一种基于脉冲重频跟踪的信号分选方法

丁兴军，王星宇

(中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州 225001)



一种基于脉冲重频跟踪的信号分选方法

丁兴军，王星宇

(中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州 225001)

摘要：脉冲重频是雷达信号的重要特征之一，能否充分利用雷达信号的脉冲重频信息，直接影响雷达信号分选质量。采用由CPU给出的分选结果，包括最后一个用于分选的脉冲的到达时间，装订现场可编程门阵列(FPGA)关联比较器，利用雷达信号到达时间的相参性，将前后脉冲的到达时间差取余，根据余数判断两脉冲的相参关系，快速建立跟踪，由硬件实现对关联信号的脉冲重频跟踪，提高了速度，实现了信号跟踪的稳定性。

关键词：重频跟踪；雷达信号分选；相参

0引言

重频是雷达信号的重要特征之一[1]。对雷达信号的重频进行跟踪用处很多，对电子侦察设备而言，它可以通过硬件对信号进行重频跟踪，从而稀释信号，降低信号密度。对电子干扰设备而言，对被干扰的信号进行重频跟踪，可以预测下一个脉冲的到达时刻，产生跟踪波门，减少干扰资源，达到对多批目标同时干扰的目的。

传统的重频跟踪方法[2-3]是将当前脉冲的到达时间减去前一个脉冲的到达时间,判断该差值是否与装订的重频值一致，一旦脉冲丢失多或者同方位有相同的扫描信号存在，那么对下一个脉冲或扫描包络的首脉冲就很难确定，有可能跟踪不上或跟踪到另一部上，造成张冠李戴。传统的重频跟踪方法对简单环境下的重频固定信号跟踪效果尚可，但在复杂密集的电磁环境下，对重频固定信号的跟踪效果就已经不理想了，对重频抖动和重频参差信号的跟踪就无从谈起[4]。

本文采用由CPU分选出信号后，利用分选结果信息(包括最后一个分选脉冲的到达时间)装订现场可编程门阵列(FPGA)关联比较器，利用雷达信号到达时间的相参性，将前后脉冲的到达时间差取余，根据余数判断脉冲的相参关系，由硬件实现对关联信号的重频跟踪，提高了速度，实现了信号跟踪的稳定性。

1原理设计

当接收机有脉冲描述字(PDW)输入时，信号处理的FPGA接收该PDW，并将其存入先进先出(FIFO)进行缓冲，以避免高密度时信号丢失。将FIFO中的PDW逐个取出，首先判断有无装订关联比较器，若没有装订，就将PDW作为自由脉冲送CPU进行信号分选，CPU分选出信号后，装订关联比较器。如果有装订，就与装订的若干路的载频、方位和脉宽同时进行关联，若与某路的值匹配，则进行重频跟踪，若跟踪上，就将该PDW存入相应的关联通道，然后进行下一个脉冲的处理；跟踪不上，则将该PDW作为自由脉冲送CPU进行分选。如此循环，达到重频跟踪的目的。

2实现步骤

具体实现步骤如下：

(1) CPU给FPGA装订关联比较器

装订的参数为：

载频(RF)上限、RF下限

脉宽(PW)上限、PW下限

到达方向(DOA)上限、DOA下限(视情况定是否需要启动该参数)

重频类型(PRITYPE)

PRIn(参差数)

PRI容差

PRI(对固定重频信号为重复周期；对抖动信号为重复周期的中心值；对参差信号为帧周期)

PRI[8]：(相周期，最多考虑8参差的情况)

TOA：(临时通道中用来分选的最后一个脉冲的到达时间)

TOA[8]：由CPU给FPGA装订的8个到达时间的预测波门

SCANtype:扫描类型

SCANtime：扫描周期

(2) 关联比较器的实现

关联比较器的实现如图1所示：它由N路关联比较器组成，当待处理的PDW进入FPGA后，该PDW的载频、方位和脉宽同时和N路关联比较器的对应参数进行比较，符合上就进行重频跟踪，不符合就将该PDW作为自由脉冲送CPU分选。

图1　关联比较器

(3) 关联比较器的参数相关流程

每路关联比较器的参数相关流程如图2所示。

图2　关联比较器的参数相关

首先将进入的PDW0的RF0、DOA0和PW0与装订在该通道内的关联参数相比较，若RF0、DOA0和PW0不在装订的容差范围内，给出不匹配标志；在容差范围内，则进行PRI跟踪。若PRI不在容差范围内，则给出不匹配标志；在容差范围内，就将该脉冲存入该通道内。

(4) 重频跟踪的实现

当CPU给FPGA装订PRI和PRI容差及PRITYPE后，FPGA先判断该信号是重频固定或抖动信号还是重频参差信号，然后按两者不同的流程进行处理。该方法的优点是FPGA对输入的脉冲无论之前丢失多少，都能通过TOA的相参关系自相关上。下文公式中为了表达方便，PRI用I表示，TOA用T表示。

(5) 对重频固定和重频抖动信号的重频跟踪处理

重频固定信号的PRI模型为[5]:

(1)

式中：Ii为一个确定的的非时变常数。

重频抖动信号的PRI模型为[6]：

(2)

式中:I0为雷达序列PRI的中心值;δi为在[-T,T]区间内服从均匀分布的随机变量。

从式(1)和式(2)可以看出所有的Ii都可以落入PRI的固定容差内。所以2种重频类型的重频跟踪模型是一致的。

重频固定和重频抖动信号的脉冲序列如图3所示。

当关联通道刚装订参数时，其通道内是空的(尚未关联上相关脉冲)，由于CPU对临时通道的脉冲进行分选和装订需要时间，而FPGA取出的Ti与装订的T之间有一些脉冲作为自由脉冲送入CPU(对FPGA关联来说，这些脉冲相当于丢失)，如何确定与TOA关联的第1个脉冲就显得尤为重要。这里由FPGA进行自相关，方法如下：

