一种基于配对定位的脉冲分选新技术

吕新正，刘和周，王启智

(中国电子科技集团公司第38研究所，安徽 合肥 230000)

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一种基于配对定位的脉冲分选新技术

吕新正，刘和周，王启智

(中国电子科技集团公司第38研究所，安徽 合肥 230000)

如何实现复杂多参数捷变雷达信号的脉冲分选,一直是雷达对抗领域的一个十分重要的研究课题。提出了一种基于脉冲配对定位的新方法，解决了多参数捷变雷达的脉冲分选问题，详细分析了基于配对定位的脉冲分选的实现过程，并通过仿真试验进行了验证，试验证明基于配对定位的分选方法可以提高脉冲分选的性能，同时可以解决多参数捷变雷达的脉冲分选问题。

脉冲分选；配对定位；多参数捷变

0 引言

雷达截获系统的作用是截获一定频域和空域范围内的雷达辐射源信号并确定其特征。如何在密集的电磁环境中正确地分离出各雷达辐射源信息，得到正确的参数，实时地识别、告警，正确引导反辐射导弹进行攻击或干扰系统进行干扰就显得越来越重要。而信号分选在侦察引导系统设备中是重要的组成部分之一，信号分选的正确与否直接关系到侦察设备的性能指标。从目前的信号分选技术来看，一般将信号分选分两级处理，先根据到达方向(DOA)、载频等参数对雷达信号进行预分选，再利用脉冲重复间隔(PRI)对信号进行进一步分选。但是利用载频的预分选无法实现捷变频雷达的分选。随着雷达技术的发展，为了实现低截获，脉间捷变(包括频率、重频、脉宽的捷变)得到大量的应用，传统的直方图方法很难完成分选。本文通过分析，采用脉冲配对定位的方法，很好地解决了捷变雷达的分选问题。

本文重点分析了脉冲配对定位的方法，实现了脉冲的配对和聚类，并通过仿真试验的方式对传统分选方法和新方法进行了比较。从仿真的结果可以看出，脉冲配对定位的分选方法极大提高了系统的性能，同时解决了传统分选方法无法解决的多参数捷变雷达的问题。

1 脉冲配对定位的方法

脉冲配对定位是通过两个接收机来完成的。雷达侦察接收机接收到的信号经过AD采样后进入侦察信号处理，信号处理经过信道化和参数测量后形成脉冲描述字送入到脉冲分选处理，因此参数测量的脉冲描述字作为脉冲分选的输入，其精度直接影响后续脉冲分选的性能。对于单站接收机来说，参数测量的精度与目标距离接收站的距离直接相关，而双站则可通过配对后参数的对应关系，进一步提高参数测量的精度。

设两站接收机示意图如图1所示，A、B为相距D的两个接收站，目标C到两个站的距离分别为X、Y，两站测得的方位角分别为α、β。

图1 两站接收机示意图

接收机A、B接收到的脉冲经过信号处理后得的脉冲描述字分别为PDWA{TOAa,Fa,PWa,PAa,DOAa}，PDWB{TOAb,Fb,PWb,PAb,DOAb}，对于同一脉冲来说，脉冲的频率和脉宽应该是相同的，而方位和到达时间差是有一定关系的。可以根据图1的接收关系建立如下的三角函数关系：

Y/sinα=X/sinβ=D/sin(β-α)

(1)

进一步可得到：

X-Y=(sinβ-sinα)(D/sin(β-α))=

(cos((β+α)2-1)/cos((β-α)2-1))D

(2)

式(2)给出了目标源到两个接收站的距离差，从而可以得出两站测量的到达时间关系有：

TOAa-TOAb=(X-Y)/c

(3)

(4)

从上面的分析可以看出，配对定位首先根据两站测量的方位来计算目标到达两站时间差，然后在时间差范围内进行搜索匹配，因此两站测量时间差对本算法影响较大。下面重点分析影响两站到达时间差测量的各种因素，主要包括：通道不一致、两站系统时间不同步以及高重频带来的配对模糊问题。

配对定位采用的是两套侦察接收机，虽不能保证两套系统的通道完全一致，但可以对两套系统分别标校，确保两套系统的参数测量精度一致。由于两站独立工作，不能保证两站的侦察起始时间一致，需要对PDW进行训练，计算真实的延迟时间，具体做法是：在两站PDW中寻找多个幅度较大的PDW，当它们的脉宽、频率、方位相同时，根据上述分析，计算到达时间差，以其中一个站为参考，计算另一站的到达时间，对另一站所有到达时间进行修正，从而实现时间对齐。当目标距离两站的时间差为几个微秒时，如果目标是高重频信号，脉冲之间的间隔也只有几个微秒，因此在可能的到达时间差区域内存在多个脉冲，这就导致匹配的模糊问题。由于配对处理对脉冲分选只是预处理，因此可以将多个配对的脉冲均提取出来，由于后续脉冲分选的精度较高，配对的模糊问题对脉冲分选没有影响。

综上所述，对于同一个辐射源发出的脉冲信号，可以利用两站参数测量的方位角精确地估计出脉冲到两站的时间差，再加上脉冲信号的频率和脉宽，可以实现脉冲的精确配对。具体配对算法如下：

1)选择幅度较大的PDW计算到达时间基准延时，对到达时间进行修正；

2)根据DOAa、DOAb来计算脉冲到达两站的时间差；

3)根据参数测量的测量误差计算可能的到达时间差区域；

4)根据频率、脉宽在到达时间区域进行搜索，进行脉冲配对；

5)根据信号源较近的脉冲参数测量精度更高的原则，对配对成功的PDW进行参数修正，从而得到高精度的参数测量结果。

2 脉冲配对定位的聚类方法

经过配对定位的脉冲参数配对后，剔除了很多无意干扰的脉冲描述字，为了进一步提取目标信息，需要进行脉冲分选。为了实现复杂环境下密集目标的分选，需要对接收到的脉冲描述字进行聚类分析。

