專利名稱：基于自適應(yīng)閾值的雷達(dá)脈沖提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于雷達(dá)輻射源信號(hào)識(shí)別、分析或壓縮的雷達(dá)脈沖提取方法。

背景技術(shù)：
雷達(dá)信號(hào)的識(shí)別和特征分析在電子戰(zhàn)中有重要作用。目前，復(fù)雜調(diào)制雷達(dá)信號(hào)逐漸增多，雷達(dá)信號(hào)的多樣化和復(fù)雜化對(duì)雷達(dá)信號(hào)的分選識(shí)別提出了更高的要求。雷達(dá)信號(hào)的特征信息主要集中在脈沖內(nèi)，因此，雷達(dá)信號(hào)的識(shí)別和特征提取都需要預(yù)先進(jìn)行雷達(dá)脈沖提取。
在實(shí)際應(yīng)用中，采集到的雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)量巨大，且有大量無(wú)效和冗余信息的存在，給雷達(dá)信號(hào)的傳輸、存儲(chǔ)、識(shí)別和分析帶來(lái)了困難，需要對(duì)采集到的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行壓縮。而對(duì)于脈沖內(nèi)調(diào)制雷達(dá)信號(hào)，利用脈沖內(nèi)數(shù)據(jù)而不是全部雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸，可以保存雷達(dá)信號(hào)的所有調(diào)制信息。因此，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)的壓縮，可以預(yù)先進(jìn)行雷達(dá)脈沖提取。
而傳統(tǒng)的雷達(dá)脈沖檢測(cè)提取多是對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)進(jìn)行處理，方法較多；針對(duì)雷達(dá)輻射源信號(hào)的提取方法，由于已知的輻射源信號(hào)先驗(yàn)知識(shí)更少，當(dāng)前的方法并不多，主要利用信號(hào)的包絡(luò)進(jìn)行。脈沖提取方法主要有兩類一是對(duì)包絡(luò)利用二次差分，計(jì)算脈沖的拐點(diǎn)進(jìn)行提取；二是利用經(jīng)驗(yàn)值設(shè)置一個(gè)閾值，利用閾值提取包絡(luò)。但這兩種方法脈沖的提取都不理想，前者受噪聲影響較大，后者主要依靠經(jīng)驗(yàn)值，局限性比較大。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有雷達(dá)脈沖提取方法存在的不足，提供一種能夠更準(zhǔn)確得到脈沖位置和更準(zhǔn)確提取脈沖的基于自適應(yīng)閾值的雷達(dá)脈沖提取方法。
本發(fā)明的基于自適應(yīng)閾值的雷達(dá)脈沖提取方法，包括以下步驟 (1)對(duì)雷達(dá)信號(hào)提取包絡(luò)幅值 如果接收機(jī)接收到的信號(hào)是正常的實(shí)采樣信號(hào)，先進(jìn)行希爾伯特變換，再提取包絡(luò)幅值；如果接收機(jī)接收到的信號(hào)是由正交采樣得到的復(fù)信號(hào)，則直接對(duì)信號(hào)提取包絡(luò)幅值； (2)對(duì)雷達(dá)包絡(luò)幅值進(jìn)行平滑濾波 設(shè)定滑動(dòng)平均濾波器長(zhǎng)度或采用濾波器默認(rèn)長(zhǎng)度，對(duì)步驟(1)中得到的包絡(luò)幅值進(jìn)行平滑濾波；采用滑動(dòng)平均的方法進(jìn)行去噪，設(shè)滑動(dòng)窗口的大小(即滑動(dòng)平均濾波器長(zhǎng)度)為L(zhǎng)，且L＝2M+1，M為任意正整數(shù)，則窗函數(shù) 利用窗函數(shù)W(n)與雷達(dá)包絡(luò)進(jìn)行卷積，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的平滑濾波； L的大小根據(jù)需要設(shè)定，默認(rèn)值為51(即濾波器默認(rèn)長(zhǎng)度為51)。
