基于重频滑变的抗分选信号设计_贾金伟.pdf

引用格式：贾金伟，刘利民，韩壮志，等 基于重频滑变的抗分选信号设计 电光与控制，（）：（）：基于重频滑变的抗分选信号设计贾金伟，刘利民，韩壮志，解 辉（陆军工程大学石家庄校区，石家庄）摘 要：随着无线装备的大量应用，电子战逐渐成为打赢现代战争的关键；提高雷达的抗侦察性能是增强雷达电子对抗的重要手段，而抗分选信号设计能够从根本上增强雷达的抗侦察能力。针对目前在信号侦察领域广泛应用的序列差值直方图算法，从破坏分选算法对信号脉冲重复间隔估计值的角度设计抗分选信号。首先梳理了序列差值直方图分选算法工作步骤，分析了算法对信号分选的关键步骤，然后提出了信号设计的方案，最后进行仿真验证。仿真结果显示所设计的信号可以有效对抗分选算法。关键词：电子对抗；抗分选；信号设计；重频滑变中图分类号：文献标志码：（）：（）：；引言随着电子对抗技术的快速发展，敌我双方的电子攻击与电子防护已经趋于白热化，而电子侦察恰恰是电子攻击与电子防护的前提和基础。作战时各型辐射源例如地面雷达、通信装备、机载辐射源、导弹等，通常还会遇到多种电子侦察装备，采用低截获技术的辐射源不足以完全对抗电子侦察系统，因此削弱电子侦察系统的分选识别能力是对抗敌方电子侦察的另一个重收稿日期：修回日期：基金项目：军内基础加强计划技术领域基金（）作者简介：贾金伟（），男，山西天镇人，硕士生。通讯作者：刘利民（），男，河北定州人，博士，教授。要的突破点。电子侦察系统对于辐射源的信号分选识别主要目的是从截获接收机接收到的随机交错脉冲流中分离出各个辐射源的脉冲序列，从而得到环境中的辐射源信息。辐射源信号分选主要是基于脉冲调制参数如脉冲宽度、载频、方位到达角等参数的预分选 和基于各个脉冲到达时间的主分选。主分选主要是通过对各个脉冲的到达时间进行处理，进而得到电磁环境中各个辐射源的脉冲重复间隔（，）及其调制方式。所以，要削弱电子侦察系统对信号的分选识别主要是对抗基于 的分选手段。为了使基于 的分选方法失效，国内外学者已经开展了初步的研究。总体上说，主要分为 条技术路第 卷 第 期 年 月 电 光 与 控 制 线。第 条技术路线是在雷达的信号中加入干扰脉冲信号，扰乱敌方截获接收机对脉冲信号 信息的截获识别；第 条技术路线是在脉冲信号的 中加入抖动量，每一个脉冲信号的 都不相同，敌方截获接收机难以分选雷达信号；第 条技术路线是对信号的 进行优化设计，只需要对 进行精确定量设计，不需要额外设计干扰脉冲。余强等提出对于 固定的雷达信号，加入多个 固定的干扰信号，将干扰信号与己方信号合理配置构成参差信号，实现对信号的掩护。但这样设置仍有缺陷，虽然实现了对我方信号的掩护，但敌方的截获接收机仍然能够对信号的 精确分选识别，只不过分选出来的信号中有一个是正确的，另外几个是错误的。如果敌方对分选出来的信号全部施加干扰，我方雷达信号还是会受到影响。所以，戴胜波等提出将干扰脉冲混入信号脉冲中，增加脉冲信号的数量，截获接收机将干扰信号数量同样算入雷达脉冲数量中，改变了截获算法对真实雷达序列的统计属性，但敌方仍有可能准确地分选识别出真实信号的。所以，汪飞等根据截获接收机的工作特点设置干扰信号，降低对我方雷达信号的截获。截获接收机在接收一个脉冲时，无法接收另外一个已经到达的脉冲，会将第 个已经到达的脉冲时间计入第 个脉冲时间内。