多分量雷達(dá)輻射源信號模型和檢測估計(jì)算法研究.pdf

1、雷達(dá)輻射源信號檢測和參數(shù)估計(jì)是電子情報(bào)偵察系統(tǒng)中的關(guān)鍵信號處理過程，也是電子對抗信號處理研究中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。在現(xiàn)代電子戰(zhàn)環(huán)境中，信號密度越來越大，雷達(dá)信號也越來越多地采用復(fù)雜調(diào)制方式。密集復(fù)雜的信號環(huán)境會導(dǎo)致脈沖同時(shí)或相繼到達(dá)接收機(jī)并重疊或交疊在一起，形成多分量雷達(dá)輻射源信號。多分量雷達(dá)輻射源信號的存在使依賴單脈沖檢測的瞬時(shí)頻率估計(jì)方法難以有效執(zhí)行，易導(dǎo)致瞬時(shí)頻率估計(jì)錯(cuò)誤或關(guān)鍵信息缺失，破壞同一輻射源脈沖列的各脈沖間的統(tǒng)計(jì)特性，降低輻射

2、源識別率，甚至導(dǎo)致識別錯(cuò)誤。在脈沖數(shù)極為有限的情況下，該處理方式會嚴(yán)重影響雷達(dá)輻射源情報(bào)信息的獲取。隨著電子戰(zhàn)環(huán)境中的脈沖信號密度越來越大，脈沖發(fā)生交疊的概率也越來越大，對交疊脈沖信號形成的多分量雷達(dá)輻射源信號進(jìn)行檢測，估計(jì)各信號分量的參數(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代電子偵察系統(tǒng)不可避免而又必須解決的問題，但目前尚缺乏對多分量雷達(dá)輻射源信號及其檢測估計(jì)算法的系統(tǒng)研究。因此，本論文對多分量雷達(dá)輻射源信號及其檢測估計(jì)算法中存在的問題和難點(diǎn)進(jìn)行了探索性、系統(tǒng)

3、性的深入研究，以實(shí)現(xiàn)密集信號環(huán)境中復(fù)雜雷達(dá)輻射源的情報(bào)獲取。
　　 本論文先在分析多分量雷達(dá)輻射源信號來源、特性、表現(xiàn)形式和交疊概率的基礎(chǔ)上，界定多分量雷達(dá)輻射源信號的含義，建立多分量雷達(dá)輻射源信號模型；然后，從時(shí)頻分析方法和參數(shù)估計(jì)兩方面設(shè)計(jì)多分量雷達(dá)輻射源信號檢測估計(jì)算法，以獲得各信號分量的時(shí)域、頻域、調(diào)制規(guī)律等有用信息，在算法研究中考慮了不同信號類型、時(shí)頻交疊嚴(yán)重及強(qiáng)噪聲干擾情況下的多分量雷達(dá)輻射源信號檢測，在采用基于時(shí)頻

4、分析方法的多分量雷達(dá)輻射源信號檢測估計(jì)算法中，分別討論S方法(SM)檢測估計(jì)算法、重排SM檢測估計(jì)算法和SHE(SM、Hough變換和時(shí)頻面消除法的結(jié)合算法)檢測估計(jì)算法；隨后，參數(shù)檢測估計(jì)算法被用來處理由能量強(qiáng)弱相差較大的信號分量形成的多分量信號和含高階次相位信號分量的多分量雷達(dá)輻射源信號。最后，從算法實(shí)現(xiàn)過程分析、計(jì)算復(fù)雜度和檢測估計(jì)性能三個(gè)方面對不同檢測估計(jì)算法進(jìn)行對比分析，并給出結(jié)論。在對雷達(dá)輻射源信號及其檢測估計(jì)算法進(jìn)行系統(tǒng)研

5、究中，獲得的主要研究成果如下：
　　 (1)界定多分量雷達(dá)輻射源信號含義，建立多分量雷達(dá)輻射源信號模型。目前關(guān)于多分量雷達(dá)輻射源信號的研究是電子對抗信號處理中的新問題和研究難點(diǎn)，多分量雷達(dá)輻射源信號的含義和模型是研究檢測估計(jì)算法的基礎(chǔ)。論文從多分量雷達(dá)輻射源信號的來源、特性、表現(xiàn)形式和檢測必要性出發(fā)，對多分量雷達(dá)輻射源信號進(jìn)行研究。在此基礎(chǔ)上，針對雷達(dá)輻射源信號的特點(diǎn)，對多分量雷達(dá)輻射源信號的含義進(jìn)行界定，建立多分量雷達(dá)輻射源信