(3)對(duì)濾波后的雷達(dá)包絡(luò)幅值K均值聚類，計(jì)算閾值，提取脈沖位置 對(duì)步驟(2)中得到的包絡(luò)幅值按照現(xiàn)有K均值算法進(jìn)行K均值聚類，得到雷達(dá)包絡(luò)幅值的脈沖信號(hào)部分的聚類中心和噪聲部分的聚類中心這兩個(gè)聚類中心，取兩個(gè)聚類中心的均值作為最佳閾值，根據(jù)最佳閾值將信號(hào)分為脈沖信號(hào)和噪聲部分，由此得到各個(gè)脈沖的起始位置和結(jié)束位置； (4)提取出脈沖信號(hào) 根據(jù)步驟(3)中得到的各個(gè)脈沖的起始位置和結(jié)束位置，并結(jié)合具體的應(yīng)用背景，對(duì)脈沖位置進(jìn)行壓縮或擴(kuò)展的調(diào)整，調(diào)整的長(zhǎng)度根據(jù)需要設(shè)定或采用默認(rèn)值，根據(jù)調(diào)整后的脈沖位置提取出脈沖信號(hào)； 假設(shè)提取的第i個(gè)脈沖的邊界分別為thstart(i)(起始邊界)、thend(i)(結(jié)束邊界)，則根據(jù)不同需要確定的最后脈沖位置Pstart(i)(起始位置)、Pend(i)(結(jié)束位置)為 式中，l為壓縮或擴(kuò)展的信號(hào)點(diǎn)數(shù)，當(dāng)進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)識(shí)別時(shí)，l為負(fù)；進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)分析時(shí)，l為正；l的大小可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，默認(rèn)大小為雷達(dá)信號(hào)脈沖寬度的10％。
本發(fā)明的雷達(dá)脈沖提取方法，是在包絡(luò)基礎(chǔ)上設(shè)置閾值，利用閾值提取脈沖，使閾值能夠自動(dòng)選取到最佳，而不是按照經(jīng)驗(yàn)值設(shè)置，能夠更準(zhǔn)確得到脈沖位置，進(jìn)而更準(zhǔn)確地提取脈沖。



圖1是本發(fā)明的雷達(dá)信號(hào)脈沖提取過(guò)程示意圖。

具體實(shí)施例方式 如圖1所示，雷達(dá)接收機(jī)(或接收端)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集(采樣或正交采樣)，得到數(shù)據(jù)信號(hào)后，按本發(fā)明所述方法進(jìn)行具體的脈沖提取，詳細(xì)步驟如下 (1)雷達(dá)信號(hào)包絡(luò)幅值提取根據(jù)具體情況的不同，直接對(duì)信號(hào)提取包絡(luò)幅值；或者先對(duì)信號(hào)進(jìn)行希爾伯特(Hilbert)變換，然后提取包絡(luò)幅值。
包絡(luò)幅值特征反映了信號(hào)的能量特征，因此雷達(dá)信號(hào)中有脈沖時(shí)的包絡(luò)幅值要大于無(wú)脈沖時(shí)的值。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中接收機(jī)的不同，接收到的信號(hào)有可能是正常的實(shí)采樣信號(hào)，也可能是由正交采樣得到的復(fù)信號(hào)。對(duì)于復(fù)信號(hào)，可以直接得到信號(hào)的幅值；對(duì)于實(shí)采樣信號(hào)，首先進(jìn)行希爾伯特變換，然后再提取包絡(luò)幅值。
(2)對(duì)包絡(luò)幅值進(jìn)行平滑濾波對(duì)包絡(luò)幅值進(jìn)行平滑濾波，根據(jù)需要設(shè)定滑動(dòng)平均濾波器長(zhǎng)度或采用濾波器默認(rèn)長(zhǎng)度，對(duì)步驟(1)中得到的包絡(luò)進(jìn)行平滑濾波。
平滑濾波主要用于去除包絡(luò)中的噪聲，減小噪聲的影響，提高脈沖提取的魯棒性。本發(fā)明采用滑動(dòng)平均的方法進(jìn)行去噪。設(shè)滑動(dòng)窗口的大小為L(zhǎng)，且L＝2M+1，則窗函數(shù) 利用窗函數(shù)W(n)與雷達(dá)包絡(luò)進(jìn)行卷積，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的平滑濾波。經(jīng)過(guò)窗口平滑濾波以后，噪聲方差變?yōu)樵瓉?lái)的1/L.而由于信號(hào)包絡(luò)自身的相關(guān)性很大，平滑后變化并不大。經(jīng)過(guò)滑動(dòng)窗口平均可以有效的降低噪聲的影響。L的大小可以根據(jù)需要設(shè)定，默認(rèn)值為51. (3)對(duì)濾波后的包絡(luò)幅值進(jìn)行K均值聚類，計(jì)算閾值，提取脈沖位置。對(duì)步驟(2)中得到的包絡(luò)幅值按照K均值算法進(jìn)行K均值聚類，得到雷達(dá)包絡(luò)幅值的脈沖信號(hào)部分的聚類中心和噪聲部分的聚類中心這兩個(gè)聚類中心，選取聚類中心的均值作為最佳閾值，根據(jù)閾值將信號(hào)分為脈沖信號(hào)和噪聲部分，得到各個(gè)脈沖的起始位置和結(jié)束位置。
