现代雷达辐射源信号特点分析与研究
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摘 要：对新体制的现代雷达辐射源信号进行准确识别是当前电子战的一大难题。本文从信号的波形设计和参数使用等方面出发，详细分析了雷达信号的特点，研究了目前在信号特征提取方面存在的一些问题，对提高复杂体制雷达信号的识别准确率具有一定的参考价值。
关键词：现代;雷达信号;特征;识别
随着电子科学技术的迅速发展，雷达技术突飞猛进，复杂体制的现代雷达应用越来越广泛，相控阵、低截获概率、脉冲多普勒以及准连续波等雷达的技术日新月异。现代新体制雷达，尤其以相控阵雷达为代表，所采用的技术先进，预警探测能力强，主要特点可归纳如下：一是采用有源相控阵技术，二是采用数字化技术，三是具有多目标跟踪、多功能及自适应工作方式，四是采用宽带/超宽带技术，五是采用低截获概率设计技术，六是发射方式控制灵活，七是采用超低副瓣和副瓣处理技术。这些新技术的广泛运用，使得现代雷达辐射源信号呈现出幅度变化不规律、带宽变化多样、参数多变、波形复杂等特点。[1-4]
1 雷达信号的特点
1.1 信号幅度变化不规律
对于一维相扫雷达，在方位上雷达天线波束连续转动，在俯仰上天线波束在不同的波位顺次或编程扫描，侦察设备截获的雷达信号幅度包络起伏大。当侦察系统侦收到来自雷达天线主瓣的信号时，幅度大，侦收到来自副瓣的信号时，幅度小，因此幅度起伏跳变剧烈。当雷达天线的主瓣扫过侦察系统时，侦察系统截获的雷达信号幅度包络变化大、大幅度的脉冲数偏少，幅度变化规律性差，难以直接将其应用到分选、识别中去。
对于水平和仰角均采用电扫描的二维相控阵雷达，其天线波束的指向可以自由灵活的改变，天线的扫描是根据监视空域和跟踪目标的分布情况设定的，其主瓣对侦察系统的照射无规律可循，主瓣照射时侦收信号幅度大，副瓣照射时侦收信号幅度小，幅度起伏剧烈。在不考虑副瓣侦察的情况下，即只有在雷达主瓣照射侦察系统时才能够侦收到雷达信号，侦收到的雷达信号幅度变化范围不大，但离散性强，侦收到雷达信号的持续时间为发射波束对侦察系统的照射时间，侦收到的连续脉冲数为雷达发射波束照射时间内发射的脉冲个数，因此信号幅度变化范围不大，但是数量少，通常为一个到几个。因此只利用从主瓣侦收的信号幅度特性分选、识别雷达辐射源的难度更大。
1.2 工作频带宽变化多样
雷达发射信号的频率在工作带宽内以各种方式灵活变化，典型的有脉间伪随机捷变频、脉组伪随机捷变频、脉间和脉组自适应捷变频、随机捷变、频率分集等。这就要求侦察接收机的瞬时带宽足够大，能覆盖雷达的工作带宽。这对侦察系统截获信号提出了挑战，特别是给脉内调制特征分析的实现增加了难度。
1.3 信号参数多变、快变
雷达可根据跟踪目标的具体情况选择工作模式，每种工作模式发射功率、工作频率、信号波形和脉冲宽度、重复周期等不同，这使得侦察系统截获的雷达信号能量起伏加大，信号参数、波形变化快而复杂，截获和识别的难度加大。以外军某型雷达信号的重频为例，其既可以选择固定重频工作模式，也可以选择抖动重频工作模式，假定侦察接收机截获到两部雷达的发射信号，一部为工作在固定重频模式的雷达，假设其重频值大小为300μs，另外一部为工作在重频抖动模式的雷达，假设其重频值大小为230μs，抖动量为10%，利用经典的PRI变换算法对截获到的雷达信号进行重频估算，并通过估算出来的重频值进行雷达信号分选，利用PRI变换算法对接收到的脉冲信号处理后可得到PRI值分别为230μs和300μs，重频值估算准确，可以进行有效的雷达信号分选，但假设雷达选择发射重复频率为300μs，抖动量为20%的雷达脉冲信号，即工作模式由固定重频转换为抖动重频，侦察接收机利用PRI变换算法对接收到的脉冲信号处理后估算不出雷达信号的PRI值，从而无法实现准确的雷达信号分选，后续工作陷入被动。
1.4 信号波形变化复杂
现代雷达均采用了低截获概率设计技术，信号波形复杂，占空比增大，且具有多种不同的信号波形可供选择，工作时可根据需要边跟踪边搜索，控制发射功率、波束指向、信号频率、波形等发射信号，以不同的接收机通道接收处理回波，同時获得搜索和跟踪信息，这使得侦察系统截获的雷达信号复杂性加大，识别辐射源难度加大。如外军某型雷达雷达，信号波形可为正斜率线性调频或负斜率线性调频，且可单程或双程调制，每种情况还具有不同的调制带宽。又如外军某型雷达，采用线性调频+二相编码的混合调制波形，其调制特点与线性调频信号十分相似，利用一般的时频分析方法难以准确分析、估算其调制样式与参数。假设线性调频信号的开始频率为30MHz，带宽为2MHz，脉宽为10μs，信噪比为5dB，利用时频分析方法可获得其时频关系;假设另一线性调频+二相编码信号的开始频率为30MHz，带宽为2MHz，脉宽为10μs，编码规律为二相巴克码，信噪比为5dB，利用时频分析方法也可获得其时频关系。
