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基于直接序列扩频的鱼雷低截获概率信号及检测技术崔和;郑珂【摘要】基于直接序列扩频信号的低截获特性,进行了直接序列扩频(DSSS)信号波形设计,包括DSSS的原理及特性、扩频序列的生成方法和性质.研究了DSSS信号的最佳检测方法,即匹配滤波器检测.通过仿真,分析了DSSS信号在理想情况下的低截获特性.理论分析和数值仿真结果表明,DSSS信号具有大的时间带宽积、低的功率谱密度、良好的分辨性能,波形具有随机性,类似白噪声,具有很好的低截获特性.【期刊名称】《鱼雷技术》【年(卷),期】2015(023)003【总页数】9页(P187-195)【关键词】鱼雷;低截获概率;信号检测;直接序列扩频【作者】崔和;郑珂【作者单位】中国舰船研究院,北京,100101;中国舰船研究院,北京,100101【正文语种】中文【中图分类】TJ630.34在现代海战中，“先敌制胜”是保存自己和歼灭敌人的主要战术策略。
鱼雷在复杂恶劣的水声环境下进行主动探测，在对目标进行检测、定位、跟踪及识别的同时，它的发射信号也常常被敌方所利用，从而增加了自身被敌方发现的概率。
鱼雷的发射信号一旦被截获，就无法避免地“暴露”了自己，将面临下述威胁：1）敌目标潜艇投掷水声对抗干扰器材，同时采取机动规避措施，使鱼雷失去（或削弱）正常工作的能力； 2）敌舰采取硬杀伤手段拦截来袭鱼雷，摧毁或使其失去攻击能力；3）暴露了发射鱼雷的舰船，直接影响了我艇的安全性。
因此，怎样在及时发现敌目标的同时，能够有效的隐蔽自己，已经成为各国海军极其关注的问题。
自上世纪末以来，一些发达国家已开始探索水下声呐的低截获概率（low probability of inter-cept， LPI）技术。
文献［1］指出了主动声呐的隐蔽性受益于大带宽传输的波形。
文献［2］则在沿海浅水环境中使用传输巴克码和伪随机码波形测试波形发射端和位于目标的监听端的信号功率，结果表明，监听端收到的信号功率为1/d（d是距离），波形发射端收到回波的功率为1/ d2，由此传输所造成的信噪比差别与时间带宽积有关，这是LPI技术的关键。
低截获概率雷达信号处理算法实现摘要：低截获概率（LPI）雷达信号的应用，是科学技术发展的产物，具有功率低、分辨率高、抗干扰性强等特点，提高了雷达的使用性能。
与此同时，如何截获雷达信号并进行处理，成为研究人员关注的重点。
本文首先介绍了循环谱算法的理论，然后阐述了低截获概率雷达信号的算法改进，最后针对LFM雷达信号进行仿真实验，以供参考。
关键词：雷达信号；低截获概率；循环谱算法；仿真实验早期的LPI雷达信号，通过压缩旁瓣电平，降低旁瓣被截获的概率；而当前的LPI雷达信号，则通过隐藏主瓣，减小对方接收机做出反应的距离，使其无法发出告警，将其应用在战场上，能显著提高生存能力。
以下结合工作经验和相关研究资料，针对LPI雷达信号的一种改进处理算法进行探讨。
1．循环谱算法的理论介绍雷达设备在实际应用中，会接受人工周期信号的调控，其信号特征具有周期性，因此可以利用循环平稳信号进行分析。
相比于传统分析法，该方法不仅能反映出信号的本质，还能表现出信号的非平稳性；基于频谱冗余设计下，具有良好的抗干扰能力，因此可以用于信号的检测和分类[1]。
就目前而言，循环谱算法主要包括以下几种：①FAM法，即FFT累计法；②SSCA法，即分段谱相关算法；③DFSM法，即直接频率平滑算法。
其中，前两种算法的应用相对成熟。
循环谱算法的理论，依据的是循环自相关函数如下：2.2 仿真分析结合N/N’=Δf·Δt，可以将计算量看作是Δf·Δt的函数。
在计算机处理器中，乘法运算的复杂度是加法运算的10倍，因此改进FAM算法的运算量明显减少；且随着Δf·Δt的增大，运算量减少的效果更突出[3]。
