基于GUI的雷達信號抗分選性能評估系統

摘要：為適應現代戰場(chǎng)對雷達信號低截獲性能的需求，設計了雷達信號抗分選性能的評估系統，分析了雷達信號分選的常用算法包括累積差直方圖(CDIF)和序列差直方圖(SDIF)。模擬雷達信號環(huán)境，將設計的同步頻率捷變信號、PRI抖動(dòng)信號和PRI調制信號經(jīng)過(guò)分選評估系統，計算分選結果的準確率、分選時(shí)間等，通過(guò)以上幾個(gè)因素的加權提出了信號復雜度的計算方法。對比信號之間的復雜度系數，達到定量評估雷達信號抗分選性能的目的，并為設計具有低截獲性能的雷達信號提供參考。運行結果表明，軟件運行效果好，可視化程度高，使用方便快捷。
關(guān)鍵詞：低截獲；累積差值直方圖；序列差值直方圖；復雜度

低截獲(LPI)雷達信號設計是現代雷達信號設計技術(shù)的熱點(diǎn)，具有低截獲性能的雷達信號在電子對抗環(huán)境中不能被ESM偵察接收機截獲，即使被截獲，也不能被正確的分選識別。因此，在設計具有LPI性能雷達信號的過(guò)程中，就需要對雷達信號的低截獲性能進(jìn)行統一評估，設計一種雷達信號的LPI評估系統，對雷達信號低截獲性能的驗證能提供很好的幫助。本文就是在這一基礎上，通過(guò)MATLAB的GUI設計，將雷達信號的分選算法，和雷達信號環(huán)境的設置，統一在人機交互界面上，計算和分選結果直觀(guān)透明，使用快捷方便。
計算所設計的不同雷達信號抗分選性能需要兩個(gè)統一：分選環(huán)境的統一和分選算法的統一。這樣計算時(shí)，才能正確得出同一信號分選環(huán)境和同一分選算法上不同雷達信號抗分選性能的計算結果，復雜度因子。

1 雷達信號分選
雷達信號分選是雷達對抗中一個(gè)重要組成部分，它處理的信號是雷達接收機送來(lái)的密集交迭的視頻脈沖流，從這種隨機交迭的脈沖流中分離出各個(gè)雷達脈沖列并選出有用信號。能夠準確識別出空間中各種不同雷達以及它們的參數，并將其放入雷達庫中以便于做進(jìn)一步處理。在雷達信號分選中，使用的參數越多，分選的結果就越準確。
1．1 累計差值直方圖算法(CDIF)
累積差值直方圖(CDIF)(Cumulative Difference Histogram)是一種基于周期性脈沖時(shí)間相關(guān)原理的改進(jìn)算法，其基本原理是通過(guò)累積各級差值直方圖來(lái)估計原始脈沖序列中可能存在的PRI，并根據該PRI來(lái)進(jìn)行序列搜索。
首先，計算相鄰TOA的差值，即計算TOA(n)-TOA(n-1)，形成第一級差值直方圖，然后確定檢測門(mén)限，根據檢測門(mén)限對統計結果進(jìn)行檢測。設直方圖的自變量為τ，假定總的采樣時(shí)間為ST，則CDIF直方圖的檢測門(mén)限為：
Tthreshold=X·(ST／τ) (1)
其中．x是可調系數，一般取x1。
其次，從最小的脈沖間隔起，將第一級差值直方圖中，每個(gè)間隔的直方圖以及二倍間隔的直方圖的值與檢測門(mén)限相比較，如果這兩個(gè)值都超過(guò)檢測門(mén)限，則以該間隔作為PRI進(jìn)行序列搜索。
CDIF算法需要將直方圖中，每個(gè)PRI間隔的直方圖以及二倍PRI間隔的直方圖的值與門(mén)限比較，若這兩個(gè)值都超過(guò)門(mén)限，才進(jìn)行搜索。這是針對二次諧波存在的情形，即存在足夠數目的間隔為PRI的3個(gè)脈沖序列而不只是存在足夠數目的間隔為PRI的兩個(gè)脈沖序列的情形而設計。
如果序列搜索成功，此PRI序列將會(huì )從采樣脈沖列中扣除，并由剩余脈沖列從第一級差值直方圖起重新形成新的CDIF直方圖，該過(guò)程會(huì )一直重復下去直到緩沖器中沒(méi)有足夠的脈沖形成脈沖序列。如果搜索不成功，則以本級直方圖中下一個(gè)符合條件的脈沖間隔值作為PRI進(jìn)行序列檢索；假如本級直方圖中沒(méi)有符合條件的脈沖間隔值，則計算下一級的差值直方圖并與前一級差值直方圖進(jìn)行累加，然后與檢測門(mén)限相比較，重復以上步驟，直到緩沖器中沒(méi)有足夠的脈沖形成脈沖序列或者到達時(shí)間差構成的直方圖的階數達到某一固定值為止。CDIF算法較常規分選算法具有對干擾脈沖和脈沖丟失不敏感的特點(diǎn)。
1．2 序列差值直方圖算法(SDIF)
序列差值直方圖算法(SDIF) (Sequential Difference Histogram)是一種在累積差值直方圖算法(CDIF)基礎上的改進(jìn)算法，也包括PRI確定與序列檢索兩部分。
對每一個(gè)到達時(shí)間差構成一個(gè)序列差直方圖，計算檢測門(mén)限；子諧波檢驗后將所有超過(guò)門(mén)限的值看作是可能的PRI值進(jìn)行序列檢索。若成功地分離出脈沖序列，則重復此過(guò)程，直到分離出所有的脈沖序列或者剩下少于5個(gè)脈沖為止。若序列檢索不能分離出脈沖序列，則計算下一級到達時(shí)間差，設立新門(mén)限，重復整個(gè)過(guò)程。

