一种基于FPGA的星载实时雷达信号脉内调制识别方法

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的星载实时雷达信号脉内调制识别方法，涉及雷达辐射源识别技术领域。

背景技术

在星载设备中，为实现对雷达脉冲信号的实时个体识别，需要尽可能多的识别雷达信号的特征种类，其中，雷达脉内调制方式就是雷达脉冲信号特征的重要部分。目前常见的雷达调制方式有常规脉冲、线性调频、非线性调频、二相编码、四相编码及频率编码等。在复杂电磁环境下，对雷达信号进行识别是雷达信号分选、雷达工作模式识别及威胁等级评估的基础，现有方法通常采用基于专家特征的识别方法和基于数据驱动的识别方法两类。

中国科技文献《EW接收机中的一种雷达脉内调制实时识别方法》(现代电子技术，2013，36(21))所提的方法仅能识别常规脉冲、线性调频、二相编码、四相编码及频率编码五类信号，不能对非线性调频信号类型信号进行识别，且该方法对常规信号和宽带信号的识别稳定性较差。

中国专利《一种雷达脉内调制信号的特征提取方法》(公开号CN101587186B)所提出了基于对时频图进行小波变换的雷达脉内调制方式识别方法，该方法仍仅能识别常规脉冲、线性调频、二相编码、四相编码及频率编码五类信号，且需进行大量的样本训练，计算复杂度高，实现算法难度大，在FPGA中实现会产生较多逻辑资源损耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了雷达信号识别过程中的计算复杂度和系统实现难度高等问题。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种基于FPGA的星载实时雷达信号脉内调制识别方法，包括：

对原始采样数据进行数字信道化预处理，根据包络检波提取脉冲长度，得到脉宽特征，记为Fea1；

对包络检波后的脉冲信号片段做循环FFT运算，估计信号频谱，记为

将

将

根据

根据载频fre(m)，对信号进行下变频至基带，记为

根据

取各段信号载频fre(m)差值，记为f

提取f

根据Fea1、Fea2、Fea3、Fea4、Fea5、Fea6、Fea7，在已有雷达信号数据中，采用二叉树分类查找方法，统计确定雷达信号脉内调制识别结果。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)本发明在对原始数据进行处理时增加了32信道的数字信道化预处理，使待处理信号的信噪比提高了15db，增强了识别特征的有效性；

(2)本发明提出了频率滑变速率和频率极差这两种特征，可有效区分线性调频、非线性调频信号，增加了系统的识别信号类型；

(3)本发明提出了基于7种信号特征的方法，可实现了对常规脉冲、线性调频、非线性调频、二相编码、四相编码及频率编码等六类信号的识别，增加了识别类型，同时提高了识别稳健性；

(4)本发明提出的7种信号特征计算复杂度低，较好适应了实时信号处理要求，FPGA的逻辑资源损耗较小。

附图说明

图1为本发明方法处理框图。

图2为线性调频信号实部。

图3为部分信号瞬时相位差。

图4为二叉树分类框图。

图5为不同信噪比下信号识别结果。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

一种基于FPGA的星载实时雷达信号脉内调制识别方法，如图1所示，主要包括对原始采样数据进行数字信道化预处理、快速傅里叶变换(FFT)运算、频谱分析、脉冲信号下变频、提取基带信号特征、二叉树分类等步骤，其中基带信号特征包括脉宽、带宽、有效带宽/带宽比、相位极值统计量、相位极值统计量比值、频率极差、频率滑变速率。

给定复采样信号x(n)＝Re(nT

(1)对预处理后数据根据包络检波提取脉冲长度，得到脉宽特征，记为Fea1；

(2)做循环的512点FFT运算，估计信号频谱，记为

(3)根据频域检测门限，将频谱

(4)根据频域检测门限，将信号合并频谱

(5)统计各段过门限频谱的带宽，相加后的到信号的有效带宽sup{ω|F(ω)＞Thre}，计算信号有效带宽和带宽的比值，得信号有效带宽-带宽比特征，记为Fea3；

(6)根据载频fre(m)，对信号进行下变频至基带，记为

(7)根据

(8)取各段信号载频fre(m)差值，记为f

(9)提取f

根据Fea1、Fea2、Fea3、Fea4、Fea5、Fea6、Fea7，在已有雷达信号数据中，采用二叉树分类查找方法，统计确定雷达信号脉内调制识别结果。

实施例：

一种基于FPGA的星载实时雷达信号脉内调制识别方法，包括：

1、给定的零中频信号x(n)，例如如图2所示为线性调频信号实部。x(n)公式可近似为

x(n)＝Re(nT

其中，n＝1,2,...,N为采样时刻，T

2、对零中频信号x(n)进行数字信道化预处理：

对零中频信号x(n)进行32信道滑动数字傅里叶(DFT)运算，得到32数字信道XD

根据检测门限TH

将有效信道XD

3、对单独信道的零中频信号ZIF

4、对包络检波后的脉冲信号片段进行FFT运算：

对包络检波后的脉冲信号片段做循环的512点FFT运算，估计信号频谱，记为

根据频域检测门限，统计各段信号载频fre(m)，其中m表示第m个循环FFT运算；

将循环频谱

根据频域检测门限，将信号合并频谱

根统计各段过门限频谱的的带宽，相加后的到信号的有效带宽sup{ω|F(ω)＞Thre}，计算信号有效带宽和带宽的比值，得信号有效带宽-带宽比特征，记为Fea3。

其中，ω

5、提取零中频信号ZIF

根据载频fre(m)，对包络检波后的脉冲信号片段进行下变频至基带，记为

根据

提取相位(π、π/2)极值统计量比值特征，记为Fea5。

6、提取零中频信号ZIF

取各段信号载频fre(m)差值，记为f

提取f

7、将提取的各特征值输入到二叉树分类模块，根据各特征值进行判断的二叉树分类框图如图4所示。该二叉树分类先根据脉宽长度进行区分，脉宽低于门限TH1直接判别为常规信号，其余进行带宽判别；带宽大于门限TH2识别为频率调制类型的信号，其余为常规或相位编码信号；对于常规或相位编码信号，将相位极值统计量与门限TH3对比，π/2统计数较小为常规信号，其余进行相位极值统计量比值与门限TH5对比，当π、π/2统计数比值很大时，判断为二相编码，其余为四相编码；对于频率调制信号，对有效带宽/带宽比值与门限TH4对比，较小时识别为频率编码信号，其余进行频率滑变速率和频率极差分别与门限TH6和TH7进行对比，同时满足大于门限时判别为线性调频信号，其余判断为非线性调频信号。在脉冲后沿50点后，统计得到雷达信号脉内调制识别结果。

图5所示为不同信噪比下信号识别仿真结果，在信噪比低至-5dB时，平均识别率可达95％，实验证明，本发明方法对于不同雷达信号具有稳健的识别性能。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。