6、號數(shù)學(xué)模型。從信息獲取和需要解決的問題兩方面討論多分量雷達(dá)輻射源信號檢測的特點(diǎn)，為檢測估計(jì)算法的研究提供重要參考。
　　 (2)深入分析SM檢測機(jī)理，提出多分量雷達(dá)輻射源信號SM檢測估計(jì)算法。從交叉項(xiàng)去除、噪聲性能評估和檢測性能三方面研究了SM檢測機(jī)理，得到SM在檢測多分量信號時(shí)的優(yōu)勢及存在的問題。利用SM在檢測多分量信號時(shí)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)多分量雷達(dá)輻射源信號SM檢測估計(jì)算法。仿真實(shí)驗(yàn)表明，SM檢測估計(jì)算法具有偽Wigner-Vil

7、le分布的高時(shí)頻分辨力，又避免了交叉項(xiàng)，可以準(zhǔn)確估計(jì)出各輻射源脈沖信號分量的瞬時(shí)頻率和脈沖起止點(diǎn)，對噪聲信號有很強(qiáng)的處理能力；估計(jì)值圍繞理想值上下波動(dòng)，但波動(dòng)范圍很小。在檢測含噪聲信號(信噪比為0dB)時(shí)，雖然估計(jì)值會在局部偏離理想值，但不影響估計(jì)信號與理想信號的逼近，仍能保持高的估計(jì)精度。
　　 (3)提出多分量雷達(dá)輻射源信號重排SM(RSM)檢測估計(jì)算法，并從算法過程分析討論了RSM檢測估計(jì)算法的可行性和執(zhí)行效率。針對多分量

8、雷達(dá)輻射源信號特點(diǎn)，將時(shí)頻重排用來提高信號SM時(shí)頻面的時(shí)頻聚集性，提高SM在避免交叉項(xiàng)干擾過程中因采用頻窗而降低的時(shí)頻聚集性，使信號更容易被檢測出來，并獲得更高的估計(jì)精度。對算法實(shí)現(xiàn)流程和實(shí)現(xiàn)的分析表明，檢測估計(jì)算法的主要計(jì)算過程是窗內(nèi)信號的FFT，比較簡單且容易通過硬件實(shí)現(xiàn)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，RSM檢測估計(jì)算法采用SM消除信號分量間的交叉項(xiàng)，通過重排提高時(shí)頻分辨率，既能獲得與Wigner-Ville分布接近的高時(shí)頻分辨率，又能避免Wi

9、gner-Ville分布所固有的交叉項(xiàng)，可有效處理線性和非線性調(diào)頻多分量雷達(dá)輻射源信號。
　　 (4)提出多分量雷達(dá)輻射源信號SHE檢測估計(jì)算法，給出SHE檢測估計(jì)算法模型和引入以實(shí)現(xiàn)多個(gè)信號分量依次檢測為目的的時(shí)頻面消除法。SHE檢測估計(jì)算法將SM、Hough變換和提出的時(shí)頻面消除法有機(jī)結(jié)合，在計(jì)算信號SM時(shí)頻分布的基礎(chǔ)上，通過在Hough參數(shù)空間中對線性調(diào)頻信號和相位編碼信號的累積，提高處理低信噪比信號的能力；通過提出的時(shí)頻

10、面消除法實(shí)現(xiàn)多個(gè)信號分量的依次檢測，避免不同信號分量間的干擾和信號定位中對Hough變換進(jìn)行多值檢測；通過脈沖檢測閾值來估計(jì)信號分量的起止時(shí)間，通過相位判別閾值來估計(jì)相位信號的相位。仿真實(shí)驗(yàn)表明，SHE檢測估計(jì)算法能準(zhǔn)確估計(jì)多分量輻射源信號中各信號分量持續(xù)時(shí)間和瞬時(shí)頻率；SHE方法在檢測低信噪比信號(信噪比為-5dB)時(shí)仍能獲得高的估計(jì)精度；通過對時(shí)頻面提取的信號作相位判別，可以獲得信號分量的相位編碼信息。
　　 (5)提出多分