2 雷達信號分選環(huán)境模擬
雷達截獲接收機接收到的實(shí)際信號是交錯的脈沖列，由多部雷達信號和干擾脈沖信號、噪聲脈沖信號交錯而成。

交錯脈沖列是按照到達時(shí)間(TOA)進(jìn)行排序的，令3串脈沖序列到達雷達接收機的時(shí)間是：

通常，電子對抗將信號分為常規信號和復雜信號兩類(lèi)。常規信號指頻率、脈沖寬度、重復頻率都不變化的脈沖群信號。這里所說(shuō)的頻率不變化是指在信號處理的取樣時(shí)間里同一雷達的各脈沖頻率都不變化。不同體制的雷達，例如圓周掃描的警戒雷達，扇型掃描的測高雷達，邊掃描邊跟蹤的雷達，只要其信號參數不變，都屬于常規信號。它們的不同之處只表現在脈沖參數和天線(xiàn)調制上。常規信號以外的雷達信號
都是復雜雷達信號。
文中，信號環(huán)境中加入了頻率捷變雷達信號、PRI參差雷達信號和PRI調制雷達信號3種復雜信號，一種常規雷達信號作為對比信號。

3 GUI界面設計
GUI是Matlab中圖形用戶(hù)界面設計的一個(gè)強大工具，控件豐富，包括文本編輯框，靜態(tài)文本框，下拉菜單，單選框等控件。通過(guò)各種控件組成的圖形用戶(hù)界面，通過(guò)鼠標和鍵盤(pán)的操作可以設計功能豐富的人機交互界面，輸入并且修改參數，實(shí)時(shí)顯示程序運行結果，而且可以輸出二維和三維的曲線(xiàn)，直觀(guān)的表示輸出結果。

本設計的GUI窗口如圖3、4、5所示，界面主要包括雷達信號選擇、信號分選環(huán)境設置、分選結果顯示計算。文中主要對頻率捷變信號、PRI抖動(dòng)和調制信號進(jìn)行抗分選識別的計算驗證，結果包括分選結果的表示和復雜度因子的計算。

4 分選結果表示和復雜度因子
復雜度因子是評價(jià)雷達信號抗分選性能的量化指標，因此復雜度因子的計算需要包含信號經(jīng)過(guò)分選所用時(shí)間、分選準確率?？梢詫碗s雷達信號的復雜度因子與常規雷達信號比較，衡量雷達信號的抗分選性能。驗證平臺中復雜度越大，表明信號越難被正確分選。
根據分選結果計算常規雷達信號的分選時(shí)間T0(單位為秒s)和分選識別程度S0(正確分選的脈沖個(gè)數與總的輸入脈沖個(gè)數比值，無(wú)量綱)，定義常規脈沖的復雜度為1。然后設定3部復雜雷達頻率捷變雷達(SIMFAR)和PRI參差雷達信號和PRI調制雷達信號，依次計算雷達信號的分選時(shí)間(T1、T2、T3)和分選準確程度(S1、S2、S3)。如表1所示，計算4部雷達信號的復雜度因子，將復雜雷達信號的分選準確率、分選所需時(shí)間與同一部常規信號相互比較，計算復雜信號的復雜度因子，復雜信號的復雜度因子遠遠大于常規信號的復雜度因子。

計算信號的復雜度因子：


5 結束語(yǔ)
雷達信號的抗分選性能是衡量雷達信號威力的關(guān)鍵指標，所以在設計雷達信號的過(guò)程中需要實(shí)驗仿真雷達信號的抗分選性能。而本文中采用的雷達信號分選算法是成熟的累積差和序列差直方圖算法，利用圖形用戶(hù)界面將雷達信號模擬和分選算法模擬有機的結合到一個(gè)可視化的圖形用戶(hù)界面中，分選算法可供選擇，增強交互能力，方便演示，同時(shí)具有通用性。通過(guò)文中計算的3種復雜信號和一種常規信號的分選準確率，計算復雜度并且其衡量抗分選性能的程度，在實(shí)際的應用中同時(shí)也可以驗證其他雷達信號的抗分選識別的性能，并且增加其它的分選算法，比較雷達信號對抗不同的分選算法系統時(shí)的優(yōu)劣程度。在低截獲雷達信號的設計中能起到很好的輔助作用。