一种基于STFT频谱感知算法的雷达目标模拟方法与流程

一种基于stft频谱感知算法的雷达目标模拟方法
技术领域
1.本发明涉及电子对抗技术领域，具体涉及一种基于stft频谱感知算法的雷达目标模拟方法。


背景技术：

2.雷达目标模拟技术在过去几十年一直是电子战领域的重要研究方向，已广泛应用于雷达测试和雷达对抗等多个领域。雷达目标模拟技术作为电子战中的一项关键技术，本质上是利用敌方雷达来波生成假目标回波，起到欺骗、消耗敌方雷达的目的。为了实现高保真度的雷达目标模拟，模拟器需要通过频谱感知技术充分获取来波的特征信息。在复杂电磁环境下，当面对复合调制的新型雷达信号时，先进的频谱感知技术能对来波特征进行自动识别，从而利用感知到的信息实现雷达目标模拟。
3.传统的雷达目标模拟通过重新传输雷达脉冲，假定雷达目标仅出现在雷达单个距离单元且目标被看成一个单一的散射点，产生的是1d的目标。现代化的雷达，尤其是合成孔径雷达(synthetic aperture radar，sar)和有源电子扫描阵列(active electronic scanned array，aesa)，能够利用rcs对复杂目标进行特征描述。复杂目标的rcs包含了很多散射点是由目标不同部分的外形所造成的。每个散射点产生一个具有独特相位、幅度、多普勒频移和极化特征的回波。现代雷达对这些不同回波所组成的复杂目标回波进行分析，从而对目标进行精确识别。因此要对现代雷达形成有效干扰，就需要干扰机能够产生具有多表面rcs样式的复杂脉冲，也就是需要精准感知雷达信号频谱信息，从而有针对性地产生干扰信号。


技术实现要素：

4.针对现有技术中，采用转发式调制目标信息的目标模拟方法，存在目标信息丢失问题。本发明提供一种基于stft频谱感知算法的雷达目标模拟方法，其目的在于：提高频谱感知的精准性和雷达目标模拟的保真度。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
6.一种基于stft频谱感知算法的雷达目标模拟方法，包括以下步骤：
7.步骤1：对雷达信号进行stft运算，感知信号的带宽、脉宽、脉冲到达时间和粗略载频值。信号的类型包括：单载频信号、线性调频信号和二相编码信号；
8.步骤2：对雷达信号利用插值修正算法对载频的粗略估计值进行插值修正；
9.步骤3：根据步骤1中解算的带宽，利用三种信号的平方谱特征和最小拟合二乘方差对三种信号进行识别；
10.步骤4：对识别出的线性调频信号利用快速解线性调频算法对信号起始频率及调制斜率解算；
11.步骤5：利用解算的参数信息传给dds目标模拟架构，随后对信号添加目标的调制信息。
12.本发明技术方案的进一步改进在于：步骤1中stft感知信号参数的算法具体步骤为：
13.把n点fft处理的雷达信号段定义为一个处理帧，第一次感知到得此信号的帧段的开始时刻就是脉冲的toa。假设脉冲起始和结束帧序号分别为nb和ne，m和n分别代表滑窗的长度和fft的大小，则脉宽可用下式计算：
14.pw＝[(n
b-ne)*m+n]/fs[0015]
假设连续三帧没有感知到该信号，就可以判定为脉冲结束，最后一次检测到的脉冲序号作为结束帧号；
[0016]
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤2中三点dft插值修正的偏差：
[0017][0018]
其中n代表fft点数，r[k
p
]、r[k
p
+1]和r[k
p-1]分别代表fft后频率最大值点所在的位置以及其左右两边的两个点。
[0019]
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤4快速解线性调频具体步骤为：
[0020]
对线性调频信号进行延时取共轭后与本身相乘，求得调制斜率的估计值：
[0021][0022]
其中m为延迟的点数，ts是信号的持续时间，是相乘后信号的频率；
[0023]
解出后构造复信号对原信号去调斜处理得到信号起始频率：
[0024][0025]
其中是去调斜后信号的频率。
[0026]
由于采用了上述技术方案，本发明相对现有技术来说，取得的技术进步是：
[0027]
对采样后的雷达数据进行stft运算感知信号的频谱信息，之后再利用3db带宽识别算法和脉内估计算法对信号的信息有更精确地获取，从而提高了雷达目标模拟的保真度。
附图说明
[0028]
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0029]
图1是基于stft频谱感知算法的雷达目标模拟方法流程图；
[0030]
图2是信号脉宽为10us脉冲pw测量误差图；
[0031]
图3是信号脉宽为10us脉冲toa测量误差图；
[0032]
图4是傅里叶插值修正算法测频的均方根误差(rmse)图；
[0033]
图5是线性调频信号pw＝0.5us时的测频均方根误差(rmse)图；
[0034]
图6是三种不同调制类型信号识别概率图；
[0035]
图7是目标模拟生成的基带信号图；
[0036]
图8是经过相位调制的线性调频脉冲图。
具体实施方式
[0037]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0038]
在本技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0039]
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
[0040]
实施例1
[0041]
如图1-8所示，本发明提供了一种基于stft频谱感知算法的雷达目标模拟方法，包括以下步骤：
[0042]
步骤1：对雷达信号进行stft运算，感知信号的带宽、脉宽、脉冲到达时间和粗略载频值；信号的类型包括：单载频信号、线性调频信号和二相编码信号；
[0043]
步骤2：对雷达信号利用插值修正算法对载频的粗略估计值进行插值修正；
[0044]
步骤3：根据步骤1中解算的带宽，利用三种信号的平方谱特征和最小拟合二乘方差对三种信号进行识别；
[0045]
步骤4：对识别出的线性调频信号利用快速解线性调频算法对信号起始频率及调制斜率解算；
[0046]
步骤5：利用解算的参数信息传给dds目标模拟架构，随后对信号添加目标的调制信息。
[0047]
其中：步骤1中stft感知信号参数的算法具体步骤为：
[0048]
把n点fft处理的雷达信号段定义为一个处理帧，第一次感知到得此信号的帧段的开始时刻就是脉冲的toa；假设脉冲起始和结束帧序号分别为nb和ne，m和n分别代表滑窗的长度和fft的大小，则脉宽可用下式计算：
[0049]
pw＝[(n
b-ne)*m+n]/fs[0050]
假设连续三帧没有感知到该信号，就可以判定为脉冲结束，最后一次检测到的脉冲序号作为结束帧号。
[0051]
其中：步骤2中三点dft插值修正的偏差：
[0052][0053]
其中n代表fft点数，r[k
p
]、r[k
p
+1]和r[k
p-1]分别代表fft后频率最大值点所在的位置以及其左右两边的两个点。
[0054]
其中：步骤4快速解线性调频具体步骤为：
[0055]
对线性调频信号进行延时取共轭后与本身相乘，求得调制斜率的估计值：
[0056][0057]
其中m为延迟的点数，ts是信号的持续时间，是相乘后信号的频率；
[0058]
解出后构造复信号对原信号去调斜处理得到信号起始频率：
[0059][0060]
其中是去调斜后信号的频率。
[0061]
采用本方法，对采样后的雷达数据进行stft运算感知信号的频谱信息，之后再利用3db带宽识别算法和脉内估计算法对信号的信息有更精确地获取，从而提高了雷达目标模拟的保真度。
[0062]
为了验证本方案所提出的基于stft频谱感知算法的雷达目标模拟方法，本专利进行了如下的计算机仿真实验。下面结合图1-8对本发明作详细说明。
[0063]
实验1：对采样率为20.5mhz，单载频信号载频为10mhz进行算法仿真；信号脉宽10us，脉冲到达时间也为10us，信噪比范围为3db-15db。stft滑窗的大小为32点，toa和pw测量误差结果如图2和图3所示，图中可以看出随着信噪比(snr)，pw和toa的测量均方根误差(rmse)逐渐减小。
[0064]
实验2：中频的采样率为32mhz，信号的载频为8mhz，fft点数为128点，如图4所示，可以看出随着信噪比(snr)的增大，测频误差逐渐降低。
[0065]
实验3：仿真参数设置采样率为2.8ghz，线性调频信号的带宽为10mhz，信号的起始频率分别为0.89ghz，1.12ghz和1.33ghz。终止频率分别为0.90ghz，1.13ghz和1.34ghz。脉宽设置为0.5us。如图5所示线性调频信号测频均方根误差(rmse)，可以看出测量参数的精度随着snr和采样点数的增加而提高。
[0066]
实验4：在不同snr下每种调制类型产生150个不同参数的加高斯白噪信号。参数设置为：采样率为85.5mhz，三种调制信号的脉宽都为10us，单载频脉冲的载频为5.5mhz，lfm信号脉冲的起始频率为10mhz，带宽设置也为10mhz，bpsk信号为13bit编码的barker码，其载频为5mhz。通过算法进行调制类型识别，然后将识别结果和标签进行比较得到真正率，这样可以得到每一个snr下得值，识别准确率和信号snr关系如图6所示。
[0067]
实验5：图7是对生成带宽为500mhz的线性调频信号的采样；图8是利用提出的基于stft频谱感知算法的雷达目标模拟方法对32个距离单元，128个脉冲积累后调制的线性调频脉冲信号，dac分辨率选取为16bit。
[0068]
以上所述实施例仅表达了本技术的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。

技术特征：
1.一种基于stft频谱感知算法的雷达目标模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：对雷达信号进行stft运算，感知信号的带宽、脉宽、脉冲到达时间和粗略载频值；信号的类型包括：单载频信号、线性调频信号和二相编码信号；步骤2：对雷达信号利用插值修正算法对载频的粗略估计值进行插值修正；步骤3：根据步骤1中解算的带宽，利用三种信号的平方谱特征和最小拟合二乘方差对三种信号进行识别；步骤4：对识别出的线性调频信号利用快速解线性调频算法对信号起始频率及调制斜率解算；步骤5：利用解算的参数信息传给dds目标模拟架构，随后对信号添加目标的调制信息。2.根据权利要求1所述的一种基于stft频谱感知算法的雷达目标模拟方法，其特征在于：步骤1中stft感知信号参数的算法具体步骤为：把n点fft处理的雷达信号段定义为一个处理帧，第一次感知到得此信号的帧段的开始时刻就是脉冲的toa；假设脉冲起始和结束帧序号分别为n
b
和n
e
，m和n分别代表滑窗的长度和fft的大小，则脉宽可用下式计算：pw＝[(n
b-n
e
)*m+n]/f
s
假设连续三帧没有感知到该信号，就可以判定为脉冲结束，最后一次检测到的脉冲序号作为结束帧号。3.根据权利要求2所述的一种基于stft频谱感知算法的雷达目标模拟方法，其特征在于：步骤2中三点dft插值修正的偏差：其中n代表fft点数，r[k
p
]、r[k
p
+1]和r[k
p-1]分别代表fft后频率最大值点所在的位置以及其左右两边的两个点。4.根据权利要求3所述的一种基于stft频谱感知算法的雷达目标模拟方法，其特征在于：步骤4快速解线性调频具体步骤为：对线性调频信号进行延时取共轭后与本身相乘，求得调制斜率的估计值：其中m为延迟的点数，t
s
是信号的持续时间，是相乘后信号的频率；解出后构造复信号对原信号去调斜处理得到信号起始频率：其中是去调斜后信号的频率。

技术总结
本发明公开了一种基于STFT频谱感知算法的雷达目标模拟方法，涉及电子对抗技术领域，包括以下步骤：步骤1：对雷达信号进行STFT运算，感知信号的带宽、脉宽、脉冲到达时间和粗略载频值。信号的类型包括：单载频信号、线性调频信号和二相编码信号；步骤2：对雷达信号利用插值修正算法对载频的粗略估计值进行插值修正；步骤3：根据步骤1中解算的带宽，利用三种信号的平方谱特征和最小拟合二乘方差对三种信号进行识别。本发明对采样后的雷达数据进行STFT运算感知信号的频谱信息，之后再利用3dB带宽识别算法和脉内估计算法对信号的信息有更精确地获取，从而提高了雷达目标模拟的保真度。从而提高了雷达目标模拟的保真度。从而提高了雷达目标模拟的保真度。


技术研发人员：孙旭 任宏坤 陈琴
受保护的技术使用者：成都芯光雷科科技有限公司
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/13