容差问题对雷达信号分选识别的影响
摘要：容差是描述雷达信号参数的一个重要特征，是影响雷达侦察信号处理中信号分选、信号识别的关键所在，它在雷达侦察情报分析中起着至关重要的作用。分析研究雷达信号参数容差的含义、用途、影响它的因素等问题，介绍一些雷达信号参数容差的计算方法。
关键词：信号分选 信号识别 雷达信号参数容差
中图分类号：TN957.5文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)09-0236-02
雷达信号参数容差雷达信号参数的容差是表述雷达辐射源信号特征的一个重要参数，它是影响雷达侦察信号处理中信号分选、信号识别的关键所在，在雷达侦察情报分析中，它起着至关重要的作用。然而雷达信号参数容差问题是一个棘手的问题，一直没有得到较好的解决。本文主要分析雷达信号参数容差的含义，重点分析了雷达侦察信号处理中信号分选、信号识别时容差问题的特点以及现有的解决容差问题的常见方法。
1、信号的分选处理
雷达辐射源信号的分选，尤其是在战时复杂电磁环境下雷达辐射源信号的分选已成为雷达电子侦察的重要组成部分，对雷达辐射源信号参数进行分析、提取，都是建立在信号分选的基础之上，目的在于方便后续工作中对雷达型号以及它的威胁程度进行识别，因此雷达信号分选是雷达情报侦察当中的关键技术。
信号分选处理过程大体是这样的，雷达电子侦察通常由一个在频域、空域、甚至其它参数域均宽开的无源接收[1]，而且是由自动ES系统来实现信号的分析与处理，其典型的结构模块及相应的功能如图1所示。
工作时，电磁威胁环境中的雷达辐射源信号被无源接收与参数测量模块搜索、截获并且完成测量信号的参数，具体过程是经接收机所接收的信号由视频检波过程得到保宽和保幅雷达脉冲序列，从量化处理后的保宽雷达脉冲得到雷达信号脉冲到达时间(TOA)和雷达信号脉冲宽度(PW)等参数，同样，从经过量化处理后的保幅雷达脉冲得到雷达信号脉冲幅度(PA)等参数，再加上从前端通过测频、测向得到的雷达信号脉冲的载频(RF)和雷达信号脉冲到达方向(DOA)等参数，将以上参数用表示成数字编码形式的脉冲描述字(PDW)用以表征所截获的脉冲信号，PDW={TOA，RF，PW，PA，DOA，PM，PP}。
脉冲流的去交错(Pulse Trains Deinter leaving)处理是由信号处理模块来完成的，即如图2所示的信号分选(Signal Sorting)过程[2]，来自同一辐射源的脉冲信号序列从交错的PDW流中被分离出来，然后对其进行信号辐射源的识别，最后将结果提交到记录、显示等设备，便于指挥人员对战场态势作出合理的评估和响应。较先进的ES系统可直接引导ECM装置实施有效的侦察。
上述过程简单地说，就是从雷达侦察接收机输出加至信号处理系统的信号是交叠密集的视频脉冲流。信号分选就是对雷达视频脉冲流信号的处理过程，是从这种密集的随机交叠的雷达脉冲信号流中分离开各个雷达的脉冲序列，并选出有用雷达信号的过程[3]
2、雷达信号参数容差的含义
2.1 雷达的信号参数
雷达信号参数很多，其中用以表征雷达辐射源特征的参数主要有频域、空域、时域三大类别的参数。这类参数中，用于雷达信号分选的主要参数如前文所述，有雷达脉冲到达时间（TOA）、雷达脉冲重复周期（PRI）、雷达脉冲宽度（PW）、雷达信号的载频（RF）和雷达信号到达方向（DOA）等五个传统的雷达参数。其它的信号参数，如雷达信号载频跳变规律、雷达脉冲幅度（PA）等，在国内外当前公开发表的论文中还没有用于自动信号的分选，作为雷达信号识别的重要参数，一般要在对信号分选之后的单个雷达脉冲序列信号分析的基础之上才能够提取出来[5] 。
2.2 雷达信号参数容差
一般认为，雷达信号参数容差是指雷达信号参数变化的范围。可是从雷达发射出来的雷达信号的各个参数是具着有一定的变化范围，然而从雷达侦察机上所获取的雷达信号的各个参数也具有一定的变化范围。一般情况下，这两种雷达信号参数的变化范围往往是不一致的。在雷达电子对抗情报处理中，雷达信号参数容差是指通过雷达对抗侦察与情报分析得到的雷达信号参数的变化范围[3]。
3、雷达信号参数容差对信号分选、信号识别的影响
如图3所示为典型的基于设定‘容差’的信号分选方法
信号分选的关键就是将叠加交错的脉冲序列区分开来。为了完成信号的分选，必须进行一系列的自动比较、判别，需要选择合适的容差才可能提供有用的判别结果，使雷达脉冲列的去交错过程得以顺利地进行[4]。这样容错的选取将直接影响的分选的结果。常见的错误类别有两种：一类是如果容差设置小了则可能导致同一部雷达的信号不能完成聚类，甚至因为雷达脉冲数量不够多而无法提取有用的信息。另一类如果容差大了将会使多个来自不同辐射源的信号“分选”在一起，给参数提取工作造成困难。正是这两类错误的不可避免性和难以协调性造成了雷达辐射源信号参数容差造成了在雷达信号分选与去交错上都必须要面临的难题。雷达信号识别同样也会遇到类似的容差问题。