實(shí)際接收到的雷達(dá)信號(hào)，在雷達(dá)脈沖開期間，有雷達(dá)信號(hào)存在；在脈沖關(guān)期間，只有噪聲而沒(méi)有信號(hào)，由于接收到的雷達(dá)信號(hào)的信噪比、占空比都是未知的，因此閾值并不容易確定。
本發(fā)明把閾值的確定問(wèn)題轉(zhuǎn)化為分類問(wèn)題，脈沖信號(hào)和噪聲分開的最佳閾值定為分類的最佳分界點(diǎn)，由于已知輸入信號(hào)和聚類數(shù)目，采用現(xiàn)有經(jīng)典的k均值聚類(參見(jiàn)，模式分類Richard O.Duda，Peter E.Hurt，David G.Stork著；李宏?yáng)|，姚天翔等譯.-北京機(jī)械工業(yè)出版社，2003.9)的方法尋找兩類信號(hào)的最佳分界點(diǎn)； 利用k均值聚類算法的過(guò)程如下 ①為每個(gè)聚類確定一個(gè)初始的聚類中心cj，這樣k個(gè)聚類存在k個(gè)聚類中心； ②將樣本集中的每一個(gè)樣本按照最小距離原則 Dj＝min{‖x-cj‖}，x∈DataSet，j＝1，2，...，k 分配到k個(gè)聚類中的某一個(gè)；其中，x為每一個(gè)樣本點(diǎn)，cj為第j個(gè)聚類中心，Dj為以cj為聚類中心的類； ③使用每個(gè)聚類中所有樣本的均值作為新的聚類中心cj′ ④如果聚類中心有變化則重復(fù)第②、③步直到聚類中心不再變化為止； ⑤最后得到的k個(gè)聚類中心就是聚類的結(jié)果； 由上述K均值聚類方法可以得到雷達(dá)包絡(luò)幅值的兩個(gè)聚類中心，取兩個(gè)聚類中心的均值作為最佳閾值，取得了最佳閾值后，根據(jù)最佳閾值將信號(hào)分為兩部分對(duì)于包絡(luò)幅值大于閾值的部分，是有信號(hào)的部分；包絡(luò)幅值小于閾值的部分，只有噪聲而沒(méi)有信號(hào)，由此得到各個(gè)脈沖的開始位置和結(jié)束位置； (4)提取出脈沖信號(hào)。根據(jù)步驟(3)中得到的各個(gè)脈沖個(gè)起始位置和結(jié)束位置，并結(jié)合具體的應(yīng)用背景，對(duì)脈沖位置進(jìn)行壓縮調(diào)整或擴(kuò)展調(diào)整，調(diào)整的長(zhǎng)度可根據(jù)需要設(shè)定，或采用默認(rèn)值，根據(jù)調(diào)整后的脈沖位置提取出脈沖信號(hào)。
(5)由得到的脈沖起始位置，結(jié)合具體的應(yīng)用背景，對(duì)脈沖位置進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)脈沖提取。
根據(jù)步驟(3)中得到的脈沖起始位置和結(jié)束位置，結(jié)合不同的應(yīng)用背景，提取出需要的雷達(dá)信號(hào)脈沖。例如，當(dāng)進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)識(shí)別時(shí)，脈沖邊界對(duì)識(shí)別結(jié)果影響不大，為了更準(zhǔn)確進(jìn)行識(shí)別，可以將脈沖邊界向脈沖內(nèi)部壓縮；如果進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)分析，需要更多的邊界信息(雷達(dá)的上升沿、下降沿特征等)，可以將已知的脈沖邊界向脈沖外部擴(kuò)展。
假設(shè)提取的第i個(gè)脈沖的邊界分別為thstart(i)(起始邊界)、thend(i)(結(jié)束邊界)，則根據(jù)不同需要確定的最后脈沖位置Pstart(i)(起始位置)、Pend(i)(結(jié)束位置)為 式中，l為壓縮或擴(kuò)展的信號(hào)點(diǎn)數(shù)，當(dāng)進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)識(shí)別時(shí)，l為負(fù)；進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)分析時(shí)，l為正；l的大小可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，默認(rèn)大小為雷達(dá)信號(hào)脈沖寬度的10％。
