雷达信号分选方法研究（毕业论文54页、21907字+源代码）
摘要：当今世界，雷达技术发展迅速，各种雷达层出不穷，雷达工业体制朝着多样化、复杂化发展，并且由于各种体制的综合利用，如何在当今越来越复杂的电磁信号环境中进行雷达信号的正确识别和分选是雷达侦察机的一个重要任务。本文首先对电子对抗环境进行了介绍，并对雷达侦察机的信号环境的时域特征、频域特征、空域特征、功率密度（能量）特征以及极化特征进行了详细的分析，研究了在复杂电磁环境中进行雷达信号分选和电子对抗的常用分选办法并对雷达侦察接收信号分选系统设计的主要依据进行了研究。针对传统雷达信号分选方法存在的一些问题，采用了一种新的数字信号处理技术-独立分量分析（ICA）的方法进行雷达信号分选，仿真结果表明，基于独立分量分析的分选方法能较好的完成复杂的雷达信号分选，而且方法简单，自适应强，是一种较好的雷达信号分选方法。

关键词：雷达信号分选；独立分量分析；电子对抗

Research on the Sorting Method of Radar Signal

Abstract：Nowadays, there are different radars with the development of radar technology. It is an important task of radar scout to identify and sort radar signals correctly in more and more complicated electromagnetic environment. The dissertation introduces the electronic counter environment, then analysis the signal environment of radar scout in detail, including time domain characteristic, frequency domain characteristic, airspace characteristic, power density (energy) and polarization characteristic. The common methods used to sorting radar signals in complex electromagnetic environment are also introduced. Then the new method of radar sorting based on Independent Component Analysis is proposed for the shortcomings of traditional sorting methods. The experimental results show that the proposed method can separate different radar signals from each other perfectly. Theory analysis and simulation results indicate that the method based on ICA is an effective sorting method of radar signals, which has the advantages of simplicity and self-adaptation.

Keywords: Radar signal sorting, Independent component analysis, Electronic countermeasure
                                         

目    录

第1章 绪  论 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 电子对抗的发展 1
1.1.2 雷达信号分选的重要性 2
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本文主要研究内容 4
第2章 常规雷达信号分选方法 5
2.1 雷达信号分选的系统组成 5
2.2 雷达分选信号源的产生 5
2.3 雷达信号预处理 6
2.4 常规雷达信号分选方法 7
第3章 独立分量分析理论 10
3.1 概述 10
3.2 独立分量分析的基础 10
3.2.1 相关理论基础 10
3.2.2 主分量分析（PCA） 12
3.2.3 独立分量分析（ICA） 13
3.3 独立分量分析算法研究 16
3.3.1 独立分量分析目标函数 17
3.3.2 独立分量分析优化算法 19
3.4 独立分量分析的典型应用 21
3.4.1 独立分量分析在语音信号处理中的应用 21
3.4.2 独立分量分析在图像处理中的应用 22
第4章 基于ICA的雷达信号分选技术 24
4.1 ICA原理的引入 24
4.2 基于FastICA算法的雷达信号分选 24
4.2.1 信号源模拟 24
4.2.2 利用FastICA算法分选雷达信号并仿真 26
4.3 FastICA算法与传统算法的比较 30
结  论 32
致  谢 33
参考文献 34
附录1 预处理函数 35
附录2  FastICA算法 36
附录3基于ICA的雷达信号分选函数 43