3．针对LFM雷达信号的仿真实验在LPI雷达信号中，主要包括LFM、BPSK两种信号类型，具有分辨率高、单位频带能量小的特点，在现实中应用广泛[4]。
以LFM雷达信号为例，针对传统算法和改进算法进行仿真实验。
3.1 参数设置LFM信号的参数设置如下：载波频率（f c）为1kHz，采样频率（f s）为7kHz，调整周期（tm）为20×10-3s，调频斜率（）为250，信噪比为-10dB。
二相编码雷达信号及常见问题处理姬长华;张秀丽【摘要】二相编码信号是常用的脉压雷达信号,具有较强的似噪声性和良好的低截获概率特性.介绍了二相编码信号及几种较好的可用于脉冲雷达的信号形式,给出了二相编码应用时所遇到的主要问题及处理方法,提出了处理距离遮挡、距离旁瓣、多普勒敏感的新思路.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2008(031)005【总页数】3页(P8-10)【关键词】二相编码;距离旁辩;多普勒敏感;雷达【作者】姬长华;张秀丽【作者单位】中国电子科技集团公司,第27研究所,河南,郑州,450015;中国电子科技集团公司,第27研究所,河南,郑州,450015【正文语种】中文【中图分类】TN971 引言相位编码脉冲压缩雷达[1]是把编码信息调制在载波相位中的一种雷达，实践中以二相编码应用为多。
在二相编码的应用中，有三个不可回避的问题，即距离遮挡、距离旁瓣和多普勒敏感。
本文介绍了二相编码信号及几种较好的可用于脉冲雷达的信号形式[2]，给出了二相编码应用时所遇到的主要问题及处理方法。
另外，从损失函数的角度论述了距离遮挡问题，提出了采用伪随机中断的方式来解决距离遮挡；取长的二相编码信号并不能无限提高主旁瓣比，因此提出用信号综合设计，即采用复杂信号的方法提高距离主旁瓣比；对于多普勒敏感，提出一种简便的分段相关算法。
2 二相编码信号一般的相位编码信号的复数形式表达式可以写成：(1)信号的复包络函数为：u(t)=α(t)ejφ(t)(2)(3)其中，φ(t)为相位调制函数，对于二相编码信号来说，φ(t)取0或π。
tp为相位编码子脉冲宽度，N为码长，T=Ntp为信号持续期。
应用傅里叶变换，可得二相编码信号频谱以及模糊函数表达式分别为：(4)(5)模糊函数是从时间和频率两个方面对信号进行分析的。
二相编码信号的模糊函数大多呈近似图钉型，有比较高的距离和多普勒分辨能力。
二相编码信号的带宽B与子脉冲带宽相近，即：B=1/tp=N/T信号的时宽带宽积或脉冲压缩比为：D=TB因此，采用长的二相码序列，能得到具有大时宽带宽积的脉冲压缩信号。
低截获概率雷达侦察信号处理算法研究电子对抗中,对截获的雷达信号进行处理是电子智能的一个重要领域。
随着电磁环境的日益复杂,低截获概率(Low Probability of Interception,LPI)雷达发展迅速。
为有效地对敌方LPI雷达进行侦察和干扰,首先需要对截获的雷达信号进行分析。
因此,低截获概率雷达信号处理的理论和算法研究显得日益迫切。
本文在总结前人工作的基础上,对典型的LPI雷达信号处理中的若干问题进行了研究,主要内容如下:1.介绍了LPI雷达的相关理论和影响截获概率的各因素,总结了LPI雷达信号处理的研究现状;2.研究了低信噪比条件下,基于分数阶Fourier变换的LFM(Linear Frequency Modulation,LFM)信号参数估计。
本文提出了两种插值算法弥补搜索步长和参数离散化的“栅栏效应”带来的缺陷,有效地提高了低信噪比条件下LFM信号参数估计的精度,并在此基础了提出了迭代插值算法,使参数估计精度十分接近CRLB(Cramer-Rao Lower Bound,CRLB)。