在实际工作中，先发射干扰信号，发射干扰信号的同时发射真实的雷达信号，两个信号同时到达，这样设置使截获接收机丢掉了后面到达的真实雷达信号脉冲，并错误记录了第 个到达的脉宽，增加了雷达信号的低截获性能。张冰清等提出在真实的雷达信号中加入干扰信号脉冲，扰乱敌方聚类分选算法的聚类中心，导致聚类分选出错，降低敌方电子侦察系统的截获分选。以上是第 条技术路线基于 的信号设计技术，通过在雷达的信号中加入干扰脉冲信号，扰乱敌方截获接收机对脉冲信号 信息的截获识别。第 条技术路线主要有汪飞等通过在固定 值上增加抖动量，降低了截获接收机的截获分选性能。张保群对参差 的取值提出定量化的约束，增加了信号的抗截获分选性能。然而，上述文献的思路主要是对信号进行设计，它们或是在信号中按照一定的规则加入干扰脉冲，或是使用抖动，这些策略理论上具有可行性，但缺乏科学严谨、定量化的约束，在实际使用过程中的效果仍有待验证；第 条技术路线虽然对信号的 进行定量化的约束，但是缺乏对分选信号的算法机理进行详细的分析。为解决上述问题，本文首先分析序列差值直方图算法（，）对信号的分选过程，然后对 分选算法失效机理进行研究，最后根据分选失效机理设计抗分选信号，从而削弱敌方电子侦察系统的分选识别能力。本文针对 分选算法中经典的序列差值直方图算法，从分选算法原理出发，力图设计出使其分选失效的信号。本文首先对 算法进行分析，然后提出一种分选失效的信号设计方案，最后进行仿真，验证信号的抗分选性能。基于 的分选算法雷达信号源分选，又称雷达辐射源信号去交错，是指从随机交错的脉冲流中分离出各个雷达脉冲序列的过程，本质上是信号各个脉冲的参数“匹配”问题。研究者利用脉间或脉内，不同域内测量或提取的特征参数，或与数据库匹配，或脉冲之间彼此匹配，从而将最相似的脉冲视为同一信号源产生的脉冲序列，否则视为不同辐射源产生的脉冲，来完成脉冲流的去交错。直方图法运用统计学规则对 值进行估计。在工程实践领域最常见的两种分选方法是累计差值直方图法（，）和 直方图法。和 本质上是 差值直方图分选方法。两种方法的核心思想是根据直方图统计与门限函数确定潜在的 估计值，然后进行脉冲序列搜索，将信号脉冲提取出来。和 的算法较为简单，对于随机干扰脉冲和脉冲丢失都不敏感，在工程实践领域对于 固定、参差和 抖动的雷达信号分选应用广泛。下面结合 算法分选信号的流程进行分析。算法流程如图 所示。图 算法流程图 第 卷电 光 与 控 制贾金伟等：基于重频滑变的抗分选信号设计由图 可知，算法流程主要包括 差值直方图分析和序列搜索两部分，其中，差值直方图分析主要是用来估计 值。运用直方图统计的方法将从一级开始对逐级 差值次数进行统计。如果 差值统计次数存在超出检测门限的峰值，那么峰值对应的 差值除以 差值统计级数就是可能存在的 值，因此门限公式的确定就十分重要。门限公式为（）（）（）式中：为总的脉冲个数；为当前直方图的阶数；为，区间内的常数；为直方图小区间个数；常数 为可调参数，一般由脉冲丢失率确定。在 分选算法对信号的实际分选过程中，为避免截获接收机对脉冲 测量误差的影响，同时增强算法对抖动信号的分选性能，所以在 及其改进的分选算法中，设置了 值的容差，利用容差值来确定 的区域，即 小盒。小盒的上、下限分别为 （）（）则 值的小盒范围为。