 
第1章 绪  论
1.1  研究背景
1897 年，Marconi 第一次在英吉利海峡进行的无线电信号收发实验获得成功，揭开了现代通信革命的序幕。每一次科学技术的进步导致战争的发展，人类开始在军事上应用电磁波进行各种斗争与反斗争，从而出现了电子战。电子战是敌对双方利用无线电电子设备所进行的电磁信息斗争，是运用电磁能量来探测、确定或阻碍、破坏敌方的电磁频谱，并保障己方安全、正常使用电磁频谱的军事行动。电子战包括相互斗争的两个方面：电子对抗（ECM，包括电子侦察、电子干扰、电子隐身和电子摧毁）和电子反对抗（ECCM，包括电子反侦察、电子反干扰、电子反隐身和电子反摧毁）。在战乱时期，电子战可用于阻挠敌方利用各种电磁手段进行破坏；在和平时期，可最大限度地获取周围电磁信号以得到及时准确的情报[1]。
1.1.1. 电子对抗的发展
近几年的局部战争，使电子战得到迅速发展和完善，不断添加新内容、拓展新领域。电子战已从战争的辅助保障手段发展成战争中不可缺少的重要武器，是现代战争的序幕和先导，并贯穿于战争的全过程。电子战能使军力倍增，是继陆、海、空之后的第四维战场。因此，对于现代战争来说，没有电子战优势和制电磁权，就没有控制战争的主动权，这在科索沃战争和伊拉克战争中已经得到了充分的验证。未来战争中，获胜者必将是善于运用电子战的一方，电子战将作为一种特殊手段将更深入地影响战争的进程和结局。
电子对抗是一种综合性的电磁抗争，它包括通信对抗、雷达对抗、导航对抗、制导对抗、红外对抗、激光对抗以及声纳对抗等技术领域。它的战场是电磁波和声波涉及的整个空间。电子对抗利用各种电子侦察系统，截获、分析、识别、定位和记录敌方电子设备的辐射信号，从中获取战略和战术情报，为高层次决策、电子战战术、技术对策研究和电子战装备的发展提供全面的情报依据，为平时、战时电子战和其它作战行动的实施提供实时或接近实时的战术情报资源；利用各种软杀伤和硬摧毁电子战系统，对敌方的 C4I（指挥、控制、通信、计算机、情报）系统、精确制导武器以及隐身目标的薄弱环节实施集中的高强度的电子攻击，造成敌方雷达迷盲、通信中断、武器失控、指挥失灵，从而从整体上瓦解其战斗力，保障已方顺利完成各种作战任务；利用各种电磁防护和作战平台自卫等电子战系统，与其他防空兵器配合，对敌方多方位、多层次、高密度的空袭兵器实施综合电子防空反击，以瘫痪其空中作战指挥，瓦解其空中进攻态势，保证已方作战意图的顺利实现。
放眼回眸，电子战从 20 世纪初一诞生便倍受世界各国的青睐，成为战争的宠儿。几乎每次战争中，我们都能找到电子战的痕迹，电子战面世出现于“日俄战争”，经历两次世界大战初试锋芒，再到大规模运用电子战的诺曼底登陆，经过越南战争、中东战争和英阿马岛战争的，直至电子战大显神威的海湾战争和科索沃战争，电子战以其魔法般的神奇效应，让世界各国军事家们倾心。如今，电子战历经无数大大小小的战争，风风雨雨的走过一个世纪。很显然，未来战争是一种打破时空，打破疆域，以信息战为核心的高技术战争，而电子战和网络战则是信息战的两种主要形式[2][3]。
1.1.2. 雷达信号分选的重要性
 雷达信号分选是雷达对抗中一个重要的组成部分，它处理的信号是雷达接收机送来密集交迭的视频脉冲流，信号分选指的是从这种随机交迭的脉冲流中分离出各个雷达脉冲列，并选出有用信号的过程。雷达信号分选在雷达信号处理中占有很重要的作用，通过雷达分选，能够准确的识别出空间中各种不同的雷达以及它们的参数，并将其放入雷达库中以便做进一步的处理，比如定位，跟踪，分析。 雷达信号分选的方法很多，最先发展起来的是单参数分选技术，然后才有多参数分选技术。而目前国际上很热的是将盲信能搞好分离技术应用于雷达信号分选，这又为雷达信号分选开辟了一条新的道路[4][5]。
1.2  国内外研究现状
雷达信号分选,包括基于脉冲到达方向DOA、脉冲宽度PW、脉冲载频RF等做参数相关的预分选和基于脉冲重复周期PRI去交错的主分选。从早期的雷达对抗到现在, 雷达侦察系统的雷达信号主分选主要是基于软件程序实现，这必然涉及软件实现的计算负担问题。因此,在雷达辐射源大量增加，雷达信号形式越来越复杂的现代战场环境下，基于纯软件方式的雷达信号分选的计算负担将急剧增加，以致无法进行雷达信号实时分选，采用软硬件结合，甚至采取专用雷达信号分选器件进行信号实时分选，已是现代雷达对抗技术的必然趋势。