3.研究了三种典型复杂/复合调制雷达信号的识别算法:LFM/BPSK(Linear Frequecy Modulation and Binary Phase Shift Keying,LFM/BPSK)复合调制信号、FSK/BPSK(Frequency Shift Keying and Binary Phase ShiftKeying,FSK/BPSK)复合调制信号和S型非线性调频(Non-linear Frequency Modulation,NLFM)信号。
通过对信号的相位和瞬时频率进行特征分析,采用二叉树方法对上述三种复杂/复合调制雷达信号进行了识别分析,并研究了Neyman-Pearson准则下识别门限的选取以及门限对识别概率的影响。
4.在实现复杂/复合调制雷达信号识别的基础上,研究了其多参数估计算法。
高距离分辨率低截获概率远作用距离的雷达信号分析摘要：在现代军事装备中，雷达系统是一种重要的探测手段，广泛应用于侦察、火力打击、导航等方面。
随着科技的发展，人们对雷达系统的性能提出了更高的要求，如高距离分辨率、低截获概率远作用距离等。
对于雷达系统而言，制定针对不同任务需求的雷达信号处理算法是至关重要的。
高距离分辨率和低截获概率远作用距离是两个基本的雷达性能参数。
本文提出了一种基于高距离分辨率低截获概率远作用距离的雷达信号处理方法，通过分析雷达信号的相关性、噪声影响等因素，建立了数学模型，并提出了仿真验证的方式。
关键词：高距离分辨率；低截获概率远作用距离；雷达信号；引言：在实际应用中，高距离分辨率会提高雷达系统的探测能力，但会降低截获概率远作用距离，这是因为高距离分辨率需要使用更短的脉冲宽度，会导致回波信号功率降低，从而影响到截获概率从而影响雷达的作用距离。
因此，如何在高距离分辨率和低截获概率远作用距离之间做出平衡，是一个具有挑战性的问题。
一、高距离分辨率低截获概率远作用距离的雷达信号分析现状1.信号处理算法当前，针对高距离分辨率低截获概率远作用距离的雷达信号，已经有很多信号处理算法被提出。
例如，协方差矩阵加权信号处理、直接降维处理、小波变换等，这些算法可以有效地提高雷达信号的截获概率和带宽利用率。
1.信号模型建立针对不同类型的雷达信号，需要建立相应的信号模型，以便于进行信号处理和特征提取。
例如，对于脉冲压缩雷达信号，可以使用扩展目标的半径和时间（ECRIT）模型进行描述；对于宽带噪声信号，可以使用功率谱密度模型或自回归模型进行描述。
1.多目标检测和跟踪技术对于多目标雷达系统，如何实现同时对多个目标进行检测和跟踪是一个挑战性的问题。
目前，已经有很多多目标检测和跟踪技术被提出，例如，基于卡尔曼滤波的跟踪算法、多假设跟踪算法等。
1.机器学习技术近年来，机器学习技术在雷达信号处理领域得到了广泛应用。
通过分析大量的雷达信号数据，可以训练出深度学习模型或者传统分类器，用于对雷达信号进行特征提取和目标识别。
一种低截获概率雷达信号分选方法研究作者：陈骄阳来源：《科技与创新》2019年第11期摘要：在现代化的电子对抗环境中，人们需要面对复杂多变的信号环境，雷达信号分选处理算法是雷达侦察干扰的核心技术。
通过分析脉冲分选的工作原理，提出了一种改进的目标参数综合算法，仿真了16批雷达信号，仿真结果表明该方法具有较好的分选效果。
关键词：LPI;信号分选;SDIF;直方图中图分类号：TN957.51文献标识码：ADOI：10.15913/j .cnki.kjycx.2019.11.0381 前言近几年，随着雷达侦察干扰技术的飞速发展，雷达在电子对抗环境中受到的威胁越来越大。
为了生存需要，低截获概率（ LPI）雷达也迅速发展起来。
从反侦察、抗反辐射导弹跟踪的需求出发，LPI雷达大多采用占空比大、带宽时宽大、码形捷变等雷达信号波形技术。
雷达发射机峰值功率低，载波频谱调制方法复杂，使得信号不易被敌方的侦察机截获。
本文通过对时频空三维聚类算法和重频分析算法的分析，提出采用一种改进的直方图方法进行PRI计算和类型判断，在大量的雷达脉冲中识别出不同雷达的脉冲。