雷达信号识别的过程也就是进行自动比较、判别的过程。因而在匹配选择的时侯、在决定归属依据的时侯都会不可避免地遇到容差问题。目前解决雷达信号参数容差问题的思路是如何“最佳”地选取容差，但尚未形成比较成熟的理论研究成果，而且还没有从根本上解决现存的问题[4]。
4、现有解决容差问题的方法和应该遵循的原则
4.1 解决容差问题的方法概述
解决容差问题的方法，归根到底就是如何最佳地设置雷达信号参数的容差。“最佳”需要遵循一定的判别准则。比较经典的判别准则一般是贝叶斯准则。但实际问题往往是非常复杂的。首先，“错误”类别通常不仅仅是两类，其次各类别的错误性质差异很大，难以建立统一的模型。然而容差问题还是一个与侦察的设备和被侦察的设备都有关系的问题。在建立模型的时候，即便是以少量的几个主要错误类型为重点考虑因素，错误的代价仍难以有充分的选取依据。通常用以解决这类问题的方法是大量地收集情况，对资料进行充分地分析、整理后，在假设条件下，人为有所“根据”地选取模型和代价，可以在一定程度上解决部分问题[1]。
实际上，除贝叶斯准则外，其他准则也无法避免上述贝叶斯准则所遇到的问题。目前研究容差问题的方法大体可分为如下几类:(1)统计法。通过大量地收集相关资料，包括敌方雷达资料、侦察设备资料和侦察设备所接收到的侦察数据。将数据进行整理，统计出其规律，从中分析、归类，寻找出最佳容差的设置途径。它是其它方法的研究基础。(2)数据库法。在统计法的研究基础上，为识别提供方便，实现在不同工作模式、不同条件等主要因素下数据库中的容差设置值。(3)人工智能法。如利用专家的系统思想，采用自学方法，通过学习研究来采集获取数据，然后建立动态模型来寻找最佳容差。(4)其它方法。如采用特征分析提取方法、人工神经元网络方法等。
目前有许多专家致力于最佳容差选取的研究工作，各种研究方法陆续出现。研究结果表明，要进行最佳的容差选择，采取动态处理是十分必要的，动态处理的特点如下:(1)不同的雷达信号参数应设置不同的容差；(2)同一雷达信号参数，不同雷达型号应设置不同的容差；(3)不同型号侦察设备的同一雷达信号参数需要设置不同的容差；(4)同一型号不同雷达需要设置不同的容差；(5)同一型号不同侦察设备需要设置不同的容差；(6)同一雷达同一参数的不同工作模式下有不同的容差；(7)同一侦察设备不同工作条件下需要设置不同的容差。
4.2 解决容差问题应该遵循的原则
从以上分析可知，给一部雷达简单地制定出一个统一标准的雷达信号参数容差是比较困难的，即使给出了一个统一的容差，也是难以应用于实际中的。因此，我们认为，建立雷达信号参数容差时应当遵循以下几个原则：(1)首先要明确设置容差的目的。雷达信号参数容差的用途是不同的，在不同用途中，对容差大小、参数选择及表示方法都有不同的要求。所以，必须依据容差应用的实际要求来选取雷达信号参数和设置容差的大小。(2)其次还要反映雷达的工作体制特点。现今的雷达兼容多种体制，每种体制中又存在多种不同的工作模式。在不同的工作模式中，雷达信号参数的变化特点是不同的，有时甚至差别很大。因此，必须考虑按不同工作模式来设置相应的容差。(3)最后要考虑设置的容差要便于运用。容差设置的目的在于运用，所以它的表示方法要尽量规范化，便于运用，便于交换，而且要有较高的可信度。必要时，还需要标注各个因子在雷达侦察情报处理时的权重。
5、结语
由此可见，容差问题是一个多因素的复杂问题，想要某一方法从根本上解决好容差问题是困难的。因此，这方面的研究工作是很有意义的，寻找“最佳设置”这一方法，可以在一定程度上解决一些问题。不过，若是从根本上来解决容差的最佳设置问题是很有难度的。特别是在雷达侦察信号处理过程中，都是以信号分选和识别为工作重点，走“最佳设置”的方法是有其局限性的。
现今军内外对于雷达侦察信号参数容差已经做了大量的有价值的研究工作，而且也取得了很多重要的研究成果，但距离我军实际装备的运用仍然存在着较大的差距。现在不但要求我们要加强对外军雷达装备不断进行深入地研究，而且还要求我们要牢牢地立足于我军实际装备的研究。只有这样才能目标明确地推动雷达信号参数容差的研究工作，并尽快使其应用于部队的实践当中。
参考文献
[1]胡来招.雷达侦察接收机设计[M],北京:国防工业出版社,2000.
[2]Samuel L，Michael T，Stephen D et al .Comparison of Time of Arrival vs.
Multiple Parameter based Radar Pulse Train Deinterleavers[C].Proc.of SPIE,Signal Processing,Sensor Fusion,and Target Recognition XV,2006,vol.62361k1-10.
[3]林春应,王贵生,金耀星.雷达信号参数容差分析.舰船电子对抗,1997,4:27-31
[4]罗景青,赵中迪.脉冲去交错软件评判指标初探.舰用雷达与对抗,第十一卷1992；3.
[5]国强.复杂环境下未知雷达辐射源信号分选的理论研究[D].2006.