对于单站侦察系统来说，最常用的是基于方位、频率、脉宽的空间距离聚类方法，也就是根据空间点与点之间的欧几里德距离进行聚类。对于方位、频率和脉宽均不变的目标信号，空间距离聚类方法有很好的效果，但对于参数均发生捷变的目标信号，则很容易将一个目标聚类成多个目标，从而得到错误的聚类结果。

对于一个空中目标，在短时间内的运动带来的角度变化相对侦察系统的作用距离来说，是非常小的。例如对距侦察机距离为R、速度为v的目标，在一次分选处理时间间隔t内的角度变化为：

θ=180vt/(πR)

(5)

假设目标的运动速度为2km/s，目标距离侦察设备的距离为100km，信号处理时间间隔为500ms，则其到达角的最大变化约为：

θ=180×2×0.5/(π×100)≈0.57°

(6)

由于大部分侦察系统的测向精度往往在1°附近，因此，目标在单位时间间隔内可以认为是不变的，故可以采用目标的方位参数作为聚类的依据。

实际上，方位测量精度受信号的强度影响很大，从上面的分析可以看出，两站协同的脉冲参数配对方法，除了可以剔除无意干扰脉冲，还可以利用到达时间来对方位进行修正，提高弱信号时的测角精度，从而有利于两站协同的方位聚类结果。

根据上面的分析，可以考虑从方位上进行聚类，具体方法如下：

1)建立方位二维坐标(横坐标为A站方位，纵坐标为B站方位)；

2)在坐标轴上标识对配对成功修正后的方位；

3)以测角的指标误差为聚类门限进行聚类；

4)对聚类后的目标进行角度平均，算出目标的真实坐标。

3 基于脉冲配对定位的脉冲分选技术

为了实现对批复杂雷达信号的脉冲分选，给出了基于两站协同的脉冲分选流程图，如图2所示。对于两站接收到的脉冲描述字，首先需要根据PDW中的到达时间、方位角进行综合配对处理，剔除无效的脉冲信号，然后根据配对成功的到达时间对方位角进行修正，对修正后的方位角进行两站聚类处理，将聚类成功的PDW分别存储下来进行重频分析处理。根据序列差直方图的方法对TOA进行重频预测和序列搜索，根据重频周期性判断是否为固定参差目标和抖动滑变目标，然后对分选成功目标对应的PDW中的频率和脉宽进行分析，判断是否存在捷变，输出目标特征参数。

图2 基于脉冲配对定位的分选技术流程图

图3 单站基于频率、脉宽、方位聚类结果

4 仿真实验

为了验证算法的特性，表1为4批目标信号的参数表，为了说明算法的适用性，选择的信号形式涵盖了目前常用的雷达信号，同时在参数选择上存在交叠，考虑到测量误差的影响，脉宽的测量误差为2μs，频率的测量误差为2MHz，方位的测量误差为2°。单站处理时，采用目前比较常用的基于频率、脉宽、方位的聚类方法，如图3所示。可以看出，由于目标批号2是多参数捷变信号，空间上目标点发散，聚类困难，会出现增批和目标信息不完整的情况。基于两站配对定位的聚类结果如图4所示。可以看出，聚类结果不受参数捷变的影响，很容易得出正确的聚类结果。表2为不同模式下的脉冲分选结果。可以看出，对于单站信号来说，信号正确分选率与目标到两站的距离及信号的复杂程度有关。从批号1、3、4可以看出，目标距离侦察站越近，则参数测量的精度高，相应的脉冲正确分选概

图4 基于两站配对定位的聚类结果

率高。对于批号2来说，由于频率、脉宽、重频均存在捷变，故单站正确分选脉冲个数不足50%。而两站协同的方式，无论参数是否捷变，脉冲分选概率都很高，两站协同的时候利用强信号的脉冲参数去修正弱信号的脉冲参数，则对分选结果有一定的改进作用。

表1 4批目标信号参数

表2 4批目标不同情况分选结果对比

5 结束语

本文阐述了一种全新基于两站配对定位的脉冲分选方法。从两站与目标组成的三角关系出发，理论论证了两站测量的到达时间与方位之间的关系，给出了两站协同配对的算法步骤，同时根据修正后的两站方位角进行聚类，并对聚类的结果进行重频分析，给出脉冲分选结果。该方法解决了单站系统无法解决的多参数同时捷变的雷达信号的脉冲分选问题。最后通过仿真实验的方法对多批目标进行分选，并与单站分选结果进行了比较，从仿真的结果来看，利用两站协同配对定位的方式可以进行多批复杂信号的聚类和分选。■

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A new technology of pulse sorting based on paired localization

Lü Xinzheng, Liu Hezhou, Wang Qizhi

(No.38 Research Institute of CETC, Hefei 230000, Anhui,China)

How to sort multi-parameter agile radar pulses is an important research problem in radar countermeasures. A new technology based on paired localization to sort multi-parameter agile radar is proposed. The realization of pulse sorting based on paired localization is analyzed, and its performance is validated by simulation. The experiment result shows that the new technology based on paired localization improves the performance of pulse sorting and resolves the problem for sorting multi-parameter agile radar pulses.

sorting of radar pulses;paired localization;multi-parameter agile

2017-02-21；2017-04-19修回。

吕新正(1976-)，男，高工，主要从事雷达对抗技术研究工作。

TN974

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