基于脉冲信息的敌我识别信号快速分选识别研究

２０１４年２月　第３７卷第１期　舰船电子对抗　ＳＨＩＰＢ０ＡＲＤ　ＥＬＥＣＴＲ０ＮＩＣ　ＣＯＵＮＴＥＲＭＥＡＳＵＲＥ　Ｆｅｂ．２０１４　Ｖｏ１．３７　ＮＯ．１　

基于脉冲信息的敌我识别信号快速　

分选识别研究　

丁　锋，黄建冲，施运山　（电子工程学院，合肥２３００３７）　

摘要：敌我识别系统在现代战争中占有极为重要的地位。分析了敌我识别系统的分类和工作原理，利用敌我识别信　号的先验信息，引入时间序列相似性快速匹配原理，提出了一种基于敌我识别脉冲信息的分选识别方法。仿真结果　表明，该算法分选速度快，环境适应能力强，能够较好解决复杂环境下敌我识别信号的快速分选识别问题。　关键词：脉冲信息；敌我识别；快速分选识别　中图分类号：ＴＮ９７３　文献标识码：Ａ　文章编号：ＣＮ３２—１４１３（２０１４）０１—０００５—０６　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎｔｏ　Ｆａｓｔ　Ｓｏｒｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ＩＦＦ　Ｓｉｇｎａｌ　

Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｐｕｌｓｅ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　

ＤＩＮＧ　Ｆｅｎｇ，ＨＵＡＮＧ　Ｊｉａｎ—ｃｈｏｎｇ，ＳＨＩ　Ｙｕｎ—ｓｈａｎ　

（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ　２３００３７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｆｒｉｅｎｄ—ｏｒ—ｆｏｅ（ＩＦＦ）ｓｙｓｔｅｍ　ｐｌａｙｓ　ａｎ　ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｍｏｄｅｒｎ　ｗａｒ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ＩＦＦ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｕｓｅｓ　ｔｈｅ　ｆｏｒｅｇｏｎｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＩＦＦ　ｓｉｇｎａｌｓ　ｔｏ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｆａｓｔ　ｍａｔｃｈｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｔｉｍｅ　ｓｅｒｉｅｓ　ｓｉｍｉｌａｒｉ—　ｔｙ，ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ａ　ｓｏｒｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＩＦＦ　ｐｕｌｓｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｈａｓ　ｆａｓｔ　ｓｏｒｔｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒｆｕｌ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｔＯ　ｓｕｉｔ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｐｅｒｆｏｒｍ　ｔｈｅ　ｆａｓｔ　ｓｏｒｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ｕｎｄｅｒ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｐｒｅｆｅｒａｂｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｕｌｓｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｆｒｉｅｎｄ—ｏｒ—ｆｏｅ；ｆａｓｔ　ｓｏｒｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　

１　概　述　２　敌我识别系统工作原理　

随着敌我识别系统在现代战争中的地位与作用　不断提高以及敌我识别系统在军事领域的广泛应　用，大量敌我识别信号存在于和平时期的国与国对　峙、局部突发事件中。　通过对所截获敌我识别信号的分析与识别，可　获取敌方作战目标特点与行动情况等重要情报，并　在此基础上针对性对敌方敌我识别信号实施干扰。　敌我识别信号的分选识别，尤其是从密集复杂的信　号环境中快速分选识别出各种类型的敌我识别信号　已成为提高我军电子对抗情报侦察能力的重要　环节。　

收稿日期：２０１３—０９—２３　敌我识别系统是以二次雷达与电子通信为理论　基础、使用加密的询问应答方式实现对目标敌我属　性信息识别的一种手段。敌我识别系统由询问机和　应答器共同构成，询问机和应答器之间通过“一问一　答”的形式完成一次敌我识别。敌我识别系统工作　原理如图１所示。　敌我识别系统工作时，询问机首先对雷达发现　的目标发出询问信号，如属己方目标，则应答机接收　询问信号并对询问信号进行解码，以事先约定好的　模式发送应答信号，询问机接收到该信号后对其进　行解码，如不属于己方目标，则无法产生相应的应答　信号，询问机通过应答信号辨识出目标的敌我属性。

