CN107329123A - 一种弱雷达脉冲包络信号检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种弱雷达脉冲包络信号检测方法和装置，包括：对输入的雷达信号进行数字信道化处理，包括：采用多相带通滤波器组对输入的雷达信号进行抽取和滤波，并进行傅里叶FFT变换后输出多个信道的样本点，以实现数字信道化处理；根据数字信道化处理后的I\Q形式信号，计算得到多路信号幅度，并且在同一时间点提取信号幅度最大值即为信号包络；采用基于信道号的脉冲检测算法，对得到的信号包络根据信道化是否连续进行脉冲检测，以确保检测到弱雷达脉冲信号。本发明提高信号检测灵敏度，并确保检测到完整的脉冲信号。

Description

一种弱雷达脉冲包络信号检测方法和装置

技术领域

本发明涉及电子侦察中的雷达脉冲信号侦察和截获技术领域，特别涉及一种弱雷达脉冲包络信号检测方法和装置。

背景技术

雷达通过向空间发射某种特定的信号，然后接收并处理目标的回波信号来实现发现目标并测定其坐标。雷达信号处理的首要目的就是对接收的信号进行加工处理，消除或降低各种各样的干扰、噪声及由这些干扰、噪声引起的不确定性，以便于提取所需信息和提高信息的质量。对于雷达侦察而言，需要截获并分析雷达信号形式，形成态势判断。

目前，比较常见的是对雷达信号的幅度、频率、脉宽、方位等参数进行测量，进而对雷达进行识别以及威胁评估。随着雷达技术的迅速发展以及抗干扰的需要,低截获概率雷达成为雷达发展的一个方向。

如何截获这种雷达信号，尤其是这种非合作弱小信号的检测，一直都是电子侦察领域的难题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种弱雷达脉冲包络信号检测方法和装置。

为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种弱雷达脉冲包络信号检测方法，包括如下步骤：

步骤S1，对输入的雷达信号进行数字信道化处理，包括：采用多相带通滤波器组对输入的雷达信号进行抽取和滤波，并进行傅里叶FFT变换后输出多个信道的样本点，以实现数字信道化处理；

步骤S2，根据数字信道化处理后的I\Q形式信号，计算得到多路信号幅度，并且在同一时间点提取信号幅度最大值即为信号包络；

步骤S3，采用基于信道号的脉冲检测算法，对得到的信号包络根据信道化是否连续进行脉冲检测，以确保检测到弱雷达脉冲信号。

进一步，所述根据数字信道化处理后的I\Q形式信号，计算得到多路信号幅度，包括：

|Y|＝max(|L|+(1/8+1/32)|S|,(1-1/8-1/32)|L|+(1/2+1/16-1/128)|S|)

其中，|L|＝max(|YI|,|YQ|),|S|＝min(|YI|,|YQ|)，YI是信号I值，YQ是信号Q值。

进一步，在所述步骤S3中，所述对得到的信号包络根据信道化是否连续进行脉冲检测，包括：

当外界没有信号时，受噪声影响，包络信号的信道号具有随机性，是不连续的；

当外界存在脉冲信号时，包络信号的信道号具有连续性；

根据包络信号的信道号是否连续即可判断是否存在脉冲信号。

进一步，设当前信道号为ci，则当前信道号满足如下条件时即认为当前信道号连续：

|ci-ci-j|≤1(0≤j≤N)或者|ci-ci+j|≤1(0≤j≤N)

当信号包络存在连续N个采样点信道号相差不大于1时，即认为当前信号是脉冲信号，其中，N是可变的。

本发明实施例还提出一种弱雷达脉冲包络信号检测装置，包括：数字信道化模块、信号包络提取模块和基于信道号的脉冲检测模块，其中，

所述数字信道化模块用于对输入的雷达信号进行数字信道化处理，包括：采用多相带通滤波器组对输入的雷达信号进行抽取和滤波，并进行傅里叶FFT变换后输出多个信道的样本点，以实现数字信道化处理；

