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基于时频原子方法的雷达辐射源信号识别

程吉祥  
【摘要】:雷达辐射源信号识别是电子情报侦察(ELINT)系统、电子支援(ESM)系统和雷达告警(RAR)系统的重要组成部分,为预警、威胁探测、威胁避免和实施反击部署提供宝贵信息,是决定电子战成败的关键环节。随着复杂体制雷达的不断投入使用并逐渐占居主导地位,雷达信号的密度、工作频率和复杂程度大幅提高,雷达信号的密度已高达每秒百万个脉冲以上,频率覆盖范围超过GHz单位,同时信号的脉内和脉间调制规律更为复杂,且调制参数存在捷变。此外,电子对抗技术(ECM)和电子反对抗技术(ECCM)的增强,使得电磁环境日益复杂,为雷达辐射源信号识别带来严重挑战。 雷达辐射源信号识别包括有意调制识别和无意调制识别。有意调制识别的目的是识别出辐射源信号的幅度、相位和频率等的调制规律,无意调制识别的目的是通过对接收的辐射源信号进行特征测量,确定产生信号的雷达个体。近年来,雷达辐射源信号有意调制识别和无意调制识别均受到电子对抗领域学者的广泛关注,并提出了多种识别方法,其中以脉内特征识别最为普遍。本文采用时频原子方法,对复杂体制雷达辐射源信号的脉内特征进行探索和研究,实现雷达辐射源信号有意调制和无意调制的识别。本文的主要工作及研究成果如下: 1、对国内外雷达辐射源信号有意调制识别、无意调制识别和时频原子方法的研究现状进行概述和分析,并指出需要解决的问题。同时给出本文基于时频原子方法的辐射源信号识别模型。 2、提出基于Gabor和Chirplet原子的辐射源信号有意调制识别特征提取方法。针对雷达辐射源信号的特点,构建Gabor和Chirplet时频原子库,并提出基于改进差分进化算法的时频原子快速算法,以解决传统时频原子方法存在的计算复杂度高的问题。在此基础上,对5种典型雷达辐射源信号进行时频原子分解,详细分析了分解后时频原子的特点,进而提出3种有意调制识别的时频原子特征。实验结果表明,提取的时频原子特征在不同调制参数和较低信噪比条件下具有较高的正确识别率。 3、通过分析雷达辐射源信号无意调制的来源和特点,建立基于雷达发射机频率源的相位噪声模型以模拟辐射源信号的无意调制。鉴于现代雷达发射机普遍采用具有较好频谱纯度和较高杂散抑制度的锁相环频率合成器作为发射机的频率源,详细分析了发射机中锁相环频率源中各器件的相位噪声,并基于线性叠加原理,建立了发射机中总的相位噪声模型。最后通过分析相位噪声对辐射源信号的影响,给出含有相位噪声的无意调制辐射源信号仿真方法,解决课题研究过程中真实雷达辐射源信号难以获取的问题。 4、提出基于Sinusoid原子的辐射源信号无意调制识别特征提取方法。针对含有相位噪声的无意调制辐射源信号特点,采用多个脉冲信号的累积平均进行特征提取,以减少外部加性噪声对相位噪声的干扰。在此基础上,构建Sinusoid时频原子库,并采用基于膜算法的时频原子快速算法实现最佳匹配原子的快速搜索。通过对含有无意调制的常规辐射源信号进行分析,提出2种时频原子特征用于常规雷达辐射源无意调制识别。实验结果表明,提出的时频原子特征在较高信噪比条件下具有较好的正确识别率。


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