通过观察两种信号的时频图会发现，利用时频分析方法提取线性调频信号的时频图与线性调频+二相编码信号的时频图较为相似，即利用线性调频+二相编码信号模拟线性调频信号具有一定的欺骗性，这对雷达辐射源信号的分选、识别显然是十分不利的。
1.5 信号特征日益隐蔽
现代雷达具有多种工作方式，且可从一种工作方式直接跳变到另一工作方式，这进一步加大了侦察系统识别其工作方式的难度。
以外军某型雷达为例，假设其频率工作范围为1.215～14GHz，有20个频点可供伪随机选择，其脉宽有4个可供防空警戒时或近程空中支援、辅助导航和拦截控制时选择使用。对于侦察系统而言，当雷达辐射源信号的频率、脉宽等参数跳变、快变时，在分选时极易造成“分批”现象。在某次实际侦察到的雷达信号脉冲串中，统计得到其跳变的频率点有14个，脉宽有4个，交替产生，信号参数不仅跨度较大，分布规律也难以发现，这给分选与识别带来了较大的困难。如果仅利用常规参数进行分类，这类情况即便在分类器“容差”设置较大的情况下也无法准确实现分选，极易产生“分批”现象。 此外，三坐标有源相控阵技术使得雷达具有搜索、跟踪和攻击引导等多种功能，其搜索加跟踪的工作模式使其可在这些功能之间交替工作，即根据当前目标的情况控制发射波束的数量、照射功率、时间、信号参数及波形样式等，在确保攻击引导精确、跟踪目标信息连贯的同时，对监视区域内继续进行搜索。雷达对目标的照射也是间断进行的，而雷达具有超低副瓣特性，平均副瓣可达-50dB，因此侦察系统所截获的雷达信号幅度起伏剧烈。这一方面造成侦察系统截获雷达信号的困难，要求侦察系统必须具有高灵敏度、大动态范围、宽瞬时带宽、大参数测量范围及同时到达信号的强截获能力等;另一方面，信号特征的隐蔽性使得侦察系统难以识别雷达及其工作模式，这就要求侦察系统必须设法提取更多、更有效的信号特征，改进信号处理的方法和算法等。
2 存在的问题
当前用于提取雷达信号脉内特征较成熟的算法有时域瞬时自相关算法、时频域短时傅立叶变换、魏格纳-维尔分布以及小波变换法等。这些方法对单载频、线性调频、非线性调频、相位编码、频率编码等信号的脉内调制分析各有优缺点，分别如下。
（1）瞬时自相关算法可以用于识别单载频信号，在有效的信号自相关时间里输出为一直流电平，电平的高低与延迟时间和信号载频有关。瞬时自相关算法具有运算速度快的优点，且易于工程实现。缺点就是参数估计精度不高、适用信号范围较窄。
（2）短时傅立叶变换是线性变换，所以很适用于多频率分集的信号，并且具有一定的抗噪能力。但是加窗后时频域分辨率不能同时兼顾，所以不适合用于高精度分析的场合。
（3）魏格纳-维尔分布在加窗后可以用于精确分析线性调频信号或类线性调频信号的调頻规律，但是魏格纳-维尔分布不适合用于多信号同时到达的场合，对噪声也很敏感。尽管可以通过合理选择核函数来降低相干项的影响，但是要以降低分辨率为代价。
（4）小波变换法可以在时域和频域两个域内同时揭示信号的特征，具有良好的时频域局部化的性质。且不同小波具有不同的特性，可分别用来逼近不同特性的信号，得到最佳结果，是分析信号脉内特征的有力工具。其缺点是处理速度较慢、对信噪比要求较高。
通过第一节的分析可知，雷达信号的样式正逐渐呈现出复杂化、多样化的特点，混合调制信号的使用频率与日剧增，仅利用上述几种算法难以全面准确地提取信号的脉内特征，为识别提供前提。对提取算法进行改进或另辟途径迫在眉捷。
3 结语
本文从信号的波形设计和参数使用两个方面详细分析了当前复杂体制雷达信号的特点，指出了信号特征提取和识别方面存在的缺陷，对提高我军的电子战水平具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]赵国庆.雷达对抗原理.西安电子科技大学出版社，1999.
[2]李侠.现代雷达技术.兵器工业出版社，2000.
[3]张光义.相控阵雷达系统.国防工业出版社，1994.
[4]韩俊，何明浩，等.基于双谱和SIFT特征的雷达辐射源信号唯一识别[J].微波学报，2010，1（26）：81-84.
作者简介：唐瑭（1983-），男，安徽人，硕士，主要研究装备保障方向。
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