　６　舰船电子对抗　第３７卷　

图１敌我识别系统工作原理图　

目前典型的敌我识别系统主要包括Ｍａｒｋ　Ｘ系　统、Ｍａｒｋ　ＸＩＩ系统和Ｍａｒｋ　ＸＩＩＡ系统。该系列敌我　识别系统以双通道形式采用点频方式进行询问和应　答，其工作频率是固定的，询问频率为１　０３０　ＭＨｚ，　应答频率为１　０９０　ＭＨｚ。根据国际民航组织的规　定，ＭａｒＫ　Ｘ系统的工作模式主要包括应用于军用　的模式１和模式２，应用于民用的模式３／Ａ；ＭａｒＫ　ＸＩＩ系统兼容ＭａｒＫ　Ｘ系统，并在ＭａｒＫ　Ｘ系统基　础上增加模式４，该模式采用加密工作方式，确保系　统的安全性；模式ｓ是ＭａｒＫ　ＸＩＩ系统近期广泛使　用的一种全新的工作模式，由于模式ｓ包含特定地　址代码，所以对于敌我目标可以进行唯一编码，点名　询问，从而确保询问应答的准确性和可靠性，同时通　过点名询问也可解决信号之间的混扰与窜扰　问题　。　Ｍａｒｋ　Ｘ系统询问码采用双脉冲脉位编码，脉　冲间隔设置不同，一方面提供上述６种工作方式，以　获取应答器相应的应答码；另一方面，使应答器只有　对规定的几种询问码模式才会产生回答，Ｍａｒｋ　Ｘ　系统询问信号格式如图２所示。应答码比询问码复　杂一些，与脉冲数字编码（即ＰＣＭ码）有些类似，询　问脉冲和应答脉冲的脉冲宽度均为０．８　ｔｔｓ。　Ｍａｒｋ　ＸＩＩ系统工作模式４的询问码长达３６位　之长，其中前４位脉冲为同步脉冲，后３２位脉冲为　询问编码脉冲。应答脉冲则比较短，但其应答时间　是隐藏在码位之中的，提高了安全性和识别可靠性，　故称之为安全工作模式，也称为模式４。模式４询　问信号格式如图３所示。　此外，为保证系统的安全性，Ｍａｒｋ　ＸＩＩ系统还　开发了一种询问模式Ｓ，该模式为选择性询问模式，　采用差分相移键控（ＤＰＳＫ）编码的方式传送数据。　Ｓ模式的主要工作方式是对每架飞机都分配一个特　定的识别码，系统每次只询问１架特定的飞机，进行　

一对一的点名问答，且每一询问要求不同的应答。　１　军用　，　

２　军用　胼　

３／Ａ　ＡＴＣ　竺：　

Ｂ　ＡＴＣ　：：　：：　

Ｃ　高度　¨　

Ｄ　备用　几　

图２敌我识别询问信号格式　

Ｐ　］Ｐ４　厂　２　冲］　Ｐ　：　脉冲ｌ　ｌ　

一一一一厂Ｌ厂Ｌ一　

图３模式４询Ｉ司信号格式　Ｓ模式识别系统具有较高的识别效率和安全性。　

３　基于脉冲信息的敌我识别信号的识　

别机理　

根据前面的分析可以得知，敌我识别信号都是　以脉冲信号为主，每一种工作模式都有其特定的特　征，比如脉冲个数、脉冲间隔、脉冲宽度等。Ｍａｒｋ　Ｘ　系统询问信号Ｐ，、Ｐ　、Ｐ。脉冲宽度为均为０．８　ｓ，应　答信号框架脉冲Ｆ　、Ｆ　与ＳＰ位置脉冲及１２个数　据脉冲宽度均为０．４５　ｓ；Ｍａｒｋ　ＸＩＩ系统模式４询　问信号的控制脉冲、同步脉冲以及信息脉冲宽度均　为０．５　ｓ，应答信号３个脉冲组成的码组中单个脉　冲宽度均为０．４５　ｓ；Ｓ模式询问信号除编码脉冲Ｐ　外脉冲宽度均为０．８　ｓ，应答信号前导脉冲对单个　脉冲脉宽也为０．８　ｓ。　在理想的情况（即不存在交错和混迭的情况）　下，敌我识别信号经预处理检测，并根据上述脉冲信　号特征就可以分选识别出不同工作模式的敌我识别　信号。但是在现代战场日趋复杂的信号环境下，仅　凭信号的脉冲个数、脉宽、间隔等特征已经无法满足　敌我识别信号快速分选识别的需求。论文利用敌我　

