一种基于相位噪声无意调制特征的雷达辐射源识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种雷达辐射源的识别方法。
【背景技术】
[0002] 在早期的辐射源识别中，主要是分析其常规特征参数和辐射源信号的脉内调制特 征，脉内调制特征分析还主要集中在信号脉内的有意调制特征上。后来，人们才意识到基于 脉内有意调制特征提取也不能适应当今愈加复杂的战场环境和配置愈加先进的各类新式 雷达，因为新式雷达大多数具有复杂的多种工作方式和调制方式，其脉内有意调制可以任 意改变，非合作方很难检测到其雷达工作体制。在这种情况下，无意调制特征的研宄渐渐进 入了研宄人员的视线。
[0003] 当发射机激活时，在经过一段时间后，从本机显示发出的信号，这个信号具有独特 的特点，可以用于明确地标识单个发射机，这就是信号的"指纹"，也称为无意调制特征。无 意调制特征包括幅度变化、频率漂移和相位噪声，基于无意调制特征的辐射源识别方法的 研宄较少，相位噪声对信号的影响较大且特征较稳定，但目前的研宄中，基于相位噪声的辐 射源识别方法的识别率不高。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决现有的基于相位噪声的辐射源识别方法的识别率不高的问题。
[0005] -种基于相位噪声无意调制特征的雷达辐射源识别方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1 :根据雷达发射机系统中锁相式频率合成器的结构，建立锁相式频率合成 器产生的相位噪声模型如下：
【主权项】
1. 一种基于相位噪声无意调制特征的雷达辐射源识别方法，其特征在于：包括以下步 骤： 步骤1:根据雷达发射机系统中锁相式频率合成器的结构，建立锁相式频率合成器产 生的相位噪声模型如下：
其中，S(t)表示加入相位噪声的信号，f。表示原始信号的频率，m'表示调制信号的序 号，Aciv示第m'个调制信号的调相系数，L表示第m'个调制信号频率，t表示脉冲宽 度； 步骤2 :多次计算双谱对角切片特征，得到双谱对角切片样本组成矩阵A1;多次计算双 谱反对角切片特征，得到双谱反对角切片样本组成矩阵&;将双谱对角切片特征矩阵A:和 双谱反对角切片特征矩阵&组成特征矩阵
步骤3、用PCA方法对特征矩阵Y进行降维，得到降低维数后的矩阵Z; 步骤4、选择矩阵Z的前50%列的样本作为训练样本，用支持向量机方法建立已知发射 机类型的向量机模型，后50%列的样本作为测试样本，根据向量机模型得到能将其正确分 类的概率，从而验证建立的向量机模型的分类识别性能； 计算得到某一未知类型发射机的发射信号的矩阵Z，并将其输入已知发射机类型的向 量机模型；计算该未知类型发射信号与向量机模型对应的已知发射机类型的相似概率，并 根据相似概率判断该发射信号对应的发射机类型。
2. 根据权利要求1所述的一种基于相位噪声无意调制特征的雷达辐射源识别方法，其 特征在于： 步骤1所述的建立锁相式频率合成器产生的相位噪声模型公式（7)具体步骤如下： 设原始信号的频率为f。，加入单个相位噪声后信号表示为 s(t) =sin(2Jrfct+A<J) (t)) =sin(2 3ifct+A<i>msin(2jtfmt)) (1) 其中，A巾（t)表示调制信号，A为调相系数，t为脉冲宽度，fm为调制信号频率； 将上式展开为 s (t) = sin (2 nfct) cos (A <i>msin (2nfmt)) +cos (2nfct) sin (A <i>msin (2nfmt)) (2) 贝塞尔函数中（3)和（4)的表达式如下： cos ( A <i) msin (2 31 fmt) ) = J〇( A <i> m)+2 [ J2 ( A <i> m) cos (2 n fmt)+J4 ( A <i> m) cos (8nfmt)+---] (3) sin (A<})msin(2jtfmt)) = 2[Jj(A<})m)sin(2jtfmt)+J3(A<})m)sin(6jtfmt)+---] (4) 其中，上式中的JQ (A(}>J1 (A(}>J、J2 (A(}>J、…、Jn(A(}>J分别表示调相系数为 …、n阶贝塞尔函数； 贝塞尔函数的近似值为 将（3) _(5)带入（2)，得到 (5) (JN104809358A '丨入T'J文 T 2/4 贝
加入多个相位噪声的信号可表不为
其中，S(t)表示加入相位噪声的信号，f。表示原始信号的频率，m'表示调制信号的序 号，Aciv示第m'个调制信号的调相系数，f/表示第m'个调制信号频率，t表示脉冲宽 度。
