一种基于方位角时空结构自适应的雷达脉冲分选方法与流程

本发明涉及雷达信号处理与电子侦察信号分选，具体涉及一种基于方位角时空结构自适应的雷达脉冲分选方法。

背景技术：

1、雷达侦察接收系统通常将接收到的雷达脉冲转换为脉冲描述字（pulsedescription word，pdw），每个脉冲通常包含到达时间toa、方位角aoa、载频freq、脉宽pw、功率等参数，并可以根据相邻脉冲到达时间进一步获得脉冲重复间隔pri等时序信息。雷达脉冲分选的主要任务，是利用上述脉冲参数之间的关联特征，将复杂电磁环境下混合到达的脉冲划分为属于不同雷达辐射源的脉冲集合。

2、现有雷达脉冲分选技术主要存在以下不足：

3、一是采用统一的aoa聚类机制难以同时适应大角度动态aoa信号和小角度相对静态aoa信号；

4、二是固定采用freq、pw和pri等多参数作为统一匹配条件，难以适应不同雷达信号的参数稳定特征以及不同程度的脉冲丢失情况；

5、三是在动态信号与其他信号发生交叠的情况下，初始轨迹容易出现前后边界漏点以及内部断裂，现有单纯边界扩展方式难以同时完成完整轨迹恢复。

6、因此，需要一种能够根据脉冲集合自身的aoa时空结构选择相应处理方式，并根据轨迹自身参数可靠性自适应确定辅助匹配条件的雷达脉冲分选方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于根据雷达脉冲自身的aoa时空结构和各参数可靠程度，自适应确定脉冲分类与轨迹恢复方式，提高在大角度动态aoa、多信号交叠、参数变化以及脉冲丢失等情况下雷达脉冲分选的完整性和可靠性。

2、本发明的核心逻辑为，依据aoa时空结构决定采用动态轨迹处理还是aoa空间gap分类，对于动态轨迹，再依据seed自身参数质量决定freq、pw及pri如何参与轨迹恢复。

3、本发明首先根据脉冲方位角aoa随到达时间toa的变化关系，对待分选脉冲中的aoa时空结构进行识别，使具有明显连续动态变化特征的脉冲优先采用动态轨迹方式进行提取，而对于动态轨迹剥离后的非动态或小角度脉冲，则采用基于aoa空间间隙的分类方式进行处理，从而使不同aoa结构类型的脉冲采用与其数据特征相适应的分选机制，减少大角度动态信号被静态aoa聚类切碎以及动态信号对剩余小角度信号分类造成干扰的问题。

4、对于初始提取得到的动态轨迹，本发明利用其中较高置信度的轨迹脉冲作为轨迹种子，根据轨迹种子自身的freq和pw参数分布评价各身份参数的稳定性，并根据评价结果自适应确定用于后续轨迹恢复的匹配参数；同时，根据轨迹种子的toa序列检测pri结构并评价其可靠性，当pri结构可靠时将其作为附加时序约束参与轨迹追溯，当pri结构可靠性不足时则不将其作为必要匹配条件，从而提高不同参数变化模式以及不同脉冲丢失程度条件下的适应能力。

5、本发明不仅针对动态轨迹的时间前端和后端进行双向追溯，还进一步检测轨迹内部的时间断裂，并结合断裂区域两侧的局部aoa连续关系、可靠身份参数以及可靠时可用的pri时序结构，对内部遗漏脉冲进行补充恢复，从而提高动态雷达脉冲轨迹的完整性。

6、本发明通过下述技术方案实现：

7、一种基于方位角时空结构自适应的雷达脉冲分选方法，包括以下步骤：

8、s1：获取雷达待分选脉冲集合，每个脉冲的维度特征包括到达时间toa、方位角aoa、载频freq和脉宽pw，将每个脉冲按toa进行升序排列；

9、s2：沿脉冲时间序列建立多个局部时间窗口，获取该时间窗口aoa的局部统计中心，按时间顺序排列aoa局部统计中心，形成局部aoa中心时间序列，根据局部aoa中心时间序列判断所述待分选脉冲集合是否存在连续动态变化结构；

10、s3：当存在连续动态变化结构时，按照toa依次处理候选脉冲，将满足预设aoa连续关系的候选脉冲加入相应的动态轨迹，对动态轨迹进行可信度筛选，将满足预设条件的动态轨迹确定为高置信轨迹的种子seed；

11、s4：基于所述高置信轨迹的种子seed，对seed中至少一个参数维度进行稳定性或可靠性评价，根据评价结果与当前轨迹自身数据特征相适应的轨迹匹配规则，并利用所述轨迹匹配规则对所述动态轨迹进行恢复，获取恢复后的动态轨迹，将所述恢复后的动态轨迹从所述待分选脉冲集合中剥离；