直方图的 值是对落入 小盒中的值进行加权平均得到的，其加权平均函数为（）式中：表示互为邻近 的值，对应的累积量总和；为容差内单个 对应的脉冲数量。以上是对于第 步 估计值的详细叙述。紧接着是算法的第 步序列搜索。序列搜索根据第 步得到的 估计值提取辐射源脉冲序列，首先判断用 估计值能否在交错脉冲流中连续搜索到 个脉冲。若能，则判断为真实，并以这 个脉冲为起点，向后依次搜索出相邻脉冲到达时间差接近的辐射源剩余脉冲。若不能，则判断为虚假 值，将其舍弃，用其他过门限的 估计值进行序列搜索。通过脉冲序列搜索，也可以对第 步得到的 估计值进行甄别，得出 的真实值。信号设计方案由第 章分析可知，分选的基础在于第 步估计出 的值，而估计 的重点又在于脉冲到达时间差的加权平均函数，所以使分选失效的信号主要是从破坏分选算法平均函数的角度进行设计。因此信号设计准则为信号在 差值直方图中应尽可能地分布广泛，使得分选算法的平均函数计算错误，并且为便于后续的目标回波处理，信号不能无规则随意抖动。根据已有文献及所学知识，重频滑变信号的 差值直方图（如图 所示）具有如下几个特点。）重频滑变信号通常是由一组信号组成，信号的 值依次增加或减少，所以在一级 差值直方图中，重频滑变信号从 到 中的所有 值，都形成较大的分量。）所有 值的分量的大小几乎都相等，没有一个明显的最大值。只有直方图级数为重频滑变信号脉组内子信号个数 时，直方图中在（，）处将有一个最大值。图 重频滑变信号一级、级 差值直方图 通过对重频滑变信号 差值直方图的特点进行分析，重频滑变信号与信号设计原则相符。下面推导 分选算法对重频滑变信号的分选输出结果。不失一般性，假设有两组重频滑变信号，第 组 的起始值为，共有 个脉冲；第 组 的起始值为，共有 个脉冲。为保证不同脉组对分选算法的影响相似，每组脉冲的个数，近似相同。两组重频滑变信号的 值如下。第 组的 值为 ，（）（）式中：为调制系数；为 增量调制序列。第 组的 值为 ，（）（）式中，为 增量调制序列。通过分析重频信号的 差值直方图特点，分选算法对信号分选正确率最大时就是在 级时，也只有在 级时，直方图才能输出唯一过门限值的 估计值，只有先确定了信号的骨架周期，才能结合一级直方图分选出信号的各子，故以 级直方图进行分析。第 期（）（）（）（）（）（）（）所以，（）（）。（）由于调制系数 通常小于 ，增量调制序列产生的值 和 均小于，并且通常情况下 和 不大于，所以 和 均小于。对式（）进行不等式变换 （）（）（）当两个脉组间的步进较大，约为 的 倍时，（）（）（）所以，（）（）因此，分选出来的结果为 （）。（）但在实际的信号发射中，信号的真实 根本没有在范围之内，所以导致了分选算法分选错误，使敌方的电子干扰系统对我方雷达的干扰失效，敌方反辐射导弹的参数设置错误，无法对我方雷达进行攻击，保护了我方雷达系统的安全运行。仿真验证 信号参数设计根据第 章的分析，现设计两组重频滑变信号。第 组重频滑动信号的 起始值为 ，增量为固定值；第 组重频滑动序列的起始值为，增量为固定值 。两组脉冲的子脉冲个数均为。仿真验证仿真参数设置如下。信号共 个脉冲，根据不同的仿真情形，将两组雷达信号重复发射。测量误差为 ，序列搜索容差为 ，直方图分析范围为 ，直方图统计间隔为 。统计门限在此处重写为（）（）（）式中：；。考虑如下仿真情形。）信号的 值为 ，脉冲个数为。）信号的 值为 ，脉冲个数为。）