2 脉冲分选的工作原理脉冲分选主要对象是参数测量输出的脉冲描述字（ PDW），其信号处理流程如图1所示。
脉冲分选通过高速通道背板技术接收前端参数测量形成的脉冲描述字（ PDW），先根据雷达库中的数据滤除已知雷达的PDW，对未知的PDW进入到脉冲分选模块，脉冲分选模块首先对敌方雷达库进行快速分选，然后对剩余PDW进行时频空联合分选，提取未知雷达的特征参数，分选完成后对雷达的特征参数进行综合处理，形成雷达描述字送显控模块进行显示。
3 信号分选算法3.1 时频空三维聚类算法采用时频空联合分选技术完成未知PDW的脉冲分选，在预处理上采用时频空三维聚类的方法来实现，对聚类后的目标进行重频分析后提取目标参数。
由于三维聚类要求三个参数都具有收敛性，常规雷达很难保证，但大部分雷达具有两维收敛性，因此，可采用两个二维聚类的方法来实现时频空三维聚类。
一种低截获概率雷达信号及其信号处理Ξ史 林 彭 燕 张毓峰(西安电子科技大学电子工程学院 西安710071)【摘要】 针对低截获概率雷达设计了一种线性调频和相位编码混合信号,这种混合信号兼有线性调频和相位编码信号的优点,又弥补了各自的缺点,以小时宽、小带宽获得大信噪比改善。
文中对这种混合信号的性能及脉冲压缩处理进行了理论和仿真分析。
【关键词】 雷达,脉冲压缩,低截获概率,线性调频,二相码A LPI Radar Signal and Signal ProcessSHI Lin PENG Yan ZHANG Yu2feng(School of E lectronic Engineering,X idian University X ian710071)【Abstract】 A com pound signal com posed of linear frequency m odulation(LF M)and binary phase2coded(BC)signal for low proba2 bility intercept(LPI)radar is given in this paper.This com pound signal has the advantages of LF M&BC and can make up their deficiency, The signal2noise ratio will be greatly im proved by small time2width and frequency2width.Theoretical analysis and simulation for the charac2 terstics,and pulse2com pound process of the signal are given.【K ey w ords】 radar,pulse com pression,LPI,LF M,BC1 引 言低截获概率(LPI)雷达主要通过信号积累获得足够的信噪比,以弥补雷达发射功率的不足,常用的信号有线性调频(LFM)、二相码(BC)和相参脉冲串等。
另外在雷达系统设计中,为了解决距离分辨率和平均功率的矛盾采用脉冲压缩技术,LFM和BC信号是其经常采用的信号。
采用加窗技术,LFM信号脉压后的旁瓣较低,对多普勒频率不敏感;但其信号形式比较简单,易受敌方干扰。
由于可以采用码捷变技术,相位编码信号的抗干扰性能较好,但相位编码信号对多普勒频率比较敏感,而且脉压后的旁瓣较高,必需进行旁瓣抑制和多普勒补偿。
为了综合LFM和相位编码信号的优点,弥补二者的不足,本文设计出一种脉内线性调频、脉间相位编码的混合信号,这种混合信号兼有线性调频和相位编码信号的特点,又弥补了各自的缺点,以小时宽、小带宽获得大信噪比改善,避免了大时宽和大带宽带来的问题。