图3　重频固定和重频抖动信号的脉冲序列

ΔT=(Ti-T)MODI

如果ΔT≤I容差或I-ΔT≤I容差，则认为关联上，将这第1个脉冲存入本通道的FIFO中，并保存该Ti。下一个脉冲Ti+1进入比较时，只需计算:ΔT=│(Ti+1-Ti)-I│≤PRI容差 或ΔT=(Ti+1-Ti)MODI。ΔT≤PRI容差或I-ΔT≤PRI容差即可。

这样连续比较3个脉冲以后，就将本通道FIFO中的3个脉冲存入通道内，以后关联上一个就存一个。

(6) 对重频参差信号的重频跟踪处理

重频参差信号的PRI模型[7]为：

Ii=Ii,k=imodn

(3)

式中:n为周期参差数;Ik(1≤k≤n)为n个确定的PRI常数。

帧周期I为所有Ik的和:

(4)

所以若2个脉冲之间T之差小于等于帧周期I，它们之间Ik的组合可能有n2种。

图4　重频参差信号的脉冲序列

重频参差数为4的信号的脉冲序列如图4所示。CPU在临时通道内分选出参差信号后，要将参与分选的最后一个脉冲的TOA装订到关联比较器，同时要将该脉冲以后出现的相周期次序装订到关联比较器，还要装订帧周期I=I1+I2+…+In，参与分选的最后一个脉冲的到达时间为T，FPGA处理到达时间为Ti的脉冲时，首先计算：ΔT=(Ti-T)MODI，然后将余数ΔT同时与各相周期比较，若与其中的一个吻合，则确定了第一个相关上的脉冲；如果不吻合，则将余数ΔT同时与以每个相周期为起点的一级累加和(I1+I2， I2+I3，…，In-1+I1)相比较，不吻合，依次将余数ΔT与2级，…，n-1级累加和比较，只要与其中的一个吻合，则确定了第1个相关上的脉冲。以该脉冲为起点，当下一个脉冲Ti+1输入时，计算ΔT=(Ti+1-Ti)MODI，重复上述过程，将跟踪上的脉冲流分离出来。

以四参差为例：参与分选的最后一个脉冲的到达时间为T，给出的相周期次序就应该是PRI[4]={I3，I4，I1，I2}，当CPU给FPGA装订完PRI(这里的PRI是帧周期)、PRI容差、PRIn、PRI[8]、TOA及PRITYPE后，FPGA处理到达时间为Ti的脉冲时，首先计算：ΔT=(Ti-T)MODI,然后将余数ΔT同时与I1、I2、I3、I4比较，不在容差内，则同时与以每一个相周期为起点的一级累加和I1+I2， I2+I3，I3+I4， I4+I1相比较，与I3+I4相吻合，确定了第1个相关上的脉冲，将该脉冲存入FPGA分配的FIFO中。以该脉冲为起点，当下一个脉冲Ti+1输入时，只要减去前一个脉冲的到达时间Ti即：ΔT=(Ti+1-Ti)MODI，重复上述比较过程，︱ΔT- I1︱

3结束语

本文着重阐述了如何利用重频跟踪对信号进行分流，逐步稀释脉冲流，从而提高分选性能。该方法在实验室环境中得以实现，证实了其有效性。特别在高重频环境下，能够有利于低重频雷达信号的分选。只要选择合适的硬件资源，可以用于实际工程。

参考文献

[1]赵国庆.雷达对抗原理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001.

[2]巫胜洪.密集电磁环境下雷达信号实时跟踪技术的研究[J].舰船电子对抗，2002,25(6):7-10.

[3]才军，高纪明，赵建民.FPGA和CPLD在雷达信号分选预处理器重的应用[J].系统工程与电子技术，2001,23(10):22-24.

[4]胡和生.适应百万脉冲/秒的ESM系统信号处理技术[J].舰船电子对抗，2004,27(3):6-8.

[5]周斌.基于PRI的脉冲序列去交错方法[J].电子对抗, 2002，17(6):24-27.

[6]杨文华，高梅国.基于PRI的雷达脉冲序列分选方法[J].现代雷达，2005,27(3):50-53.

[7]赵长虹，赵国庆，刘东霞.对参差脉冲重复间隔脉冲列的重频分选[J].西安电子科技大学学报(自然科学版)，2003,30(3):381-385.

A Signal Sorting Method Based PRF Tracking

DING Xing-jun，WANG Xing-yu

(The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

Abstract:Pulse repetition frequency (PRF) is one of important features of radar signal,and whether the radar signal PRF information can be used adequately will directly influence the quality of radar signal sorting.This paper uses the sorting results given by CPU,which include the time of arrival (TOA) of the last pulse sorted,to bind the parameters of correlation comparator constructed by field programmable gate array (FPGA),uses the coherent relations of TOA of radar signals to get the remainder to TOA intervals of adjacent pulses,judges the coherent relationship of two pulses according to the remainder,constructs tracking rapidly,performs PRF tracking to correlative signals by hardware,which improves the velocity and realizes the stability of signal tracking.

Key words:pulse repetition frequency tracking;radar signal sorting;coherent

收稿日期:2015-12-05

中图分类号：TN971.1

文献标识码：A

文章编号：CN32-1413(2016)02-0067-04

DOI:10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.02.017