驗(yàn)證能提供很好的幫助,。本文就是在這一基礎(chǔ)上,通過MATLAB的GUI設(shè)計(jì),,將雷達(dá)信號(hào)的分選算法,,和雷達(dá)信號(hào)環(huán)境的設(shè)置,統(tǒng)一在人機(jī)交互界面上,,計(jì)算和分選結(jié)果直觀透明,,使用快捷方便。
    計(jì)算所設(shè)計(jì)的不同雷達(dá)信號(hào)抗分選性能需要兩個(gè)統(tǒng)一:分選環(huán)境的統(tǒng)一和分選算法的統(tǒng)一,。這樣計(jì)算時(shí),,才能正確得出同一信號(hào)分選環(huán)境和同一分選算法上不同雷達(dá)信號(hào)抗分選性能的計(jì)算結(jié)果,復(fù)雜度因子,。

1 雷達(dá)信號(hào)分選
    達(dá)信號(hào)分選是雷達(dá)對(duì)抗中一個(gè)重要組成部分,,它處理的信號(hào)是雷達(dá)接收機(jī)送來的密集交迭的視頻脈沖流,從這種隨機(jī)交迭的脈沖流中分離出各個(gè)雷達(dá)脈沖列并選出有用信號(hào),。能夠準(zhǔn)確識(shí)別出空間中各種不同雷達(dá)以及它們的參數(shù),,并將其放入雷達(dá)庫(kù)中以便于做進(jìn)一步處理。在雷達(dá)信號(hào)分選中,,使用的參數(shù)越多,,分選的結(jié)果就越準(zhǔn)確。
1.1 累計(jì)差值直方圖算法(CDIF)
   累積差值直方圖(CDIF)(Cumulative Difference Histogram)是一種基于周期性脈沖時(shí)間相關(guān)原理的改進(jìn)算法,,其基本原理是通過累積各級(jí)差值直方圖來估計(jì)原始脈沖序列中可能存在的PRI,,并根據(jù)該P(yáng)RI來進(jìn)行序列搜索。
    首先,,計(jì)算相鄰TOA的差值,,即計(jì)算TOA(n)-TOA(n-1),形成第一級(jí)差值直方圖,,然后確定檢測(cè)門限,,根據(jù)檢測(cè)門限對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)。設(shè)直方圖的自變量為τ,,假定總的采樣時(shí)間為ST,,則CDIF直方圖的檢測(cè)門限為:
Tthreshold=X·(ST/τ)  (1)
其中.x是可調(diào)系數(shù),一般取x<1,。
   其次,,從最小的脈沖間隔起,將第一級(jí)差值直方圖中,,每個(gè)間隔的直方圖以及二倍間隔的直方圖的值與檢測(cè)門限相比較,,如果這兩個(gè)值都超過檢測(cè)門限,則以該間隔作為PRI進(jìn)行序列搜索,。
   CDIF算法需要將直方圖中,,每個(gè)PRI間隔的直方圖以及二倍PRI間隔的直方圖的值與門限比較,,若這兩個(gè)值都超過門限,才進(jìn)行搜索,。這是針對(duì)二次諧波存在的情形,,即存在足夠數(shù)目的間隔為PRI的3個(gè)脈沖序列而不只是存在足夠數(shù)目的間隔為PRI的兩個(gè)脈沖序列的情形而設(shè)計(jì)。
    如果序列搜索成功,,此PRI序列將會(huì)從采樣脈沖列中扣除,,并由剩余脈沖列從第一級(jí)差值直方圖起重新形成新的CDIF直方圖,該過程會(huì)一直重復(fù)下去直到緩沖器中沒有足夠的脈沖形成脈沖序列,。如果搜索不成功,,則以本級(jí)直方圖中下一個(gè)符合條件的脈沖間隔值作為PRI進(jìn)行序列檢索;假如本級(jí)直方圖中沒有符合條件的脈沖間隔值,,則計(jì)算下一級(jí)的差值直方圖并與前一級(jí)差值直方圖進(jìn)行累加,,然后與檢測(cè)門限相比較,重復(fù)以上步驟,,直到緩沖器中沒有足夠的脈沖形成脈沖序列或者到達(dá)時(shí)間差構(gòu)成的直方圖的階數(shù)達(dá)到某一固定值為止,。CDIF算法較常規(guī)分選算法具有對(duì)干擾脈沖和脈沖丟失不敏感的特點(diǎn)。
1.2 序列差值直方圖算法(SDIF)
    序列差值直方圖算法(SDIF) (Sequential Difference Histogram)是一種在累積差值直方圖算法(CDIF)基礎(chǔ)上的改進(jìn)算法,,也包括PRI確定與序列檢索兩部分,。
對(duì)每一個(gè)到達(dá)時(shí)間差構(gòu)成一個(gè)序列差直方圖,計(jì)算檢測(cè)門限,;子諧波檢驗(yàn)后將所有超過門限的值看作是可能的PRI值進(jìn)行序列檢索,。若成功地分離出脈沖序列,則重復(fù)此過程,,直到分離出所有的脈沖序列或者剩下少于5個(gè)脈沖為止,。若序列檢索不能分離出脈沖序列,則計(jì)算下一級(jí)到達(dá)時(shí)間差,,設(shè)立新門限,,重復(fù)整個(gè)過程。

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2 雷達(dá)信號(hào)分選環(huán)境模擬
雷達(dá)截獲接收機(jī)接收到的實(shí)際信號(hào)是交錯(cuò)的脈沖列,,由多部雷達(dá)信號(hào)和干擾脈沖信號(hào),、噪聲脈沖信號(hào)交錯(cuò)而成。