文中对这种混合信号的脉冲压缩处理进行了理论和仿真分析。
2 信号设计及脉冲压缩2.1 线性调频信号脉冲宽度为τ,调频带宽为B的线性调频信号复包络可表达为S L FM(t)=recttτexp(jπut2)(1)其中:u=B/τ是调制系数,D=Bτ是时宽带宽积。
线性调频信号脉冲压缩滤波器的脉冲响应为h(t)=kS3L FM(t0-t)(2)其中:t0为脉冲时延,k为滤波器的增益。
脉压后的信号包络近似为辛克函数,-4dB处的脉宽τ′=1/B,第一旁瓣幅度为-13.2dB,压缩后的主瓣幅度是压缩前脉冲幅度的D倍。
压缩前后的脉冲宽度之比为D,故D又称为压缩比。
线性调频信号的优点是对多普勒频率f d不敏感,由于其信号形式比较简单易受敌方干扰,且压缩后的旁瓣较高,通常采用加窗技术来降低旁瓣,但这时主瓣稍有展宽。
实际中可在时域加窗,也可在频域加窗。
对于时宽带宽积较小的信号时域加窗的压缩性能优于频域加窗;对于大时宽带宽积信号时域加窗与频域加窗的压缩性能基本接近。
Ξ收稿日期:2002211213 修订日期:2003201206基金项目:国防重点实验室基金资助项目(N o.51431060101DZ0101) 2003年6月现代雷达第6期2.2 相位编码信号二相编码信号的复包络可写成S BC (t )=u 1(t ) u 2(t )(3)其中u 1(t )=rect (t/τ)(4)u 2(t )=ΣP-1k =0q k δ(t -kτ)(5)其中:τ是编码信号的子脉冲宽度,P 是码长,q k 是码序列,其取值为1或-1。
二相编码信号通过匹配滤波器的输出就是它的自相关函数Φ(m )Φ(m )=ΣNk =1q k ・q k +m(6)压缩后的信号幅度为P 、脉冲底宽为2τ。
在二相码中巴克码是最优的,但其码长较短,目前最长的巴克码只有13位,其旁瓣幅度为-22.2dB ,降低二相码旁瓣的主要方法是采用旁瓣抑制滤波器〔1〕。
与线性调频信号相比,二相码信号的旁瓣较低,由于可以采用码捷变技术,其抗干扰性能优于线性调频信号,但它对多普勒频率比较敏感。
一般短码的多普勒影响比长码的小,但短码的压缩增益小、旁瓣高。
2.3 混合信号通过以上分析,线性调频和二相码信号各有特点,如果将这二种信号混合在一起,则混合信号具有二者的特点。
一种混合的方法是子脉冲内线性调频、子脉冲间相位编码,我们称这类信号为调频编码混合信号,简写为混合信号。
设子脉冲宽度为τ、调频带宽为B 、码序列为q k 、码长为P ,则混合信号的复包络可写为S com (t )=S L FM (t ) u 2(t )(7)其中S L FM (t )和u 2(t )分别由式(1)和式(5)给出。
下面我们以线性调频、13位巴克码为例,分析混合信号的特点。
子脉冲宽度τ=0.4μs 的13位巴克码信号的模糊图如图1(a )所示,为分析方便,图1(b )示出了模糊函数在时延轴上的投影的一部分。
图1 13位巴克码模糊图子脉冲宽度τ=0.4μs 、调频带宽B =48MH z 、13位巴克码混合信号的模糊图和投影图如图2(a )和(b )所示。
图2 混合信号模糊图比较图1和图2可看出复合信号的分辨率明显高于相位编码信号,13位巴克码模糊图主瓣3dB 时宽为0.12μs ,混合信号模糊图主瓣3dB 时宽为0.01μs ,混合信号比相位编码信号的距离分辨率高12倍,速度分辨率也有类似的结论。
混合信号脉冲压缩滤波器的脉冲响应为h (t )=kS 3com (t 0-t )(8)其中t 0和k 的含义同式(2)。
由于脉冲压缩是线性系统,为了分析方便起见可将混合信号的脉冲压缩分解成两个过程完成,即首先进行线性调频脉冲压缩得到相位编码脉冲序列,其次进行相位编码脉冲压缩。
因此,混合信号压缩后的脉冲幅度为P D 、脉冲宽度为1/B ,采用加窗技术时压缩后的旁瓣主要取决于二相码的旁瓣。