从20世纪六七十年代到现代复杂电磁环境下的信号分选，雷达信号分选作为雷达侦察干扰机的关键组成单元，主要经历了纯软件处理、软件与专用器件相结合、到由自适应PDW滤波器组、聚类与直方图分析专用器件、常规频率去交错器和捷变频去交错器等全ASIC器件构成的高度并行处理结构这几个过程。雷达信号分选算法则基本上是基于对脉冲到达方向DOA、脉冲宽度PW、脉冲载频RF等做相关处理进行雷达信号预分选，对密集脉冲流做稀释处理，然后是基于脉冲重复周期PRI去交错处理进行雷达信号主分选，其中对脉冲序列去交错技术一直是雷达信号分选的研究热点和难点。
至于雷达信号分选的硬件实现技术方面，20世纪80年代初,Kohonen和Hanna等人首先提出了内容寻址存储器(CAM)和关联比较器(AC)的思想,其设计原理就是同时将输入与所有存储单元的内容进行比较,输出匹配存储空间的地址。20世纪80年代中后期,IBM公司和Coherent公司分别成功研制出用于雷达信号实时分选的关联比较器和内容寻址存储器,极大地提高了雷达信号分选处理算法的并行性,使雷达侦察干扰系统对复杂电磁环境下的高密度信号分选处理能力有了显著提高。
在基于脉内特征参数的雷达信号分选方面，利用脉冲特征参数DOA、RF、PW、PA及TOA等进行雷达信号分选是现代雷达对抗中常采用的经典方法。目前,新一代的雷达电子对抗系统,在继续利用5个经典参数来分选雷达信号的同时,都具备了一定的雷达信号脉内特征分析能力。
同样的在雷达信号分选技术得到长足发展的同时，国内外都遇到了几个亟待解决的关键性技术问题：
1、高精度参数测量技术
高精度参数测量技术是保证密集雷达信号分选的高可靠性、高精确性和过程运行实时性的基本前提条件。
2、复杂信号分选的并行实现算法与硬件实现技术
信号分选的并行处理在软件程序实现上比较困难,但在硬件实现上是可行的，因此开发具有并行信号分选算法的硬件电路具有广泛的应用性。信号分选专用器件的硬件实现技术不但将使复杂信号分选过程具有实时性，而且可使开发出的复杂信号分选算法具有通用性和可移植性。
3、高密集雷达脉冲流中的捷变频雷达信号分选与干扰技术。
现代战场上的新体制雷达为了反干扰,较多地采用了同组合形式的捷变频雷达侦察信号，现行的雷达信号分选技术对于分选一部捷变频雷达信号已经很困难,到目前为止还未研究出一种有效的多部捷变频雷达信号分选方法，而且，捷变频雷达的主要干扰方式是瞄准式噪声干扰，没有可靠的信号分选就没有有效的干扰,因此提出一种有效的捷变频雷达信号分选算法和硬件实现技术显得非常迫切。
在现代战争环境下，雷达探测与雷达对抗技术是不断发展、不断完善、相互推动的过程。随着新体制雷达技术的出现，雷达对抗中的信号分选技术将会遇到越来越多的困难，特别是在雷达辐射源急剧增加，信号形式越来越复杂多样的复杂电磁环境下，雷达信号分选的实时性和信号分选、识别的正确性是雷达信号分选遇到的最大挑战。在现有信号分选技术的基础上，深入研究高精度测频、测向技术，新体制雷达的信号分选技术，信号分选的并行算法与硬件实现技术，雷达信号分选系统的模块化、小型化、低功耗技术，这是未来雷达电子对抗中雷达信号分选领域的前沿研究方向[6]。
1.3  本文主要研究内容
本文主要研究了传统雷达信号分选方法与基于ICA算法的雷达信号分选方法，论文主要包括了常用算法的研究和基于ICA算法的雷达信号分选的效果仿真，各章安排如下：
第1章介绍了课题背景，电子对抗的发展和现今国内外对雷达信号分选的研究现状。
第2章介绍了传统雷达信号分选方法，研究了多参数联合分选方法。
第3章介绍了独立分量分析的理论并且对独立分量分析算法进行了研究。
第4章介绍了如何利用ICA算法进行信号分选检测，并且以仿真证明算法的正确性。
 结论部分介绍了雷达信号分选的发展前景，展望了将ICA算法与硬件结合进行信号分选，以及我自己的体会和收获。