识别信号的不同脉冲信息，结合时间序列相似性快　第１期　丁锋等：基于脉冲信息的敌我识别信号快速分选识别研究　７　

速匹配原理，完成敌我识别信号快速分选识别　任务　。　

３．１　时间序列相似性原理　时间序列分析是对纵向研究数据进行分析的一　种非常重要的统计分析技术，它在诸如金融、气象、　工程等领域都有着十分广泛的应用。时间序列相似　性匹配就是指定一定的相似性评价函数Ｄ和阈值　ｅ，在序列数据库中发现与指定序列模式相似的　序列。　相似性匹配一般可分为完全匹配与子序列匹配　两大类。完全匹配是指给定序列ｙ与参考序列Ｘ　具有相同的长度，且存在判别函数Ｄ（Ｘ，Ｙ）≥￡；子　序列匹配是指给定序列ｙ，从中找到某个子序列　ｙ　，使Ｄ（Ｘ，Ｙ　）≥￡成立［３］。完全匹配是子序列匹　配的一种特殊情况，子序列匹配更加常见且更为复　杂。Ｃｈｒｉｓｔｏｓ采用滑动窗口技术，通过设定滑动窗　口，并对滑动窗口内的子序列进行分析，从而达成子　序列匹配的准确与快速实现［４］。　根据具体情况确定滑动窗口的长度，如匹配模　板的时间长度，作为查找长度Ｌ　。　

ｆｋ（　）一　将滑动窗口放置在指定序列的起始位置，分析　比较给定序列与参考序列的相似性评价函数Ｄ和　阈值ｅ，若满足设定条件，则认定２段序列匹配，否　则认定不匹配。　若给定序列与参考序列匹配，则向后移动长度　Ｌ　的滑动窗口，继续匹配分析，若不匹配，再以给定　序列的第２个时间点作为起始位置，分析比较另一　个Ｌ　长度的子序列。　若连续匹配的子序列个数大于事先设定的阈值　Ｎ　ｌ　，则认定２段序列匹配。　

３．２相似性评价函数　

根据敌我识别信号参数描述方式和时间序列相　似性匹配原理，需要对不同变化类型的参数建立相　似性评价函数　］：　（１）标量参数的正态型相似置信度计算公式　设敌我识别系统参考序列中第ｉ个脉冲的第Ｐ　个特征参数值为　，参数偏差为△　，均方差为　，　给定序列Ｘ一｛．７７　，　。，…，ｚ　，…｝的第ｋ个脉冲的　第Ｐ个特征参数取值为ｚ　，设置相似置信度为：　

ｘｐ［二二　！兰　二　］，ｚ；＜　一△　

，　一△　≤ｚ　≤　＋△　（１）　

ｘｐ［二＝＿　！兰　二　］，　＋△　＜　ｋ　

式中：△　为系统测量偏差；　为系统噪声参数　容差。　（２）区间参数的正态型相似置信度计算公式　设参考序列第ｉ个脉冲的第Ｐ个特征的参数值　

广（ｚｐ）一　为［　，　］，参数偏差为△　，均方差为　，给定序　列Ｘ一｛ｚ　，　，…，ｏＺ＂　，…）的第ｋ个脉冲的第Ｐ个　特征参数取值为５１７　，设置相似置信度为：　

ｘｐ［　＜　

，　一△　≤　；≤　＋Ａｖ　（２）　

ｘｐ［　＋　＜ｚ　ｋ　

（３）权重参数的确定　计算敌我识别系统单个脉冲相对于参考序列第　ｉ个脉冲的置信度，则有：　

ｆ（ｋ）一∑∞；厂　（ｚ　）　（３）　一１　Ｐ　式中：　；为第Ｐ个特征参数的权重，且∑∞　ｋ—ｌ。　Ｐ＝１　假定给定序列共存在Ｋ个脉冲，则矩阵ｘ　为：　Ｘ　一（ｘｋｐ）ＫＸＰ，ｚ劬≥０　（４）　式中：ｋ一１，…，Ｋ；Ｐ一１，…，Ｐ。　采用归一化的方法对参数序列进行处理，可得：　Ｋ　；一　／∑ｚ；　（５）　ｋ一１　对于参考序列第ｉ个脉冲的特征参数，其信息　熵可确定为：　

１　Ｋ　Ｅ　一一　Ｌ＿×　（　；ｌｎ　；）　（６）　

则参考序列第ｉ个脉冲的特征参数的权重可由　８　舰船电子对抗　第３７卷　

下式计算：　

．　Ｐ　．　∞ｋ　一（１＿Ｅｐ）／Ｉ　Ｐ一∑Ｅｐ　Ｉ　（７）　Ｐ一１　进而可求得参考序列第ｉ个脉冲相对于参考脉　冲的置信度＿厂（尼），２段含有Ｋ个脉冲对的子序列　相似置信度为：　

一　Ｋ　—　１／Ｘｍ　∑，（　）　（８）　一　厶Ｊ　ｏ　ｋ＝１　３．３复杂环境下分选识别步骤