基于短时分数阶傅里叶变换的间歇采样转发干扰辨识方法
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表1仿真参数tab1simulationparameters参数参数值信号载频ghz6信号带宽mhz20脉宽s64采样率mhz100目标距离m300ci干扰切片次数1ci干扰转发次数5smsp干扰采样率mhz20smsp干扰转发次数5图6smsp干扰最优旋转角度提取示意图fig6extractionofoptimalrotationangleforsmspjamming随后对接收信号做干扰最优旋转角度的stfrft得到分数阶时频分布平面并以最大值向下3db为门限做二值化
引用格式：杨小鹏，韩博文，吴旭晨，等．基于短时分数阶傅里叶变换的间歇采样转发干扰辨识方法［Ｊ］．信号处 理，２０１９，３５（６）：１００２１０１０．ＤＯＩ：１０．１６７９８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３０５３０．２０１９．０６．０１０． Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｍａｔ：ＹａｎｇＸｉａｏｐｅｎｇ，ＨａｎＢｏｗｅｎ，ＷｕＸｕｃｈｅｎ，ｅｔａｌ．ＩｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄＳａｍｐｌｉｎｇＲｅｐｅａｔｅｒＪａｍｍｉｎｇＩｄｅｎｔｉｆｉｃａ ｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄＢａｓｅｄｏｎＳｈｏｒｔｔｉｍｅＦｒａｃｔｉｏｎａｌＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０１９，３５（６）：１００２ １０１０．ＤＯＩ：１０．１６７９８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３０５３０．２０１９．０６．０１０．
摘 要：基于数字射频存储的间歇采样转发干扰能够形成大量同时兼具压制和欺骗效果的假目标，难以被传统 方法准确检测与识别。本文针对切片组合干扰和频谱弥散干扰这两种典型间歇采样转发干扰样式，提出一种基 于短时分数阶傅里叶变换的干扰辨识方法。该方法首先通过角度遍历选取干扰信号的分数阶变换最优旋转角度； 之后通过短时分数阶傅里叶变换，获得接收信号时频分布图像；再对时频图像进行二值化操作，提取干扰时频 域特征参数，进而对干扰进行有效辨识。仿真结果证实了该方法的有效性与准确性。 关键词：间歇采样转发干扰；频谱弥散；切片组合；短时分数阶傅里叶变换；特征提取；干扰辨识 中图分类号：ＴＮ９７２ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１６７９８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３０５３０．２０１９．０６．０１０
第 ３５卷 第 ６期 ２０１９年 ６月
文章编号：１００３－０５３０（２０１９）０６－１００２－０９
信号处理 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
Ｖｏｌ．３５ Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．２０１９
基于短时分数阶傅里叶变换的间歇采样转发 干扰辨识方法源自杨小鹏 韩博文 吴旭晨 龙 腾
（卫星导航电子信息技术教育部重点实验室（北京理工大学），北京 １０００８１）
在电子战领域，假目标干扰是常见的欺骗干扰 方式，尤 其 是 基 于 数 字 射 频 存 储 器 （ＤｉｇｉｔａｌＲａｄｉｏ ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｅｍｏｒｙ，ＤＲＦＭ）产生的转发式假目标干 扰，更是获得了广泛的应用。ＤＲＦＭ 转发式假目标 除能够获得雷达脉冲压缩处理增益外，通常还具有 真实目标 的 典 型 特 征，与 雷 达 回 波 信 号 具 有 相 参 性，因而 具 有 较 强 的 干 扰 能 力。间 歇 采 样 转 发 干 扰［１］是 ２００６年由美国的 Ｓｐａｒｒｏｗ提出，基于 ＤＲＦＭ 体制且用于对抗线性调频脉冲压缩雷达的新型假 目标 干 扰，具 体 包 括 切 片 组 合 （ＣｈｏｐｐｉｎｇａｎｄＩｎｔｅｒ ｌｅａｖｉｎｇ，Ｃ＆Ｉ）干 扰 与 频 谱 弥 散 （ＳｍｅａｒｅｄＳｐｅｃｔｒｕｍ， ＳＭＳＰ）干扰两种类型。由于干扰机截获雷达信号时 不进行全脉冲采集，而是在采集其中的部分信号后 立即进行处理转发，从而使该类型的干扰可以在雷 达接收端形成大量逼真的假目标，兼具压制和欺骗 效果，影响雷达对真实目标的检测。由于此类干扰 与雷达回波 高 度 相 似，为 了 抑 制 此 类 干 扰，往 往 需 要检测、识别出干扰的类型，并且获得其特征参数， 以便进行干扰对消，这对准确检测和提取干扰参数 提出了迫切需求。
收稿日期：２０１９－０３－２５；修回日期：２０１９－０６－０３ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１８６０２０６０１２，６１６７１０６５，３１７２７９０１）；高等学校学科创新引智计划资助项目（Ｂ１４０１０）
第 ６期
杨小鹏 等：基于短时分数阶傅里叶变换的间歇采样转发干扰辨识方法
１００３
１ 引言
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄｓａｍｐｌｉｎｇｒｅｐｅａｔｅｒｊａｍｍｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｄｉｇｉｔａｌｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅｍｏｒｙ（ＤＲＦＭ）ｃａｎｆｏｒｍａｌａｒｇｅｎｕｍ ｂｅｒｏｆｆａｌｓｅｔａｒｇｅｔｓｔｈａｔｃｏｍｂｉｎｅｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｂｏｔｈｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｊａｍｍｉｎｇａｎｄｄｅｃｅｐｔｉｏｎｊａｍｍｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｂｅａｃ ｃｕｒａｔｅｌｙｄｅｔｅｃｔｅｄａｎｄｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｂｙｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｓ．Ａｎｏｖｅｌｊａｍｍｉｎｇｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｓｈｏｒｔｔｉｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ ａｌＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍ （ＳＴＦＲＦＴ）ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｏｒｔｗｏｔｙｐｉｃａｌｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄｓａｍｐｌｉｎｇｒｅｐｅａｔｅｒｊａｍｍｉｎｇ：ｃｈｏｐｐｉｎｇ ａｎｄｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ（Ｃ＆Ｉ）ｊａｍｍｉｎｇ，ａｎｄｓｍｅａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｕｍ（ＳＭＳＰ）ｊａｍｍｉｎｇ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｒｏｔａｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｆｔｈｅｆｒａｃ ｔｉｏｎａｌＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｏｆｔｈｅｊａｍｍｉｎｇｓｉｇｎａｌｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄｂｙｔｒａｖｅｒｓｉｎｇｅａｃｈａｎｇｌｅ．ＴｈｅｎＳＴＦＲＦＴｉｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅ ｔｉｍｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｍａｇｅｏｆｔｈｅｒｅｃｅｉｖｅｄｓｉｇｎａｌ．Ｔｈｅｊａｍｍｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｅｘｔｒａｃｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｉｍａｇｅｂｉｎａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｊａｍｍｉｎｇ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｖｅｒｉｆｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄｓａｍｐｌｉｎｇｒｅｐｅａｔｅｒｊａｍｍｉｎｇ；ｓｍｅａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｕｍ；ｃｈｏｐｐｉｎｇａｎｄｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ；ｓｈｏｒｔｔｉｍｅｆｒａｃｔｉｏｎａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｊａｍｍｉｎｇｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ＩｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄＳａｍｐｌｉｎｇＲｅｐｅａｔｅｒＪａｍｍｉｎｇＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄＢａｓｅｄｏｎ ＳｈｏｒｔｔｉｍｅＦｒａｃｔｉｏｎａｌＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ
ＹａｎｇＸｉａｏｐｅｎｇ ＨａｎＢｏｗｅｎ ＷｕＸｕｃｈｅｎ ＬｏｎｇＴｅｎｇ
（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＮａｖｉｇａｔｉｏｎ（ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）， ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ）
引用格式：杨小鹏，韩博文，吴旭晨，等．基于短时分数阶傅里叶变换的间歇采样转发干扰辨识方法［Ｊ］．信号处 理，２０１９，３５（６）：１００２１０１０．ＤＯＩ：１０．１６７９８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３０５３０．２０１９．０６．０１０． Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｍａｔ：ＹａｎｇＸｉａｏｐｅｎｇ，ＨａｎＢｏｗｅｎ，ＷｕＸｕｃｈｅｎ，ｅｔａｌ．ＩｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄＳａｍｐｌｉｎｇＲｅｐｅａｔｅｒＪａｍｍｉｎｇＩｄｅｎｔｉｆｉｃａ ｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄＢａｓｅｄｏｎＳｈｏｒｔｔｉｍｅＦｒａｃｔｉｏｎａｌＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０１９，３５（６）：１００２ １０１０．ＤＯＩ：１０．１６７９８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３０５３０．２０１９．０６．０１０．
摘 要：基于数字射频存储的间歇采样转发干扰能够形成大量同时兼具压制和欺骗效果的假目标，难以被传统 方法准确检测与识别。本文针对切片组合干扰和频谱弥散干扰这两种典型间歇采样转发干扰样式，提出一种基 于短时分数阶傅里叶变换的干扰辨识方法。该方法首先通过角度遍历选取干扰信号的分数阶变换最优旋转角度； 之后通过短时分数阶傅里叶变换，获得接收信号时频分布图像；再对时频图像进行二值化操作，提取干扰时频 域特征参数，进而对干扰进行有效辨识。仿真结果证实了该方法的有效性与准确性。 关键词：间歇采样转发干扰；频谱弥散；切片组合；短时分数阶傅里叶变换；特征提取；干扰辨识 中图分类号：ＴＮ９７２ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１６７９８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３０５３０．２０１９．０６．０１０
第 ３５卷 第 ６期 ２０１９年 ６月
文章编号：１００３－０５３０（２０１９）０６－１００２－０９
信号处理 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
Ｖｏｌ．３５ Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．２０１９
基于短时分数阶傅里叶变换的间歇采样转发 干扰辨识方法源自杨小鹏 韩博文 吴旭晨 龙 腾
（卫星导航电子信息技术教育部重点实验室（北京理工大学），北京 １０００８１）
