被动雷达数据处理

被动雷达的数据处理技术Ξ陈国海ΞΞ(南京船舶雷达研究所,江苏南京210003)摘　要:被动雷达系统由于自身的特点优势,受到武器工作者的重视。

作者结合工作实践,简要介绍了被动雷达系统的数据融合处理、雷达的分类识别方法。

最后作者给出了被动定位的仿真结果。

关键词:被动雷达;数据融合;雷达对抗中图分类号:TN91117　文献标识码:A　文章编号:100920401(2003)0420031203Data Processing Technique of Passive RadarCH EN Guo2hai(N anji ng M ari ne Radar Instit ute,N anji ng210003,Chi na)Abstract:The passive radar is paid more attention to by the weapon pursuers because of its superior2 ity.The methods of data fusion processing and radar’s classification identifying of the passive radar is introduced in this paper.The simulation result of the passive location is presented.K ey w ords:passive radar;data fusion;ECM0　引　言被动雷达系统是一种基于对雷达辐射的信号进行检测和分析,从中得到辐射源雷达信息的系统。

被动雷达系统自身不产生射频信号,只在被探测目标有电磁波信号辐射时才能接收信号进行检测。

由于自身不进行辐射探测,所以雷达侦察系统无法主动地探测目标的距离。

被动雷达系统的特点是:一是波段宽,完成对各种雷达的辐射信号的接收;二是作用距离远自身的掩蔽性能较好,在灵敏度探相同的条件下能够接收比普通雷达远得多的信号,自身不发射信号不宜为敌方发现,提高了自身的生存能力;三是动态范围大,由于辐射源有远有近,使得进入的信号强弱相差很大,要完成强弱信号同时检测须采用对数放大器做到大动态。

如何从数量多、分布密度大、分布范围广、信号交叠严重的复杂信号环境中提取出辐射源目标信息则是被动雷达数据处理的主要任务。

本文重点研究被动雷达的数据处理。

1　被动雷达数据处理的主要任务及基本流程数据处理的主要任务是对实时脉冲信号描述字流PDW i进行点迹处理和数据融合、辐射源识别,并且将测量和识别结果提供给被动雷达系统中显示存储及记录等有关设备。

脉冲描述字是对空间辐射源的具体描述,根据被动雷达系统的功能要求,脉冲信号描述字内容有所变化,可用式1表示。

{PDW i=(PR I i,PW i,R F i,A OA i,A i,t i)}i=1,2,3 (1)式中,PR I i为第i个脉冲的重复周期,PW i为第i个脉冲的脉冲宽度,R F i为第i个脉冲的载频,A OA i为第i 个脉冲的到达的空间方位,A i为第i个脉冲的脉冲的幅度,t i为脉冲的到达时间,i为接收到脉冲信号的时间顺序。

PDW中的各个参数是进行数据融合的特征参数。

A OA是辐射源相对于被动雷达的空间方位角,由13雷达与对抗 2003年 第4期ΞΞΞ作者简介:陈国海(1976-),男,江苏大丰人,南京理工大学机电工程专业硕士研究生毕业,现从事舰载雷达总体研究。

收稿日期:2003208202;修订日期:2003210210于海面舰艇目标机动性能有限及目标和被动雷达间的距离相对较远,A OA 的变化是缓慢的,该参数是进行脉冲信号描述字流融合的主要参数之一。

R F 为信号的载频,载频的变化与具体的雷达类型有关,对于固定频率雷达及频率分集雷达其载频值具有聚敛性,载频频率集中分布于若干离散的频率点上。

而某些频率捷变雷达由于其载频的快速变化,会导致数据融合时同一辐射源被误处理为多部雷达以及初始航迹难以建立。

重复周期PR I 是雷达工作时变化范围最大变化的一个参数,现代雷达为了满足威力和精度要求,同一部雷达可能具有很多种重复周期的工作方式如固定重复周期、参差重复周期、抖动重复周期等多种,其复杂的变化给数据融合带来了困难。

对于常规的载频固定、脉宽和重复周期固定的雷达,处理过程相对简单,而且数据融合的准则比较容易制定,可以给出脉冲描述字流中各个参数融合上下限,而且可以根据具体情况适宜地调整上下限的具体数值或是百分比。

PDW i ∈S k ………A k (PDW i )=1S j ………A j (PDW i )=1(2)式中,S j 和S k 均为{PDW i }的子空间,是{PDW i }中分别符A j (PDW i )=1和A k (PDW i )=1脉冲描述字的集合。

S j (j =1,…,n )为已建立目标对应的各个子空间,S k (k =1,…,m )为尚未建立目标对应的各个子空间。

其中S j 为脉冲描述字流的融合判据具体可以这样描述:S j (PDW i )=1…f abs (PDW ic -PDW jc )≤pdw jc(3)式中绝对值是对脉冲描述字对应分量求值,pdw jc 对应的分量容差,PDW jc 对应分量的均值。