相当于子脉冲宽度为1/B 、码长为P D 的二相码的压缩结果,或相当于调频带宽为B 、脉冲宽度为P 2τ的线性调频脉冲压缩结果。
另外还可以采用二相码旁瓣抑制滤波器对压缩后的混合信号进行旁瓣抑制。
在压缩后指标相同的条件下混合信号所需的码长比纯相位编码的小,所以混合信号的多普勒影响比纯相位编码的小,所需的时宽带宽积比纯线性调频的小,避免了大时宽、大带宽带来的问题,减小了雷达系统的中频带宽,使系统的信噪比得以提高。
3 脉冲压缩仿真结果子脉冲宽度τ=0.4μs 、调频带宽B =48MH z (时宽带宽积D =19.2)、P =13巴克码混合信号脉冲压缩仿真结果如图3(a )所示,可以看出混合信号脉压后的主瓣幅度为113.9V (正交双通道处理时的理论值增益为2P D =114),比纯线性调频或二相码信号的大,说明其脉压增益高,但其旁瓣太高,最大旁瓣幅度约为-13.2dB ,平均旁瓣幅度为-42dB 。
这是由于线性调频72第6期史 林,等:一种低截获雷达信号及其信号处理脉压信号呈sinc 函数,旁瓣较高引起的,解决的办法是采用加窗技术降低线性调频信号的旁瓣。
图3(b )是加海明窗后的压缩结果,最大旁瓣幅度为-22.3dB ,平均旁瓣幅度为-43.6dB ,与纯13位巴克码的旁瓣相同,这时的旁瓣主要是相位编码信号的离散旁瓣。
图3 混合信号脉压结果如果加窗后的旁瓣不能满足指标要求,还可以采用相位编码旁瓣抑制技术进一步降低离散旁瓣,图4是在加窗脉压后再采用文献〔1〕中给出巴克码旁瓣抑制滤波器的仿真结果,最大旁瓣幅度为-27.9dB。
图4 离散旁瓣抑制后的仿真结果为了说明混合信号在f d ≠0时的脉冲压缩性能,选择了较大的多普勒频率。
对线性调频信号而言,当信号具有多普勒频移时,压缩信号的主峰出现时间,将相对于无多普勒频移时超前或移后〔3〕图5 多为勒频率对混合信号脉压的影响f d +ut 0=0(9)或 t 0=-f d /u (10)其中t 0为脉压信号的主峰出现时刻。
因此可以看出,当f d 为正时主峰出现的时刻相对于f d =0时的峰值导前;相反的,当f d 为负时,主峰出现的时刻将滞后,且随着f d 的增加,t 0也增大。
当线性调频信号与巴克码信号相结合的混合信号里有f d 频移时,脉压结果不仅产生一个与f d 正比的附加时延,而且波形有所畸变,主瓣高度下降且宽度增加。
下图为f d =0和f d =-5MH z 时混合信号的脉压波形比较,图中所取为主瓣附近τ宽度内的波形。
从图5可以看出f d =-5MH z 时脉压输出旁瓣幅度增大、主瓣宽度展宽,且产生一个与f d 成正比的附加时延。
这时的-3dB 主瓣宽度为26ns 、最大旁瓣幅度为-27.9dB ,与f d =0时的脉压结果比较,-3dB 主瓣宽度增加了1ns ,最大旁瓣幅度增加了2.9dB 。
4 结 论线性调频相位编码混合信号兼有线性调频和相位编码信号的特点,其距离分辨率、速度分辨率和脉压增益都明显高于纯线性调频或相位编码信号。
混合信号脉冲压缩后的旁瓣取决于线性调频信号,采用加窗技术后的脉压旁瓣则主要取决于相位编码信号,采用相位编码旁瓣抑制技术可进一步降低离散旁瓣。
混合信号所需的码长比纯相位编码的小,多普勒调制对其影响也小,所需的时宽带宽积比纯线性调频的小,所以混合信号以小时宽、小带宽获得大信噪比改善。
参 考 文 献1 林茂庸,柯有安.雷达信号理论.北京:国防工业出版社,19812 丁鹭飞,张 平.雷达系统.西北电讯工程学院出版社,19843 杨绍全,张正明.对线性调频脉压雷达的干扰.西安电子科技大学学报,1991,18(3)史 林 男,出生于1961年12月,博士学位、西安电子科技大学副教授,研究方向为雷达信号处理、雷达系统仿真。
彭 燕 女,出生于1978年,西安电子科技大学硕士研究生,研究方向为雷达系统建模与仿真。