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交錯(cuò)脈沖列是按照到達(dá)時(shí)間(TOA)進(jìn)行排序的,,令3串脈沖序列到達(dá)雷達(dá)接收機(jī)的時(shí)間是:
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通常,,電子對(duì)抗將信號(hào)分為常規(guī)信號(hào)和復(fù)雜信號(hào)兩類。常規(guī)信號(hào)指頻率,、脈沖寬度,、重復(fù)頻率都不變化的脈沖群信號(hào)。這里所說的頻率不變化是指在信號(hào)處理的取樣時(shí)間里同一雷達(dá)的各脈沖頻率都不變化,。不同體制的雷達(dá),,例如圓周掃描的警戒雷達(dá),,扇型掃描的測(cè)高雷達(dá),邊掃描邊跟蹤的雷達(dá),,只要其信號(hào)參數(shù)不變,,都屬于常規(guī)信號(hào),。它們的不同之處只表現(xiàn)在脈沖參數(shù)和天線調(diào)制上,。常規(guī)信號(hào)以外的雷達(dá)信號(hào)
都是復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)。
文中,,信號(hào)環(huán)境中加入了頻率捷變雷達(dá)信號(hào),、PRI參差雷達(dá)信號(hào)和PRI調(diào)制雷達(dá)信號(hào)3種復(fù)雜信號(hào),一種常規(guī)雷達(dá)信號(hào)作為對(duì)比信號(hào),。

3 GUI界面設(shè)計(jì)
GUI是Matlab中圖形用戶界面設(shè)計(jì)的一個(gè)強(qiáng)大工具,,控件豐富,包括文本編輯框,,靜態(tài)文本框,,下拉菜單,單選框等控件,。通過各種控件組成的圖形用戶界面,,通過鼠標(biāo)和鍵盤的操作可以設(shè)計(jì)功能豐富的人機(jī)交互界面,輸入并且修改參數(shù),,實(shí)時(shí)顯示程序運(yùn)行結(jié)果,,而且可以輸出二維和三維的曲線,直觀的表示輸出結(jié)果,。

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本設(shè)計(jì)的GUI窗口如圖3,、4、5所示,,界面主要包括雷達(dá)信號(hào)選擇,、信號(hào)分選環(huán)境設(shè)置、分選結(jié)果顯示計(jì)算,。文中主要對(duì)頻率捷變信號(hào),、PRI抖動(dòng)和調(diào)制信號(hào)進(jìn)行抗分選識(shí)別的計(jì)算驗(yàn)證,結(jié)果包括分選結(jié)果的表示和復(fù)雜度因子的計(jì)算,。

4 分選結(jié)果表示和復(fù)雜度因子
復(fù)雜度因子是評(píng)價(jià)雷達(dá)信號(hào)抗分選性能的量化指標(biāo),,因此復(fù)雜度因子的計(jì)算需要包含信號(hào)經(jīng)過分選所用時(shí)間、分選準(zhǔn)確率,??梢詫?fù)雜雷達(dá)信號(hào)的復(fù)雜度因子與常規(guī)雷達(dá)信號(hào)比較,衡量雷達(dá)信號(hào)的抗分選性能,。驗(yàn)證平臺(tái)中復(fù)雜度越大,,表明信號(hào)越難被正確分選,。
根據(jù)分選結(jié)果計(jì)算常規(guī)雷達(dá)信號(hào)的分選時(shí)間T0(單位為秒s)和分選識(shí)別程度S0(正確分選的脈沖個(gè)數(shù)與總的輸入脈沖個(gè)數(shù)比值,無量綱),,定義常規(guī)脈沖的復(fù)雜度為1,。然后設(shè)定3部復(fù)雜雷達(dá)頻率捷變雷達(dá)(SIMFAR)和PRI參差雷達(dá)信號(hào)和PRI調(diào)制雷達(dá)信號(hào),依次計(jì)算雷達(dá)信號(hào)的分選時(shí)間(T1,、T2,、T3)和分選準(zhǔn)確程度(S1、S2,、S3),。如表1所示,計(jì)算4部雷達(dá)信號(hào)的復(fù)雜度因子,,將復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)的分選準(zhǔn)確率,、分選所需時(shí)間與同一部常規(guī)信號(hào)相互比較,計(jì)算復(fù)雜信號(hào)的復(fù)雜度因子,,復(fù)雜信號(hào)的復(fù)雜度因子遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)信號(hào)的復(fù)雜度因子,。

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計(jì)算信號(hào)的復(fù)雜度因子:
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5 結(jié)束語(yǔ)
雷達(dá)信號(hào)的抗分選性能是衡量雷達(dá)信號(hào)威力的關(guān)鍵指標(biāo),所以在設(shè)計(jì)雷達(dá)信號(hào)的過程中需要實(shí)驗(yàn)仿真雷達(dá)信號(hào)的抗分選性能,。而本文中采用的雷達(dá)信號(hào)分選算法是成熟的累積差和序列差直方圖算法,,利用圖形用戶界面將雷達(dá)信號(hào)模擬和分選算法模擬有機(jī)的結(jié)合到一個(gè)可視化的圖形用戶界面中,分選算法可供選擇,,增強(qiáng)交互能力,,方便演示,同時(shí)具有通用性,。通過文中計(jì)算的3種復(fù)雜信號(hào)和一種常規(guī)信號(hào)的分選準(zhǔn)確率,,計(jì)算復(fù)雜度并且其衡量抗分選性能的程度,在實(shí)際的應(yīng)用中同時(shí)也可以驗(yàn)證其他雷達(dá)信號(hào)的抗分選識(shí)別的性能,,并且增加其它的分選算法,,比較雷達(dá)信號(hào)對(duì)抗不同的分選算法系統(tǒng)時(shí)的優(yōu)劣程度。在低截獲雷達(dá)信號(hào)的設(shè)計(jì)中能起到很好的輔助作用,。

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