艾德思：基于脉冲关联性的雷达信号主分选改进算法

研究背景

 

在电子战系统中,电子支援措施(Electronic Support Measure, ESM)是整个系统的情报来源,其中雷达信号分选与辐射源识别是ESM进行态势分析和决策的前提.

 

雷达信号分选主要是根据脉间特征参数组成的脉冲描述字进行分析,以聚类出可能存在的辐射源为目的.其中信号主分选(又称为PRI分选,Pulse Repetition Interval)主要依据的数据为脉冲到达接收机的时间(Time of Arrival,TOA).下图为PRI分选示意图,假设空间中有多个辐射源以不同的脉冲重复间隔向外辐射脉冲,单个接收机接收到的脉冲则是来自多个辐射源的混叠脉冲,通过PRI分选后,可以分析出可能存在的辐射源,然后再结合其他技术手段进行更细化的辐射源识别.

 

雷达信号主分选示意图

 

传统基于直方图的算法由于具有良好的精度和效率,在工程上多被采用.这类方式主要涉及两个步骤,一是累积计算时差直方图来估计可能存在的PRI;二是根据PRI估计值在脉冲序列中进行搜索.然而,这类方式在估计PRI的时候往往不能有效处理PRI抖动/脉冲丢失以及复杂类型的PRI 问题.

 

本文介绍一种基于脉冲关联性的雷达信号主分选改进算法来优化PRI的估计值,同时提高脉冲提取的效率.

 

算法介绍

 

本方式主要在计算时差直方图时记录构成某时差的脉冲对索引信息,同时对时差直方图做均值滤波和IQR分析以优化PRI的估计值,然后根据脉冲关联性直接从脉冲对索引中提取脉冲,最后进行相关的后处理.下图为整个方式的流程图.

 

算法整体流程图

 

针对时差直方图做均值滤波,可以很好地去除虚假的PRI,降低算法的计算量,下图为仿真数据对应的时差直方图.

 

仿真数据时差直方图

 

针对超过阈值的直方图统计量,本方式通过IQR将可能存在的抖动PRI和固定PRI分离开.下图为超过直方图阈值的统计量所对应的箱线图.

 

超过阈值的直方图统计量箱线图

 

与传统直方图算法不同的是,本方式直接根据脉冲的关联性,从脉冲序列中直接提取脉冲,公式(1)为构成时差t的脉冲对索引集合,公式(2)/(3)分别为脉冲对左右索引的集合,公式(4)为左右脉冲索引的相关函数,R(0)即为以时差t为脉冲重复间隔的脉冲索引.

 

计算出的脉冲索引结果需要根据一定策略进行脉冲的增补,需要增补的脉冲示意图如下.

 

同时,如果检测估计的PRI为参差类型PRI,则需要进一步估计子PRI值.

 

实验结果

实验的评价指标主要包括平均召回率和PRI估计值平均相对误差,分别表现脉冲分选的召回性能和PRI值估计的准确性.

实验主要分为三组,分别为只包含固定PRI类型的脉冲;抖动和固定PRI类型混合的脉冲;参差/抖动/固定PRI类型混合的脉冲.

 

1/固定类型的脉冲实验

固定PRI类型的脉冲

表中可以看出这几种基于直方图的PRI分选算法应对固定类型PRI的性能都比较好,随着脉冲丢失率的上升,本方式具有更好的适应性.

2/抖动和固定类型混合的脉冲实验

抖动和固定PRI类型混合的脉冲

从表中可以看出本方式在应对抖动类型PRI的性能较好一些.

同时,在该部分的实验,增加了算法在不同脉冲丢失率和雷达辐射源数目上的对比试验,其结果对比分别如下.

a) 在不同脉冲丢失率上的平均召回率

b)在不同辐射源数量上的平均召回率

从两幅实验结果图中可以看出本方式在应对脉冲丢失和辐射源数量变化上具有比较好的性能.

3/参差/抖动和固定类型混合的脉冲实验

参差/抖动和固定PRI类型混合的脉冲

从表中可以看出,本方式可以分析参差类型PRI,并且较为准确地估计出参差类型PRI的子PRI

参考文献

[1]  Mardia H K. New techniques for the deinterleaving of repetitive sequences[J]. Iee Proc F, 1989, 136(4):149-154.

[2]  Milojević D J, Popović B M. Improved algorithm for the deinterleaving of radar pulses[J]. Iee Proc, 1992, 139(1):98-104.

[3]  Liu Y, Zhang Q. Improved method for deinterleaving radar signals and estimating PRI values[J]. IET Radar, Sonar & Navigation, 2018, 12(5): 506-514.

[4]  Xi Y, Wu Y, Wu X, et al. An improved SDIF algorithm for anti-radiation radar using dynamic sequence search[C]. Chinese Control Conference. 2017:5596-5601.

 

 

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