12、s5：对剥离后的剩余脉冲，根据aoa圆周分布确定展开切口，将圆周aoa空间转换为连续线性aoa空间，按照展开后的aoa值对剩余脉冲排序，计算相邻脉冲aoa之间的间隔gap，将达到预设显著gap位置作为候选分裂位置，对候选分裂位置递归执行分裂，得到aoa候选子簇；

13、s6：对相邻的aoa候选子簇分别计算其稳健主体区间，根据稳健主体区间之间的边界间隔以及所述候选子簇的稳健主体宽度计算相对分离度，判断相邻aoa候选子簇是否合并；

14、s7：输出包括恢复后的动态轨迹脉冲集合、剩余脉冲经aoa分类得到的脉冲集合的雷达脉冲分选结果。

15、在本发明技术方案中，采用以下至少一种判断依据，判断所述待分选脉冲集合是否存在连续动态变化结构：

16、相邻aoa局部统计中心之间的变化是否具有连续性；

17、连续变化过程中达到有效变化量的移动次数；

18、连续变化段包含的有效脉冲数量；

19、连续变化段的累计aoa变化范围。

20、在本发明技术方案中，所述判断依据不单一采用整个脉冲集合的aoa最大值与最小值之差，而采用相邻aoa局部统计中心之间的变化连续性及其形成的连续变化关系。

21、在本发明技术方案中，处理所述候选脉冲时，依次计算候选脉冲aoa与已有动态轨迹局部aoa中心之间的圆周距离，当候选脉冲与任一轨迹满足预设aoa连续关系时，将该候选脉冲加入相应动态轨迹，

22、所述已有动态轨迹局部aoa中心采用当前轨迹最近若干脉冲的aoa圆周稳健统计量，并随新脉冲加入动态更新。

23、在本发明技术方案中，基于所述seed，从中提取freq和pw参数，对参数分别进行主体结构分析，分别评价freq和pw的稳定性；

24、从freq、pw以及freq与pw的组合中选择至少一种作为所述轨迹匹配规则中的身份匹配参数；

25、当某一参数维度不具有可靠主体结构时，不将该参数维度作为当前轨迹恢复的必要匹配条件。

26、在本发明技术方案中，所述稳定性评价所依据的统计特征包括以下至少一种：

27、主体参数区域所包含脉冲占当前seed有效脉冲的比例；

28、最大主体参数区域相对于第二主体参数区域的样本数量优势；

29、主体参数区域的稳健分布宽度；

30、主体稳健宽度相对于该参数总体稳健变化范围的比例；

31、其中，所述主体参数区域通过分位数或剔除边缘异常样本后的稳健区间描述。

32、在本发明技术方案中，所述轨迹匹配规则还包括从seed中的toa序列检测到的不同脉冲重复间隔pri结构，对所述pri结构进行可靠性评价，

33、当pri结构可靠性满足预定条件时，将所述pri结构作为当前轨迹恢复的附加时序约束；

34、当pri结构可靠性不足时，不将pri作为候选脉冲归属的必要匹配条件；

35、由当前seed自身的数据质量决定所述pri结构是否参与轨迹恢复。

36、在本发明技术方案中，所述动态轨迹进行恢复，包括前向追溯和后向追溯：

37、前向追溯时，从当前轨迹时间前端附近选取若干脉冲，计算前边界局部aoa稳健统计中心，并从更早时间区域搜索候选脉冲；

38、后向追溯时，从当前轨迹时间后端附近选取若干脉冲，计算后边界局部aoa稳健统计中心，并从更晚时间区域搜索候选脉冲；

39、根据候选脉冲aoa与当前轨迹边界局部aoa中心是否满足连续关系、候选脉冲是否满足轨迹匹配规则中的身份匹配参数，以及当pri结构可靠时候选脉冲与当前轨迹之间的toa关系是否能够由pri结构解释，判断候选脉冲是否归属当前轨迹；

40、将满足条件的候选脉冲加入当前轨迹后，重新计算边界附近的aoa局部统计中心并继续向外搜索；

41、当连续不满足条件的候选脉冲数量达到预定条件时，终止当前方向的追溯。

42、在本发明技术方案中，所述动态轨迹进行恢复还包括内部断裂补全，具体为：

43、按照toa对当前轨迹脉冲重新排序，计算相邻轨迹脉冲之间的时间间隔；

44、以当前轨迹自身的正常toa间隔统计特征建立参考尺度，对相邻时间间隔大于所述参考尺度的区域，认定为内部断裂候选区域；

45、对每个内部断裂候选区域：计算断裂左侧和断裂右侧若干轨迹脉冲形成的局部aoa统计中心，在左右时间边界之间搜索当前轨迹的候选脉冲，

46、根据候选脉冲aoa与左侧或右侧局部aoa统计中心是否满足连续关系、候选脉冲是否满足当前轨迹匹配规则中的身份匹配参数，以及当pri结构可靠时候选脉冲是否处于根据pri结构预测的理论脉冲时刻附近，判断候选脉冲是否归属当前轨迹；