在电子战领域，假目标干扰是常见的欺骗干扰 方式，尤 其 是 基 于 数 字 射 频 存 储 器 （ＤｉｇｉｔａｌＲａｄｉｏ ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｅｍｏｒｙ，ＤＲＦＭ）产生的转发式假目标干 扰，更是获得了广泛的应用。ＤＲＦＭ 转发式假目标 除能够获得雷达脉冲压缩处理增益外，通常还具有 真实目标 的 典 型 特 征，与 雷 达 回 波 信 号 具 有 相 参 性，因而 具 有 较 强 的 干 扰 能 力。间 歇 采 样 转 发 干 扰［１］是 ２００６年由美国的 Ｓｐａｒｒｏｗ提出，基于 ＤＲＦＭ 体制且用于对抗线性调频脉冲压缩雷达的新型假 目标 干 扰，具 体 包 括 切 片 组 合 （ＣｈｏｐｐｉｎｇａｎｄＩｎｔｅｒ ｌｅａｖｉｎｇ，Ｃ＆Ｉ）干 扰 与 频 谱 弥 散 （ＳｍｅａｒｅｄＳｐｅｃｔｒｕｍ， ＳＭＳＰ）干扰两种类型。由于干扰机截获雷达信号时 不进行全脉冲采集，而是在采集其中的部分信号后 立即进行处理转发，从而使该类型的干扰可以在雷 达接收端形成大量逼真的假目标，兼具压制和欺骗 效果，影响雷达对真实目标的检测。由于此类干扰 与雷达回波 高 度 相 似，为 了 抑 制 此 类 干 扰，往 往 需 要检测、识别出干扰的类型，并且获得其特征参数， 以便进行干扰对消，这对准确检测和提取干扰参数 提出了迫切需求。
收稿日期：２０１９－０３－２５；修回日期：２０１９－０６－０３ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１８６０２０６０１２，６１６７１０６５，３１７２７９０１）；高等学校学科创新引智计划资助项目（Ｂ１４０１０）
第 ６期
杨小鹏 等：基于短时分数阶傅里叶变换的间歇采样转发干扰辨识方法
１００３
１ 引言
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄｓａｍｐｌｉｎｇｒｅｐｅａｔｅｒｊａｍｍｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｄｉｇｉｔａｌｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅｍｏｒｙ（ＤＲＦＭ）ｃａｎｆｏｒｍａｌａｒｇｅｎｕｍ ｂｅｒｏｆｆａｌｓｅｔａｒｇｅｔｓｔｈａｔｃｏｍｂｉｎｅｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｂｏｔｈｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｊａｍｍｉｎｇａｎｄｄｅｃｅｐｔｉｏｎｊａｍｍｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｂｅａｃ ｃｕｒａｔｅｌｙｄｅｔｅｃｔｅｄａｎｄｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｂｙｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｓ．Ａｎｏｖｅｌｊａｍｍｉｎｇｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｓｈｏｒｔｔｉｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ ａｌＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍ （ＳＴＦＲＦＴ）ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｏｒｔｗｏｔｙｐｉｃａｌｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄｓａｍｐｌｉｎｇｒｅｐｅａｔｅｒｊａｍｍｉｎｇ：ｃｈｏｐｐｉｎｇ ａｎｄｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ（Ｃ＆Ｉ）ｊａｍｍｉｎｇ，ａｎｄｓｍｅａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｕｍ（ＳＭＳＰ）ｊａｍｍｉｎｇ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｒｏｔａｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｆｔｈｅｆｒａｃ ｔｉｏｎａｌＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｏｆｔｈｅｊａｍｍｉｎｇｓｉｇｎａｌｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄｂｙｔｒａｖｅｒｓｉｎｇｅａｃｈａｎｇｌｅ．ＴｈｅｎＳＴＦＲＦＴｉｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅ ｔｉｍｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｍａｇｅｏｆｔｈｅｒｅｃｅｉｖｅｄｓｉｇｎａｌ．Ｔｈｅｊａｍｍｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｅｘｔｒａｃｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｉｍａｇｅｂｉｎａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｊａｍｍｉｎｇ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｖｅｒｉｆｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄｓａｍｐｌｉｎｇｒｅｐｅａｔｅｒｊａｍｍｉｎｇ；ｓｍｅａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｕｍ；ｃｈｏｐｐｉｎｇａｎｄｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ；ｓｈｏｒｔｔｉｍｅｆｒａｃｔｉｏｎａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｊａｍｍｉｎｇｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ＩｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄＳａｍｐｌｉｎｇＲｅｐｅａｔｅｒＪａｍｍｉｎｇＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄＢａｓｅｄｏｎ ＳｈｏｒｔｔｉｍｅＦｒａｃｔｉｏｎａｌＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ
ＹａｎｇＸｉａｏｐｅｎｇ ＨａｎＢｏｗｅｎ ＷｕＸｕｃｈｅｎ ＬｏｎｇＴｅｎｇ
（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＮａｖｉｇａｔｉｏｎ（ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）， ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ）