一種自動(dòng)識(shí)別噪聲調(diào)頻信號(hào)的方法

電子干擾是現(xiàn)代電子戰(zhàn)的重要組成部分，包括無(wú)源干擾和有源干擾，其中，有源干擾可以分為欺騙干擾和遮蔽干擾。欺騙干擾是采用假的目標(biāo)和信息作用于雷達(dá)的目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤系統(tǒng)，使雷達(dá)不能正確的檢測(cè)真實(shí)目標(biāo)或者不能正確的測(cè)量真正目標(biāo)的參數(shù)信息，從而達(dá)到迷惑或擾亂雷達(dá)對(duì)真正目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤的目的。遮蓋式的干擾是使用噪聲或類似噪聲的干擾信號(hào)遮蓋或淹沒(méi)有用信號(hào)，阻止雷達(dá)檢測(cè)目標(biāo)信息。對(duì)于欺騙干擾可以使用與雷達(dá)信號(hào)的識(shí)別方法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)設(shè)別，但是對(duì)于使用噪聲調(diào)制的遮蔽干擾信號(hào)，因?yàn)槠渥陨淼膹?qiáng)隨機(jī)性，很難使用雷達(dá)信號(hào)的檢測(cè)識(shí)別方法。但是由于干擾信號(hào)是時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)，在一定的時(shí)間內(nèi)采樣的數(shù)目可以很大；而對(duì)雷達(dá)來(lái)說(shuō)，積累個(gè)數(shù)受到目標(biāo)照射時(shí)間和脈沖間隔的限制，這是干擾噪聲檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)所在，也成為了尋求檢測(cè)遮蔽干擾信號(hào)的突破口。

1 噪聲調(diào)頻信號(hào)功率譜檢測(cè)原理
    噪聲調(diào)頻干擾信號(hào)最常見(jiàn)的是射頻振蕩的頻率與調(diào)制噪聲電壓ξ(t)成線性關(guān)系，為了方便把噪聲調(diào)頻，信號(hào)的時(shí)域如式(1)

   
    設(shè)調(diào)制噪聲電壓ξ(t)是高斯噪聲，其幅度概率密度分布為高斯函數(shù)

   
    由于噪聲調(diào)頻干擾的角頻率與ξ(t)呈線性關(guān)系，故瞬時(shí)角頻率或角頻偏的概率密度也應(yīng)為高斯分布，其均方根的值為

式（6）中的積分只有在mfe》1和mfe《1時(shí)才能近似求解。

當(dāng)mfe》1可以得到噪聲調(diào)頻信號(hào)的干擾帶寬（半功率帶寬）為

    對(duì)于噪聲調(diào)頻信號(hào)，由于信號(hào)的隨機(jī)性很強(qiáng)，很難在使用相關(guān)的辦法對(duì)這類噪聲調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，所以常用的瞬時(shí)相關(guān)、時(shí)頻分布等檢測(cè)方法對(duì)其無(wú)效。但是由于接收系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，其系統(tǒng)的熱噪聲相對(duì)比較穩(wěn)定，所以其熱噪聲功率譜也是相對(duì)穩(wěn)定的。當(dāng)由調(diào)頻干擾信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)時(shí)，根據(jù)式(6)，其功率譜在干擾頻帶[f0一△fj／2，f0+△fj／2]內(nèi)會(huì)比無(wú)調(diào)頻干擾信號(hào)時(shí)在能量上有明顯的提高，根據(jù)這一特征，可以檢測(cè)出干擾信號(hào)。并相應(yīng)的確定帶寬和中心頻率，如圖l所示。

    圖1中噪聲調(diào)頻信號(hào)的中心頻率4．3 GHz，每伏調(diào)制為1 GHz／V，時(shí)長(zhǎng)10 ms，為了提高檢測(cè)帶寬按單次時(shí)長(zhǎng)100 ns做4 096采樣，循環(huán)10 000次累積處理。在實(shí)用的條件下一般會(huì)至少做到幾十毫秒的時(shí)長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行累計(jì)。產(chǎn)生的白噪聲調(diào)制信號(hào)首先經(jīng)過(guò)256階的帶通濾波器，用來(lái)給生成的白噪聲濾波進(jìn)行色化處理，通帶為4．29～4．31 GHz，所以視頻調(diào)頻帶寬20 MHz。經(jīng)過(guò)濾波后的隨機(jī)數(shù)帶入到式(1)，得到噪聲調(diào)頻信號(hào)，然后計(jì)算功率譜，結(jié)果如圖1(a)所示。從圖1(a)中可以看到在40 GHz的檢測(cè)帶寬中，信號(hào)的能量主要集中在4．3 GHz左右。圖1(b)為中心頻率處放大圖形，可以看出干擾信號(hào)的3 dB帶寬(即歸一化能量的0．707左右處)為0．18 GHz，10 dB帶寬(歸一化能量0．3左右處)為0．37 GHz。
    當(dāng)白噪聲累加到調(diào)頻干擾后在得到的功率譜，如圖2所示。