3. 根据权利要求1或2所述的一种基于相位噪声无意调制特征的雷达辐射源识别方 法，其特征在于： 步骤2所述的多次计算双谱对角切片特征得到双谱对角切片样本组成矩阵&的具体 步骤如下： 步骤2. 1. 1:将接收到的信号s(t)简记为s，对其进行分段处理，每段取M个数据，共分 为P段，对每一段中的数据进行去均值处理： ---
? =i 其中，信号s分段后第i段中的数据表示为sYn)，！!' =1，2,…M，i=l，2，一P;xW)是第i段去均值后的数据； 步骤2.1.2:计算P段中各段中的三阶累积量函数c^hr:)，t1;t2为函数的变量： 令Ti=T 2=T时，三阶累积量为
其中，？1=11^(1，1-1：)，卩2=111；[11(1，]/[-1：)，<^(以)表示1：1=1：2=1：时各段的三阶累积量； 步骤2. 1. 3 对各段的三阶累积量取均值，
Cx(T，T)表示TT2=T时各段的三阶累积量的均值； 步骤2. 1. 4 :对Cx(T，T)进行傅里叶变换，得到双谱对角切片； 步骤2. 1. 5 :有噪声时，仿真一次得到一个双谱对角切片样本\_，仿真N次得到N个双 谱对角切片，将N个双谱对角切片样本组成矩阵4= [a/a/……aNT]，将4记为双谱对角切 片特征矩阵。
4. 根据权利要求3所述的一种基于相位噪声无意调制特征的雷达辐射源识别方法，其 特征在于： 步骤2所述的多次计算双谱反对角切片特征得到双谱反对角切片样本组成矩阵&的 具体步骤如下： 步骤2. 2. 1 :对s进行分段处理，每段取M个数据，共分为P段，对每一段中的数据进行 去均值处理如下；
步骤2. 2. 2 :计算二阶累积量q )，令t - t 2= t，二阶累积量为 ..广j
其中，P3=max(l，1_T，1+T)，P4=min(M，M-t，M+t)，c;(r，-T)表示ti= -t2 = T时各段的三阶累积量； 步骤2. 2. 3 :各段的三阶累积量取均值
Cx( T，- T)表示T - T2= T时各段的三阶累积量的均值； 步骤2. 2. 4 :对Cx(T，_ T)进行傅里叶变换，得到双谱反对角切片； 步骤2. 2. 5 :有噪声时，仿真一次得到一个双谱反对角切片样本仿真N次得到N个 双谱反对角切片样本，将N个双谱反对角切片样本组成矩阵Bi=[b/b/......bNT]，将&记为 双谱反对角切片特征矩阵。
5.根据权利要求4所述的一种基于相位噪声无意调制特征的雷达辐射源识别方法，其 特征在于： 步骤3的具体步骤如下：
Y的每一列为一个观察样本y= (ylk,y2k，…，yA)T为r维随机矢量，kG[1，N]，每一行 代表一维数据； 步骤3. 1 :计算样本矩阵Y每一行的均值，分别记为E[yJ、…、E[yJ，并对矩阵中每个 观察样本y做如下处理： y=y-E[y] = (ylk-E[yJ, ???,yrk-E[yr])T (14) 去均值后的样本矩阵记为Y'; 步骤3. 2:计算去均值后的样本矩阵Y'的协方差矩阵：
其中，cov( ?)表示求协方差； 步骤3. 3:计算协方差矩阵Cy的特征值Au及相应特征向量qu，其中u= 1，2,…，r; 步骤3. 4 :将特征值Xu按降序排列，计算前g个较大特征值对整体信息保存的完整程 度，即累积贡献率n(g);当累积贡献率n(g)大于预设率值时，选择此时对应的g，执行步 骤 3. 5 ;
步骤3. 5 :利用取得的前g个较大特征值所对应的特征向量构成变换矩阵Q': Q' = [q"q2,…，qg]，g〈r(17) 步骤3. 6:通过（18)计算前g个主成分，得到降低维数的矩阵Z; Z= (Qr)tY(18)〇
6.根据权利要求5所述的一种基于相位噪声无意调制特征的雷达辐射源识别方法，其 特征在于： 步骤3. 4所述的预设率值为85 %，即累积贡献率n大于85 %。
【专利摘要】一种基于相位噪声无意调制特征的雷达辐射源识别方法，涉及一种雷达辐射源的识别方法。本发明为了解决现有的基于相位噪声的辐射源识别方法的识别率不高的问题。本发明分析雷达发射机系统中锁相式频率合成器的结构，建立锁相式频率合成器产生的相位噪声模型，计算双谱对角切片特征和双谱反对角切片特征，然后将双谱对角切片特征矩阵A1和双谱反对角切片特征矩阵B1组成特征矩阵Y，通过PCA降维后，建立已知类型发射机向量机模型，然后利用已经建立的向量机模型完成对未知类型发射机的发射信号的识别；从而实现雷达辐射源的识别。本发明适用于雷达辐射源的识别。
【IPC分类】G06F19-00, G01S7-40
【公开号】CN104809358
【申请号】CN201510263140
【发明人】赵雅琴, 张姣, 吴龙文, 任光辉
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月21日