分量容差参数取得过大造成系统的分辨能力下降,取得过小会导致目标难以被搜索成功。

当S 有交织重合时会导致数据融合模糊。

通常将对PDW 分成两部分处理即已知雷达信号分选和未知雷达信号分选。

对辐射源信号的处理是一个逐步修正补充的过程,在分选识别过程中,可以输入指令对分选过程进行合理的调整,利用目标的识别和专家系统的推理功能可以使脉冲描述字流的分选更加合理。

处理的基本流程如图1所示。

对于未知型号的雷达,通常首先根据脉冲描述字序列判断某一雷达存在,在存在的条件下,对各个脉冲描述字的集合进行特征参数估计和测量,并且将结果补充到目标信息处理数据库中。

2　被动目标定位被动雷达的测量包括方位和距离。

方位直接由归并处理得到,距离的确定分为单个被动雷达测量辐射源的距离和多个被动雷达联合测量辐射源的距离。

单个被动雷达测量辐射源的距离的方法有一点定位和动态定位,多个被动雷达联合测量辐射源的距离的方法有交叉定位。

一点定位的原理要求已知目标位于某个平面上,测出目标和被动雷达连线到此平面的角,被动雷达到此平面的距离,根据解析几何即可以求出两者间的距离。

该方法在卫星侦察时常被采用。

在地面侦察中还可以借助于电离层来测量短波频率范围内的远距离辐射信号,此时可以视地面被动雷达处于电离层之上对称于电离层的位置,这时需要知道反射初电离层的高度。

用于多个被动雷达联合测量辐射源的距离的叉定位的原理是测出目标在同一时刻或一段时间内的方位值,知道被动雷达基站间的距离,利用三角形求解目标图1　数据处理基本流程23雷达与对抗 2003年 第4期到基站的距离。

动态定位的原理是被动雷达基站在运动过程中对同一辐射源进行多次测量,将这些多次测量看成是处于多个测量点的多个侦察雷达对同一辐射源的同时测量。

该方法要求被动雷达能够快速机动运动,而且对方位角度精度要求高。

下面给出一个模拟的定位结果。

该模拟的方法理论基础是被动单站机动定位原理。

基本过程如下:被动雷达往返做机动测量,在被动雷达的返回点假想出一个虚拟被动雷达,根据正程测量的目标方位,推导虚拟被动雷达沿正程继续测量到的辐射源目标方位,而实际的被动雷达沿反程测量,求解根据上述三者构成的三角形。

被动雷达的运动速度为三十节左右,辐射源距被动雷达的理论初始距离为225公里。

仿真结果图2所示。

仿真结果表明:在方位测量误差小于1度时,距离误差小于百分之四,该方法可以推广到实践中去。

图2　仿真测量结果3　辐射源的分类识别雷达辐射源的分类识别主要是判断已分选出的辐射源目标的特征参数归属于数据库中的那一部雷达。

这里简单介绍基于几何距离度分类识别,主要步骤:(1)预处理;(2)计算隶属度;(3)计算分类概率。

特征参数主要为脉宽、周期、载频、天线周期等参数。

(1)预处理 根据待分类识别的辐射源信号,在雷达辐射源数据库中的记录进行参数相似性处理(记录上下限扩展一定范围,计算出每一个记录的容差参数σj ),选出适当数量的记录作为比较数列Y j ,j =1,2,…,m 。

(2)计算隶属度设X 为待识别的辐射源,Δj (k )=|X (k )-Y j (k )|为第k 个特征分量的距离,σj (k ),k =1,2,…,n 为记录j 的各个特征分量的容差参数,k 为特征参量的下标。

X 隶属于Y j 的隶属度计算由式(4)给出。

θj =∑nk =1r (k )(1-μj (k ))(4)μj (k )为X 的第k 个参量不隶属于Y j 的第k 个分量的程度。

计算如下:μj (k )=0Δj (k )>2σj (k )Δj (k )/Y j (k )Δj (k )<2σj (k )(5)其中∑n k =1r (k )=1,r (k )≥0式中,r (k )为第k 个特征分量的权值。

(3)计算分类概率X 的分类概率的计算由式(6)给出,其中M A X (θj )表示取隶属度的最大值,S U M (θj )为隶属度的和。

CP =M A X (θj )/S U M (θj )(6)4　结束语被动雷达的数据处理是影响被动雷达性能的一个主要因素。

本文简要介绍了被动雷达系统的数据处理,分析了脉冲描述字流的特征参数基元素。

本文给出的被动定位方法和分类识别算法已经成功应用于某被动雷达的数据处理中,并且取得了良好的效果。

参考文献:[1]　王意青,张朋友.雷达原理[M ].成都:成都电子科技大学出版社,1993.[2]　侯印鸣,等.综合电子战[M ].北京:国防电子出版社,2000.33陈国海 被动雷达的数据处理技术。