重频滑变信号的起始值为 ，增量为固定值，子脉冲个数为，发射信号是将由 个子脉冲构成的脉组信号重复发射 次。）第 组重频滑变信号的起始值为 ，增量为固定值，子脉冲个数为；第 组重频滑变信号的起始值为 ，增量为固定值 ，子脉冲个数为。发射信号是将两个脉组的重频滑变信号依次交替发射各 次。不同仿真情形下的直方图统计结果见图。直方图统计时为避免 测量误差的影响，采用文献的方法，对相邻直方图间隔的脉冲个数进行了合并。图 不同仿真情形信号一级 差值直方图 根据仿真情形 和 的条件进行验证，如图（）和图（）所示。分选算法可以对固定重频信号进行准确的分选。根据仿真情形 的条件进行验证，如图（）所示。信号一级 差值直方图在 估计值为 处有过门限峰值。是第 个 值，分选算法仍可以根据容差设置对信号进行序列搜索，进而分选信号。根据仿真情形 的条件进行验证，如图（）所示。信号一级 差值直方图在 估计值为 处有过门限峰值。如表 所示，没有在以上两个脉组信号的 变化范围之内，分选算法不能对信号进行序列搜索，算法分选失效。第 卷电 光 与 控 制贾金伟等：基于重频滑变的抗分选信号设计表 仿真情形 和 中信号 序号与值的对应表 仿真情形 序号 值 仿真情形 序号 值 序号 值 结束语本文对 分选算法进行详细研究，进而得到了抗分选信号设计准则，并根据重频滑变信号的直方图特点，提出了基于重频滑变的抗分选信号设计方法。然后通过公式推导和信号仿真验证了重频滑变信号的抗分选性能。本文的重要意义在于，通过对抗分选信号的设计，改变了以往加入干扰脉冲引起信号抖动等使信号 随机变化的抗分选信号设计方法，为抗分选信号的设计提供了新的思路。参 考 文 献 ：周一宇，安玮，郭福成 电子对抗原理 北京：电子工业出版社，时晨光，周建江，汪飞，等 机载雷达组网射频隐身技术 北京：国防工业出版社，裴云，杨青山 战斗机的隐身与电子战的博弈 航天电子对抗，（）：，侯嵬，毕大平，赵禄达 基于灰色混合赋权的导弹阵地反电子侦察效能评估 火力与指挥控制，（）：朱良成，张丽星，张红霞 飞行器射频隐身技术的发展与应用 航空科学技术，（）：隋金坪，刘振，刘丽，等 雷达辐射源信号分选研究进展 雷达学报，（）：彭刚，袁晓，刘闻 雷达辐射源信号聚类分选算法综述 雷达科学与技术，（）：刘鲁涛，王璐璐，陈涛 基于改进 的无参数雷达信号分选算法 中国舰船研究，（）：王俊岭，黄琰璟 基于序列关联的参差信号分选算法 电子与信息学报，（）：姜在阳，孙思月，李华旺，等 一种基于 模型的雷达信号分选方法 中国科学院大学学报，（）：余强，毕大平，陈璐，等 对 系统基于信号 参数分选的干扰技术 火力与指挥控制，（）：戴胜波，雷武虎，程艺喆，等 基于 分选的反电子侦察方法 电子信息对抗技术，（）：汪飞，刘建锋 编队雷达的脉冲重复间隔低分选设计 信息技术，（）：，张冰清，王文松 基于全脉冲信息的抗聚类反侦察技术 电子信息对抗技术，（）：张保群 一种抗 分选的脉冲重复间隔参差设计方法 兵器装备工程学报，（）：，（）：（）：李腾 复杂重频样式雷达脉冲列的分选及识别算法 长沙：国防科技大学，曹俊纺，陈建军，孟晓琳 雷达信号分选技术研究 雷达与对抗，（）：易冰歆，凌万胜 复杂电磁环境下雷达信号分选技术 电子信息对抗技术，（）：，唐永年 雷达对抗工程 北京：北京航空航天大学出版社，：第 期