47、将满足条件的候选脉冲加入当前轨迹后，重新判断轨迹内部是否仍存在可恢复的内部断裂，直至不存在新的满足条件的候选脉冲或达到预设停止条件。

48、在本发明技术方案中，在aoa空间分类中，根据当前待处理aoa集合自身的gap统计特征建立典型间隔尺度，不采用固定角度差作为所有数据集合统一的gap分裂阈值。

49、本发明与现有采用统一aoa聚类规则或固定多参数匹配条件的雷达脉冲分选方法相比，本发明通过对方位角时空结构、轨迹参数稳定性以及pri时序结构可靠性进行自适应分析，使不同结构类型和不同数据质量条件下的雷达脉冲采用相应的处理方式，主要具有以下有益效果：

50、本发明首先根据aoa局部统计中心随toa的连续变化关系检测动态aoa结构，而不是仅根据aoa绝对距离或固定角度范围进行分类。当检测到明显的连续动态变化结构时，优先采用轨迹跟踪方式提取该类脉冲，因此能够保留同一辐射源在较大aoa变化范围内的时间连续关系，降低同一动态雷达信号因aoa跨度较大而被划分为多个独立集合的概率。

51、本发明对于已经检测到的动态aoa信号，先完成轨迹提取和恢复，并将对应脉冲从待处理集合中剥离，再对剩余脉冲执行aoa gap分类。由于跨越较大角度范围的动态轨迹被优先移除，可以避免该类信号在aoa空间中连接原本相互分离的多个小角度信号区域，使剩余脉冲的aoa空间间隙更加清晰，从而有利于后续信号集合的正确划分。

52、本发明不是固定要求freq和pw同时满足匹配条件，而是根据高置信轨迹seed中freq和pw各自的主体覆盖程度、主体优势以及稳健分布宽度等特征评价参数稳定性，并据此自适应选择freq、pw或者freq与pw共同作为身份匹配参数。因此，对于频率稳定但脉宽变化明显、脉宽稳定但频率捷变以及freq和pw均较稳定等不同信号形式，可以分别建立与当前轨迹特征相适应的匹配规则，降低因某一正常变化参数不满足固定门限而导致真实轨迹脉冲被错误排除的问题。

53、本发明在使用pri之前首先对轨迹seed中的pri结构进行可靠性评价，并结合基础pri及其整数倍关系评价toa间隔的可解释程度。当pri结构具有较高可靠性时，将pri作为附加时序约束参与候选脉冲追溯和缺失脉冲位置判断，可以利用雷达脉冲发射时序进一步排除aoa、freq或pw相近的其他信号脉冲。当数据存在严重丢脉冲、pri结构无法可靠估计时，则不将pri作为必要匹配条件，从而避免由于pri质量较差导致真实轨迹脉冲被大量漏选。因此，本发明能够根据实际数据质量自适应发挥pri的辅助作用，而不是固定使用或固定舍弃pri信息。

54、本发明在初始动态轨迹seed基础上分别向时间前方和后方进行追溯，并采用轨迹边界附近若干脉冲形成的局部aoa稳健统计中心作为追溯参考，而不是仅使用轨迹的单个首脉冲或末脉冲。随着新的候选脉冲被加入轨迹，边界aoa参考中心随之更新，因此能够降低单个边界异常点或测量误差对追溯方向的影响，提高动态轨迹起始和结束区域遗漏脉冲的恢复能力。

55、本发明在完成前向和后向追溯后，进一步根据当前轨迹自身的toa间隔统计特征检测内部显著时间断裂，并分别利用断裂区域左、右两侧的局部aoa轨迹关系对内部候选脉冲进行判断。候选脉冲还需要满足当前轨迹自适应确定的freq和/或pw身份参数；当pri结构可靠时，还可以根据pri时序结构预测断裂区域内可能存在的理论脉冲位置。因此，本发明不仅能够补充轨迹外侧遗漏脉冲，还能够恢复由于aoa交叠、跟踪门限、噪声或者测量误差造成的轨迹内部断裂，提高动态轨迹脉冲集合的完整性。

56、本发明对于动态轨迹剥离后的剩余脉冲，本发明根据当前aoa集合自身的相邻gap统计尺度检测显著gap，而不是采用固定角度差作为所有数据的统一分裂门限，因此能够适应不同aoa离散程度的数据集合。

57、同时，显著gap仅用于产生候选分裂，候选分裂后进一步采用分位数构造的稳健aoa主体区间计算相邻集合的相对分离程度。对于实际分离程度不足的候选集合重新进行合并，可以降低少量异常点或偶然较大aoa间隔造成的错误分裂。