基于自相关检测的参数测量

夏开华 何彩霞 王巍 窦文新

摘要：本文设计了一种基于信号自相关的雷达参数测量。首先对影响信号检测灵敏度的因素进行了分析，在外面因素不变的条件下，对各种检测方法进行了比较；然后对相关检测的原理進行了详细阐述；最后对自相关检测与常规检测进行了仿真比对，仿真结果表明：自相关检测可以提高检测的灵敏度，能够提高接收机的抗干扰能力；采用相关定理进行相关峰检测，可以节约FPGA资源；基于相关峰检测的模式识别，有利于提高模式识别的准确性。

关键词：自相关；灵敏度；相关定理；模式识别

中图分类号：TN914.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）05-0092-03

1 引言

在雷达侦察领域，我们所接收到的信号往往功率比较小，一个电子战接收机能够正常检测到小信号的能力，就是该接收机的灵敏度。往往接收机的灵敏度与以下因素有关：

对雷达信号进行检测也有多种方法，比如时域检测、FFT滑窗检测、信道化检测单比特检测，这些检测体制都有一个共同特点，那就是检测灵敏度较低或者信号完全淹没在噪声中时，便不能正确对其进行检测，本文就要介绍一种新的检测方法，即通过对雷达信号自相关以提高检测灵敏度。

2 相关峰检测设计

2.1 频率相关检测

通过观察雷达信号的波形我们发现，虽然实际信号很小，但是其前后存在一定的关联性，如实际信号为signal =0.3sin（2*pi*（1：1024）*FC/FS），白噪声为Noise=wgn（1024，1，0），混叠后信号为y=signal+Noise，信号功率小于噪声功率，但是噪声的功率谱为常数，噪声的前后没有一定的相关性，如信号为正弦函数，其自相关函数为余弦函数，求信号自相关函数的FFT就可以测量出信号频率，为此我们可按频率相关检测方法来改善频率测量的灵敏度。

但是在实际中进行频率检测的时候我们并不会先求信号的自相关函数，然后再对其求FFT，首先这种方法在工程上难以实现，求相关函数本身就涉及到一个无穷累加求和，非常浪费FPGA资源，其次就是延时也很大。这种浪费资源与时间的方法在工程中肯定是不会采用的。但通过研究，我们从数学上发现了实现上述检测的一个等价方法，那就是相关定理。

所以我们按如下方法对频域进行检测，通过对多通道频域共轭点乘后相参积累来实现，以信号的功率谱密度为其检测特征。其检测信号的滑动方式仍为切片滑窗，首先对两个通道进行按帧滑窗FFT变换，接着对两个通道的FFT结果进行共轭点乘，点乘结束后再对信号进行多帧间的相参积累得到长时间积累后的信号功率谱特征。得到信号功率谱特征后的检测过程同频域检测一致。

频域相关检测的方法结合了频域检测对于复杂电磁环境的良好适应能力和长时间相参积累对于信号检测灵敏度改善的优点，是一种较好的高灵敏度检测算法。有良好的测频能力和复杂环境适应能力，特别适合于大脉宽信号的高灵敏度检测，其缺点主要在于长时间积累的拖尾效应以及对不同频域特征的信号其检测灵敏度的不一致。

2.2 自相关在模式识别中的设计

基于自相关运算的检测算法是利用了噪声的相互独立性和信号的相关性。由于噪声的相互独立性，在自相关处理之后，噪声被削弱，信号被加强，淹没在噪声中的信号得以凸显，更有利于检测出信号。

对于没有其它敌方先验信息的模式识别信号，本文首先采用传统的常规单脉冲检测算法，在信噪比较高或信号较强的环境下，通过CFAR门限在频域检测信号的存在与否，再在时域上识别出同步脉冲之后，从同步并行运算的解调模块中取出该同步脉冲所对应的同步码元，以此作为之后算法自相关的依据。

接下来，本文算法将DDC之后的低频数据分量作自相关运算，并流水求取相关功率，再将同步码元作为可重构相关滤波器的加载系数，搜索区域内的极大值，作为相关峰，以此判断模式的存在与否。并同步确定脉冲串的位同步点，以指导模式识别信号的MSK解调运算。

3 仿真

频域相关检测可以将检测的灵敏度提高3dbm以上，同时增加FFT的点数，也可以进一步提高灵敏度。

从图1的仿真中我们可以看出，相关功率谱比频谱平滑一些，并且容易确定峰值。

下面对相关检测在实际中的一个应用进行仿真，以模式识别的脉冲串检测为例。

本文在MATLAB中产生一种模式识别信号，通过加入不同功率的高斯白噪声来模拟信道中的影响。分别在带内信噪比为10、-3dB时，对比本文的算法与传统IFF侦察算法在模式识别信号检测上的区别。带内信噪比为10dB时的仿真结果如图2所示。

带内信噪比为10dB时，从图2可以看出信号的频谱，相关检测的脉冲包络幅度高于CFAR门限很多，并且在脉冲出现时刻，相关峰值幅度很大。

在信噪比为-3dB时，传统方法（FFT）已经失效，完全分不清信号与噪声，无法检测与识别Mode5信号。但是本文算法仍然能够检测出每个同步脉冲的准确位置信息，指导算法完成Mode5信号的识别与解调。

4 结语

本文首先介绍了接收机灵敏度的概念，然后从原理上阐述了信号自相关运算可以提高检测的灵敏度，即信号自相关可以达到抑制噪声的目的，通过相关峰的检测，可以提高检测的灵敏度，介绍了一种相关检测在信号模式识别中的应用，将相关检测与常规的检测进行了仿真，比对结果可以得出相关检测可以提高脉冲串识别的准确度。

参考文献

[1]James Tsui，杨小牛，陆安南，金飚.宽带数字接收机[M].电子工出版社，2002.

[2]杨小牛，楼才义，徐建良.软件无线电原理与应用[M].电子工业出版，2001.

[3]赵国庆.雷达对抗原理[M].西安电子科技大学出版社，1999.