權(quán)利要求
1.一種基于自適應(yīng)閾值的雷達(dá)脈沖提取方法，其特征是，包括以下步驟
(1)對(duì)雷達(dá)信號(hào)提取包絡(luò)幅值
如果接收機(jī)接收到的信號(hào)是正常的實(shí)采樣信號(hào)，先進(jìn)行希爾伯特變換，再提取包絡(luò)幅值；如果接收機(jī)接收到的信號(hào)是由正交采樣得到的復(fù)信號(hào)，則直接對(duì)信號(hào)提取包絡(luò)幅值；
(2)對(duì)雷達(dá)包絡(luò)幅值進(jìn)行平滑濾波
設(shè)定滑動(dòng)平均濾波器長(zhǎng)度或采用濾波器默認(rèn)長(zhǎng)度，對(duì)步驟(1)中得到的包絡(luò)幅值進(jìn)行平滑濾波；采用滑動(dòng)平均的方法進(jìn)行去噪，設(shè)滑動(dòng)平均濾波器長(zhǎng)度為L(zhǎng)，且L＝2M+1，M為任意正整數(shù)，則窗函數(shù)
利用窗函數(shù)W(n)與雷達(dá)包絡(luò)進(jìn)行卷積，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的平滑濾波；
(3)對(duì)濾波后的雷達(dá)包絡(luò)幅值K均值聚類，計(jì)算閾值，提取脈沖位置
對(duì)步驟(2)中得到的包絡(luò)幅值按照現(xiàn)有K均值算法進(jìn)行K均值聚類，得到雷達(dá)包絡(luò)幅值的脈沖信號(hào)部分的聚類中心和噪聲部分的聚類中心這兩個(gè)聚類中心，取兩個(gè)聚類中心的均值作為最佳閾值，根據(jù)最佳閾值將信號(hào)分為脈沖信號(hào)和噪聲部分，由此得到各個(gè)脈沖的起始位置和結(jié)束位置；
(4)提取出脈沖信號(hào)
根據(jù)步驟(3)中得到的各個(gè)脈沖的起始位置和結(jié)束位置，對(duì)脈沖位置進(jìn)行壓縮或擴(kuò)展的調(diào)整，調(diào)整的長(zhǎng)度根據(jù)需要設(shè)定或采用默認(rèn)值，根據(jù)調(diào)整后的脈沖位置提取出脈沖信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)閾值的雷達(dá)脈沖提取方法，其特征是，所述步驟(2)中濾波器默認(rèn)長(zhǎng)度值為51。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)閾值的雷達(dá)脈沖提取方法，其特征是，所述步驟(4)中調(diào)整的長(zhǎng)度采用默認(rèn)值時(shí)默認(rèn)值為雷達(dá)信號(hào)脈沖寬度的10％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于自適應(yīng)閾值的雷達(dá)脈沖提取方法，包括以下步驟(1)對(duì)雷達(dá)信號(hào)提取包絡(luò)；(2)對(duì)雷達(dá)包絡(luò)進(jìn)行平滑濾波；(3)對(duì)步驟(2)中得到的包絡(luò)幅值按照現(xiàn)有K均值算法進(jìn)行K均值聚類，得到雷達(dá)包絡(luò)幅值的兩個(gè)聚類中心，取兩個(gè)聚類中心的均值作為最佳閾值，根據(jù)最佳閾值將信號(hào)分為脈沖信號(hào)和噪聲部分，由此得到各個(gè)脈沖的起始位置和結(jié)束位置；(4)根據(jù)步驟(3)中得到的各個(gè)脈沖的起始位置和結(jié)束位置，對(duì)脈沖位置進(jìn)行壓縮或擴(kuò)展的調(diào)整，調(diào)整的長(zhǎng)度根據(jù)需要設(shè)定或采用默認(rèn)值，根據(jù)調(diào)整后的脈沖位置提取出脈沖信號(hào)。本發(fā)明在包絡(luò)基礎(chǔ)上設(shè)置閾值，利用閾值提取脈沖，使閾值能夠自動(dòng)選取到最佳，能夠更準(zhǔn)確得到脈沖位置，更準(zhǔn)確地提取脈沖。
文檔編號(hào)G01S7/292GK101762808SQ201010011878
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者韓民, 張順利, 孫業(yè)超, 楊陽(yáng) 申請(qǐng)人:山東大學(xué)