    從圖2中可以看出在SNR=一10 dB情況下，可以檢測(cè)處噪聲調(diào)頻干擾信號(hào)，且在中心頻率處的能量有所衰減。由于考慮仿真速度的需要此處所取時(shí)長(zhǎng)較短，如果加長(zhǎng)時(shí)間的積累，即相當(dāng)于增加了能量的積累，得到的檢測(cè)靈敏度會(huì)更高。對(duì)于檢測(cè)門限的設(shè)定，是在實(shí)際應(yīng)用中關(guān)心的問(wèn)題。這里簡(jiǎn)述兩種參考門限的確定方法。第一，對(duì)于系統(tǒng)的熱噪聲是在設(shè)計(jì)時(shí)所確定的固有性質(zhì)，相對(duì)外界環(huán)境要穩(wěn)定的多，在設(shè)置門限時(shí)可以考慮當(dāng)切斷外來(lái)所有的信號(hào)輸入，得到的機(jī)內(nèi)熱噪聲的功率均值數(shù)作為參考門限，這樣的好處是確保此時(shí)噪聲純凈，缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮環(huán)境噪聲的存在，從而出現(xiàn)虛警的概率增加，這也是文中使用的方法；第二，是在偵察天線沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)干擾源的情況下，得到內(nèi)外混合噪聲的各個(gè)頻點(diǎn)的功率均值作為參考門限，其優(yōu)點(diǎn)是能夠真實(shí)的反映實(shí)際情況，但是如果此時(shí)有其它發(fā)射機(jī)信號(hào)的輸入，則檢測(cè)出現(xiàn)漏警的概率會(huì)大大增加。

2 相似理論
    在信號(hào)與系統(tǒng)學(xué)科中，相關(guān)性是一種在時(shí)域中對(duì)信號(hào)特性進(jìn)行描述的重要方法。由于信號(hào)與其功率譜函數(shù)是一對(duì)傅里葉變換，在信號(hào)分析中往往利用它來(lái)分析隨機(jī)信號(hào)的功率譜分布，以致不少人一提到相關(guān)性馬上會(huì)聯(lián)想到信號(hào)功率譜的計(jì)算。假設(shè)得到的兩信號(hào)分別為X(t)，Y(t)。可以選擇當(dāng)倍數(shù)K使KY(t)去逼近X(t)。在此可以借用誤差能量來(lái)度量波形的相似程度。

   

    其中Er代表誤差能量，K的選擇是為了使誤差能量最小，可以得出

   

    另外，可定義相對(duì)誤差能量為

   

    其中Pxy為相關(guān)系數(shù)?？梢酝瞥?/p>

   
    對(duì)于能量有限的信號(hào)而言，能量是確定的，相關(guān)系數(shù)的大小只由X(t)*Y(t)積分決定。若兩個(gè)完全不相似的信號(hào)，其幅度取值和出現(xiàn)時(shí)刻是相互獨(dú)立、彼此無(wú)關(guān)的，即X(t)*Y(t)=0，其積分結(jié)果也為0，所以當(dāng)相關(guān)系數(shù)為O時(shí)相似度最差，即不相關(guān)。當(dāng)相關(guān)系數(shù)為1時(shí)，則誤差能量為0，說(shuō)明這兩個(gè)信號(hào)相似度很好，是線性相關(guān)的。因此把相關(guān)系數(shù)作為兩個(gè)信號(hào)相似性的度量完全是有理論依據(jù)的、合理的。

3 利用相似理論的噪聲調(diào)頻信號(hào)檢測(cè)
    為了討論方便，假設(shè)接收機(jī)為理想接收機(jī)，即在通帶內(nèi)，其幅頻特性為一固定值，相頻為線性，而通帶之外增益為零，中心頻率ω0為且遠(yuǎn)大于接收機(jī)帶寬△ω，并假定背景噪聲是高斯白噪聲，這種假設(shè)不失一般性，基本可以很好地描述常規(guī)接收機(jī)的檢測(cè)特性。
    在時(shí)長(zhǎng)1 ms，信噪比從一10～10 dB進(jìn)行100次蒙特卡洛實(shí)驗(yàn)，其信號(hào)具體形式如第2節(jié)所述，首先得到信號(hào)和基準(zhǔn)白噪聲的各自的功率譜，然后代入式(12)中，計(jì)算其相關(guān)系數(shù)?？紤]到虛警的可能性，通常認(rèn)為當(dāng)相關(guān)系數(shù)<0．8時(shí)存在噪聲調(diào)頻干擾，否則沒(méi)有噪聲干擾信號(hào)進(jìn)入。所得結(jié)果，如圖3所示。

    從圖3可以看出在信噪比一3 dB以上能夠在時(shí)長(zhǎng)0．1 ms下做到100％的檢測(cè)。充分說(shuō)明了該方法對(duì)檢測(cè)識(shí)別噪聲調(diào)頻信號(hào)是可行的。而且根據(jù)積累時(shí)長(zhǎng)的不同，對(duì)算法檢測(cè)的靈敏度影響很大，在圖4給出了不同積累時(shí)間10次蒙特卡洛實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)概率。

　

    從圖4中可以看出，隨著時(shí)長(zhǎng)的增加不但檢測(cè)靈敏度有比較明顯的提高，同時(shí)檢測(cè)曲線更加的平滑，誤差減小。

4 結(jié)束語(yǔ)
    由于噪聲調(diào)頻信號(hào)的強(qiáng)隨機(jī)性，利用相關(guān)的各種檢測(cè)方法無(wú)法對(duì)此類信號(hào)做出有效的檢測(cè)。文中利用功率譜積累和相似函數(shù)的方法對(duì)噪聲調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行了檢測(cè)，通過(guò)仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了方法的可行性，說(shuō)明檢測(cè)概率與信噪比和累計(jì)時(shí)間長(zhǎng)度的關(guān)系。