所述信号包络提取模块用于根据数字信道化处理后的I\Q形式信号，计算得到多路信号幅度，并且在同一时间点提取信号幅度最大值即为信号包络；

所述基于信道号的脉冲检测模块采用基于信道号的脉冲检测算法，对得到的信号包络根据信道化是否连续进行脉冲检测，以确保检测到弱雷达脉冲信号。

进一步，所述数字信道化模块采用偶排列、临界抽取的多相相带通滤波器组实现数字信道化处理。

进一步，所述信号包络提取模块根据数字信道化处理后的I\Q形式信号，计算得到多路信号幅度，包括：

|Y|＝max(|L|+(1/8+1/32)|S|,(1-1/8-1/32)|L|+(1/2+1/16-1/128)|S|)

其中，|L|＝max(|YI|,|YQ|),|S|＝min(|YI|,|YQ|)，YI是信号I值，YQ是信号Q值。

进一步，所述基于信道号的脉冲检测模块对得到的信号包络根据信道化是否连续进行脉冲检测，包括：

当外界没有信号时，受噪声影响，包络信号的信道号具有随机性，是不连续的；

当外界存在脉冲信号时，包络信号的信道号具有连续性；

根据包络信号的信道号是否连续即可判断是否存在脉冲信号。

进一步，所述基于信道号的脉冲检测模块设当前信道号为ci，则当前信道号满足如下条件时即认为当前信道号连续：

|ci-ci-j|≤1(0≤j≤N)或者|ci-ci+j|≤1(0≤j≤N)

当信号包络存在连续N个采样点信道号相差不大于1时，即认为当前信号是脉冲信号，其中，N是可变的。

根据本发明实施例的弱雷达脉冲包络信号检测方法和装置，对外部雷达信号进行信道化处理，能够滤除带外噪声，提高信号信噪比；通过对信道化之后的信号进行包络提取，能够降低后端需要检测的信道数，提高检测速度，降低资源消耗，并且能够解决宽带信号跨信道***问题；通过采用基于信道号的脉冲检测算法，能够进一步提高信号检测灵敏度，并确保检测到完整的脉冲信号。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的弱雷达脉冲包络信号检测方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的弱雷达脉冲包络信号检测装置的结构图；

图3为根据本发明实施例的基于多相滤波结构的数字信道化原理图；

图4为根据本发明实施例的宽带调频信号信道化之后的多路信道信号示例图；

图5为根据本发明实施例的宽带调频信号多路信道包络提取之后的完整信号包络示例图；

图6为根据本发明实施例的基于信道号的脉冲检测效果图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的弱雷达脉冲包络信号检测方法，包括如下步骤：

步骤S1，对输入的雷达信号进行数字信道化处理，包括：采用多相带通滤波器组对输入的雷达信号进行抽取和滤波，并进行傅里叶FFT变换后输出多个信道的样本点，以实现数字信道化处理。

在本发明的一个实施例中，采用偶排列、临界抽取的多相相带通滤波器组实现数字信道化处理，以滤除信道之外的噪声。

具体地，采用偶排列、临界抽取的多相相带通滤波器组实现数字信道化处理。对输入雷达信号使用一组性能相同的带通滤波器组，将原始全频带信号分割为多个子频带信号。数字信道化有一种高效的实现方法，即基于多相滤波器组的信道化结构。

如图3所示，图中所示为复信号的偶排列、临界抽取多相滤波结构，主要过程是先对输入信号进行D倍抽取，然后对抽取信号进行滤波，最后经过D点FFT输出D个信道的样本点。本实施例采用偶排列、临界抽取的多相滤波结构实现数字信道化。

步骤S2，根据数字信道化处理后的I\Q形式信号，计算得到多路信号幅度，并且在同一时间点提取信号幅度最大值即为信号包络。

信号包络提取过程主要包括两步：信道信号包络计算和信道信号包络提取。由于数字信道化模块输出的信号为I\Q形式，需要转为信号幅度，才能用于后续处理，信道信号包络计算根据信号I\Q计算得到信号幅度。

具体地，根据数字信道化处理后的I\Q形式信号，计算得到多路信号幅度，包括：

|Y|＝max(|L|+(1/8+1/32)|S|,(1-1/8-1/32)|L|+(1/2+1/16-1/128)|S|)

其中，|L|＝max(|YI|,|YQ|),|S|＝min(|YI|,|YQ|)，YI是信号I值，YQ是信号Q值。

图4是一个宽带调频信号经过信道化处理以及幅度计算得到的多路信道信号幅度。图中包括多条不同的信道，可以看出单个宽带脉冲在多个信道都有输出。

信道信号包络提取算法根据步骤S1计算得到的多路信道信号幅度，在同一时间点提取信号幅度最大值，即为信号包络。图4显示的是对图3进行幅度最大值提取之后的信号包络图，可以看出经过包络提取之后，在信号包络中形成了完整的脉冲信号。

步骤S3，采用基于信道号的脉冲检测算法，对得到的信号包络根据信道化是否连续进行脉冲检测，以确保检测到弱雷达脉冲信号。

具体地，对得到的信号包络根据信道化是否连续进行脉冲检测，包括：

当外界没有信号时，受噪声影响，包络信号的信道号具有随机性，一般是不连续的；而当外界存在脉冲信号时，包络信号的信道号具有连续性，根据此特点，即根据包络信号的信道号是否连续即可以判断是否存在脉冲信号。

其中，判断信道号是否连续的个数设置为N，设当前信道号为ci，则当前信道号满足如下条件时即认为当前信道号连续：

|ci-ci-j|≤1(0≤j≤N)或者|ci-ci+j|≤1(0≤j≤N)

当信号包络存在连续N个采样点信道号相差不大于1时，即认为当前信号是脉冲信号，其中，N是可变的。

图6显示了图5表示的包络信号的信道号检测结果。其中A指向的星号表示信号包络的信道号，B指向的线条表示根据信道号的连续性准则进行脉冲检测的结果。B指向的线条中，0表示噪声，非0表示检测到脉冲信号。从图中可以看出，根据信道号是否连续可以准确地检测到脉冲信号。与以往的幅度检测方法相比，此方法的优势是可以提高信号检测的灵敏度。幅度检测通常只能检测信噪比大于13db的脉冲信号，使用信道号连续算法可以检测到信噪比低于10db的脉冲信号。

本发明主要技术指标和参数设置有关，可以达到如下指标：当采用128点数字信道化时，能够准确地检测到-8db信噪比的宽带线性调频雷达脉冲信号以及普通雷达脉冲信号。

如图2所示，本发明实施例还提出一种弱雷达脉冲包络信号检测装置，包括：数字信道化模块100、信号包络提取模块200和基于信道号的脉冲检测模块300。

具体地，数字信道化模块100用于对输入的雷达信号进行数字信道化处理，包括：采用多相带通滤波器组对输入的雷达信号进行抽取和滤波，并进行傅里叶FFT变换后输出多个信道的样本点，以实现数字信道化处理。

在本发明的一个实施例中，数字信道化模块100采用偶排列、临界抽取的多相相带通滤波器组实现数字信道化处理。

具体地，数字信道化模块100采用偶排列、临界抽取的多相相带通滤波器组实现数字信道化处理。对输入雷达信号使用一组性能相同的带通滤波器组，将原始全频带信号分割为多个子频带信号。数字信道化有一种高效的实现方法，即基于多相滤波器组的信道化结构。

如图3所示，图中所示为复信号的偶排列、临界抽取多相滤波结构，主要过程是先对输入信号进行D倍抽取，然后对抽取信号进行滤波，最后经过D点FFT输出D个信道的样本点。本实施例采用偶排列、临界抽取的多相滤波结构实现数字信道化。

信号包络提取模块200用于根据数字信道化处理后的I\Q形式信号，计算得到多路信号幅度，并且在同一时间点提取信号幅度最大值即为信号包络。

信号包络提取过程主要包括两步：信道信号包络计算和信道信号包络提取。由于数字信道化模块100输出的信号为I\Q形式，需要转为信号幅度，才能用于后续处理，信道信号包络计算根据信号I\Q计算得到信号幅度。

具体地，信号包络提取模块200根据数字信道化处理后的I\Q形式信号，计算得到多路信号幅度，包括：

|Y|＝max(|L|+(1/8+1/32)|S|,(1-1/8-1/32)|L|+(1/2+1/16-1/128)|S|)

其中，|L|＝max(|YI|,|YQ|),|S|＝min(|YI|,|YQ|)，YI是信号I值，YQ是信号Q值。

图4是一个宽带调频信号经过信道化处理以及幅度计算得到的多路信道信号幅度。图中包括多条不同的信道，可以看出单个宽带脉冲在多个信道都有输出。

信道信号包络提取模块200根据得到的多路信道信号幅度，在同一时间点提取信号幅度最大值，即为信号包络。图4显示的是对图3进行幅度最大值提取之后的信号包络图，可以看出经过包络提取之后，在信号包络中形成了完整的脉冲信号。

基于信道号的脉冲检测模块300采用基于信道号的脉冲检测算法，对得到的信号包络根据信道化是否连续进行脉冲检测，以确保检测到弱雷达脉冲信号。

具体地，基于信道号的脉冲检测模块300对得到的信号包络根据信道化是否连续进行脉冲检测，包括：

当外界没有信号时，受噪声影响，包络信号的信道号具有随机性，一般是不连续的；而当外界存在脉冲信号时，包络信号的信道号具有连续性，根据此特点，即根据包络信号的信道号是否连续即可以判断是否存在脉冲信号。

其中，判断信道号是否连续的个数设置为N，设当前信道号为ci，则当前信道号满足如下条件时即认为当前信道号连续：

|ci-ci-j|≤1(0≤j≤N)或者|ci-ci+j|≤1(0≤j≤N)

当信号包络存在连续N个采样点信道号相差不大于1时，即认为当前信号是脉冲信号，其中，N是可变的。

图6显示了图5表示的包络信号的信道号检测结果。其中A指向的星号表示信号包络的信道号，B指向的线条表示根据信道号的连续性准则进行脉冲检测的结果。B指向的线条中，0表示噪声，非0表示检测到脉冲信号。从图中可以看出，根据信道号是否连续可以准确地检测到脉冲信号。与以往的幅度检测方法相比，此方法的优势是可以提高信号检测的灵敏度。幅度检测通常只能检测信噪比大于13db的脉冲信号，使用信道号连续算法可以检测到信噪比低于10db的脉冲信号。

根据本发明实施例的弱雷达脉冲包络信号检测方法和装置，对外部雷达信号进行信道化处理，能够滤除带外噪声，提高信号信噪比；通过对信道化之后的信号进行包络提取，能够降低后端需要检测的信道数，提高检测速度，降低资源消耗，并且能够解决宽带信号跨信道***问题；通过采用基于信道号的脉冲检测算法，能够进一步提高信号检测灵敏度，并确保检测到完整的脉冲信号。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种弱雷达脉冲包络信号检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，对输入的雷达信号进行数字信道化处理，包括：采用多相带通滤波器组对输入的雷达信号进行抽取和滤波，并进行傅里叶FFT变换后输出多个信道的样本点，以实现数字信道化处理；