11、量雷達(dá)輻射源信號PHAF(Product High Ambiguity Function)檢測估計(jì)算法，在檢測中采用剝洋蔥策略，使信號分量按照能量強(qiáng)弱逐次進(jìn)行檢測，并能有效檢測多分量雷達(dá)輻射源信號中具有高階相位的信號分量和能量較弱的信號分量。檢測估計(jì)算法通過將多個(gè)時(shí)間延遲的HAF相乘的方法，強(qiáng)化信號分量形成峰值，削弱沒有相關(guān)性的交叉項(xiàng)和噪聲，避免HAF在處理多分量信號時(shí)易受噪聲和交叉項(xiàng)形成的雜波干擾，同時(shí)避免采用最大似然估計(jì)方法時(shí)的高計(jì)

12、算復(fù)雜度。在檢測過程中采用剝洋蔥策略，使能量較弱的信號分量因避免了強(qiáng)能量信號分量的影響及交叉項(xiàng)的干擾而被檢測出來。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PHAF檢測估計(jì)算法能有效檢測混合階相位多分量雷達(dá)輻射源信號，對多個(gè)信號分量的檢測順序跟信號分量的能量(幅度)有關(guān)，能量大的信號分量先被檢測出來，但并不影響其它信號分量的檢測；不同相位階次信號分量的檢測順序與階次高低沒有影響，參數(shù)估計(jì)精確程度與信號能量有關(guān)，能量越大的信號估計(jì)精度越高；在對含噪聲信號(信噪比

13、為0dB)進(jìn)行檢測時(shí)，估計(jì)誤差只有小幅提高，估計(jì)精度沒有顯著降低。
　　 (6)比較研究多分量雷達(dá)輻射源信號的多種時(shí)頻檢測估計(jì)算法和參數(shù)檢測估計(jì)算法的性能，分析各檢測估計(jì)算法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，概括總結(jié)檢測估計(jì)算法的性能指標(biāo)，并在算法實(shí)現(xiàn)過程分析中提出了基于SM的快速時(shí)頻處理實(shí)現(xiàn)方法。檢測估計(jì)算法的性能分別從算法實(shí)現(xiàn)過程、計(jì)算復(fù)雜度和檢測估計(jì)性能三方面進(jìn)行比較分析。采用提出的SM快速時(shí)頻方法降低時(shí)頻檢測估計(jì)算法的計(jì)算復(fù)雜度。檢測

14、估計(jì)算法的計(jì)算復(fù)雜度分析表明，時(shí)頻檢測估計(jì)算法的復(fù)雜度要高于參數(shù)檢測估計(jì)算法的復(fù)雜度；在時(shí)頻檢測估計(jì)算法中，SHE檢測估計(jì)算法的復(fù)雜度最高，RSM檢測估計(jì)算法的復(fù)雜度略高于SM檢測估計(jì)算法。檢測估計(jì)性能是衡量檢測算法有效性的指標(biāo)，其研究主要考慮估計(jì)精度、噪聲抑制能力和算法的適用范圍。時(shí)頻檢測估計(jì)算法的檢測性能分析以時(shí)頻分布的性能為基礎(chǔ)，參數(shù)檢測估計(jì)算法的檢測性能通過計(jì)算估計(jì)值的方差和克拉美-羅界獲得。檢測估計(jì)性能分析表明，RSM具有比S

15、M更高的時(shí)頻分辨率，繼承了SM在交叉項(xiàng)和噪聲抑制方面的優(yōu)勢，是比較理想的時(shí)頻分布；SHE檢測估計(jì)算法具有最強(qiáng)的檢測低信噪比信號的能力；PHAF檢測估計(jì)算法具有最好的高階相位調(diào)制信號檢測能力，可實(shí)現(xiàn)混合相位階次多分量雷達(dá)輻射源信號的檢測和弱能量信號分量檢測。在總結(jié)檢測估計(jì)算法性能的基礎(chǔ)上，給出各檢測估計(jì)算法性能指標(biāo)比較表，以作為不同情況下檢測估計(jì)算法選擇的參考，并可作為多分量雷達(dá)輻射源信號檢測估計(jì)算法的進(jìn)一步討論和應(yīng)用研究的基礎(chǔ)。