步骤S2，根据数字信道化处理后的I\Q形式信号，计算得到多路信号幅度，并且在同一时间点提取信号幅度最大值即为信号包络；

步骤S3，采用基于信道号的脉冲检测算法，对得到的信号包络根据信道化是否连续进行脉冲检测，以确保检测到弱雷达脉冲信号。

2.如权利要求1所述的弱雷达脉冲包络信号检测方法，其特征在于，在所述步骤S1中，采用偶排列、临界抽取的多相相带通滤波器组实现数字信道化处理。

3.如权利要求1所述的弱雷达脉冲包络信号检测方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述根据数字信道化处理后的I\Q形式信号，计算得到多路信号幅度，包括：

|Y|＝max(|L|+(1/8+1/32)|S|,(1-1/8-1/32)|L|+(1/2+1/16-1/128)|S|)

其中，|L|＝max(|YI|,|YQ|),|S|＝min(|YI|,|YQ|)，YI是信号I值，YQ是信号Q值。

4.如权利要求1所述的弱雷达脉冲包络信号检测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，在所述步骤S3中，所述对得到的信号包络根据信道化是否连续进行脉冲检测，包括：

当外界没有信号时，受噪声影响，包络信号的信道号具有随机性，是不连续的；

当外界存在脉冲信号时，包络信号的信道号具有连续性；

根据包络信号的信道号是否连续即可判断是否存在脉冲信号。

5.如权利要求1所述的弱雷达脉冲包络信号检测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，设当前信道号为ci，则当前信道号满足如下条件时即认为当前信道号连续：

|ci-ci-j|≤1(0≤j≤N)或者|ci-ci+j|≤1(0≤j≤N)

当信号包络存在连续N个采样点信道号相差不大于1时，即认为当前信号是脉冲信号，其中，N是可变的。

6.一种弱雷达脉冲包络信号检测装置，其特征在于，包括：数字信道化模块、信号包络提取模块和基于信道号的脉冲检测模块，其中，

所述数字信道化模块用于对输入的雷达信号进行数字信道化处理，包括：采用多相带通滤波器组对输入的雷达信号进行抽取和滤波，并进行傅里叶FFT变换后输出多个信道的样本点，以实现数字信道化处理；

所述信号包络提取模块用于根据数字信道化处理后的I\Q形式信号，计算得到多路信号幅度，并且在同一时间点提取信号幅度最大值即为信号包络；

所述基于信道号的脉冲检测模块采用基于信道号的脉冲检测算法，对得到的信号包络根据信道化是否连续进行脉冲检测，以确保检测到弱雷达脉冲信号。

7.如权利要求6所述的弱雷达脉冲包络信号检测装置，其特征在于，所述数字信道化模块采用偶排列、临界抽取的多相相带通滤波器组实现数字信道化处理。

8.如权利要求6所述的弱雷达脉冲包络信号检测装置，其特征在于，所述信号包络提取模块根据数字信道化处理后的I\Q形式信号，计算得到多路信号幅度，包括：

|Y|＝max(|L|+(1/8+1/32)|S|,(1-1/8-1/32)|L|+(1/2+1/16-1/128)|S|)

其中，|L|＝max(|YI|,|YQ|),|S|＝min(|YI|,|YQ|)，YI是信号I值，YQ是信号Q值。

9.如权利要求6所述的弱雷达脉冲包络信号检测装置，其特征在于，所述基于信道号的脉冲检测模块对得到的信号包络根据信道化是否连续进行脉冲检测，包括：

当外界没有信号时，受噪声影响，包络信号的信道号具有随机性，是不连续的；

当外界存在脉冲信号时，包络信号的信道号具有连续性；

根据包络信号的信道号是否连续即可判断是否存在脉冲信号。

10.如权利要求6所述的弱雷达脉冲包络信号检测装置，其特征在于，所述基于信道号的脉冲检测模块设当前信道号为ci，则当前信道号满足如下条件时即认为当前信道号连续：

|ci-ci-j|≤1(0≤j≤N)或者|ci-ci+j|≤1(0≤j≤N)

当信号包络存在连续N个采样点信道号相差不大于1时，即认为当前信号是脉冲信号，其中，N是可变的。