基于迭代二次优化算法的低截获波形序列设计

对抗条件下,低截获雷达通过发射特殊波形防止非合作电子侦察系统截获和检测其发射信号,是现代雷达技术的重点研究方向。该文旨在降低电子侦察系统的功率截获概率,在保证目标的辐射能量基础上,针对短时傅里叶变换(STFT)宽带数字侦察接收机特点,从能量的时频分布的角度将波形设计技术应用到无源对抗领域。首先,建立STFT宽带数字侦察接收机检测低截获模型,利用2次优化模型,将低截获问题转变为恒包络序列迭代优化问题;然后,为了获得较好的自相关性能,利用辅助标量,将优化模型转化为2次和形式,结合迭代算法得到了所提低截获波形序列;最后,讨论了计算复杂度。从仿真结果上看,所提序列比常见相位编码信号在相同的接收信噪比下具有更优的低截获能力,另外,引入Pareto权对所提序列的自相关特性进行控制,有效地提高了设计灵活性。

基于多特征融合的高机动多目标低截获概率跟踪技术

在多目标跟踪过程中,目标的高机动特性使得传统采用固定运动模型或交互式多模型的目标跟踪算法很难实时精确匹配目标运动模型,从而引起高机动目标的低跟踪精度问题。针对这一问题,本文提出一种基于目标运动状态模型自适应更新的高机动多目标跟踪算法。在多目标跟踪过程中,该算法采用多特征聚类融合算法进行目标运动模型估计,并根据各目标跟踪波动参数进行状态转移矩阵决策更新,同时利用联合概率数据关联实现多机动目标状态转移矩阵自适应更新的关联跟踪,从而解决了传统多目标跟踪算法因目标运动模型失配引起的低跟踪精度问题。在目标跟踪算法的传感器选择上,无源传感器不对外辐射能量,具有较好的低截获概率性能,但其跟踪精度有限,常不能满足多目标高跟踪精度的要求。雷达作为有源传感器,具有较高的跟踪精度。但由于雷达对外辐射信号,容易被防御方截获。针对这一问题,本文提出了一种无源传感器目标跟踪为主,有源雷达间歇跟踪为辅的多传感器协同管理目标跟踪算法。该算法通过对目标跟踪本征堆积误差的判断进行传感器的最优分配,并根据波动参数的大小进行状态转移矩阵决策更新。仿真结果验证了本文所提出的多传感器协同的高机动目标跟踪算法在满足高机动目标跟踪精度的条件下可以有效的提升雷达低截获概率性能。

基于FBMC-chirp的低截获探通一体化信号设计

面对快速发展的先进无源侦察技术,一体化信号除需具备较优的雷达探测和无线通信能力,还需满足抗截获和防窃听的需求,以提高一体化系统的生存能力和作战性能。多载波探通一体化信号的低截获设计已成为目前一体化信号研究的重要问题。针对传统低截获多载波探通一体化信号雷达分辨性能受限且未能同时兼顾通信有效性和可靠性要求的问题,本文在子载波复用的一体化多维信号框架下,研究了一种雷达和通信性能最小损失的低截获多载波探通一体化信号设计方法。首先,从提升时频资源利用率的角度,设计了一种基于滤波器组多载波技术的通信频谱分块功率优化和雷达梳状谱等功率优化的低截获多载波探通一体化信号时频结构。该结构通过分块的方式降低了通信信号的峰均比,提升了通信信号的低截获性能。然后在此基础上,以雷达互信息和通信信道容量为约束条件,以最小化信号总功率为优化目标,建立了雷达子载波功率和通信分块子载波功率联合优化模型。本文将该优化模型转化成一个凸二次规划问题,并采用信赖域方法对该优化问题进行求解。实验结果表明,本文所设计的低截获多载波探通一体化信号不仅具有较优的雷达探测和分辨性能,以及较好的无线通信性能,而且具有较优的低截获性能。

雷达低截获技术应用

采用多种综合措施,合理对雷达实行功率管理,低旁瓣或超低旁瓣天线,大时宽大带宽的雷达信号波形,相参积累,相位编码脉冲压缩雷达的中断调频连续波雷达和准连续波雷达体制等措施。实现雷达低截获性能,降低雷达被敌方设备发现的概率。

信息跳时架构下分层捷变低截获概率通信波形

针对周期信号抗破译性能较差及非周期聚敛性带来的误码性能下降的问题,本文提出一种时宽-信息跳时-调频率分层波形架构。通过构建信息跳时,掩护时宽随机化的模式,解决了误码性能变时宽下降问题,加强了波形的低截获概率特征。本文以数学推导和仿真分析的方法,探究了此分层波形架构下的误码性能、功率谱类噪声性能、二次谱域周期聚敛性及先验信息抗破译性。理论分析和仿真验证表明:时宽-信息跳时-调频率分层波形可以保证与定时宽信号相比,在不降低误码性能的条件下,降低了波形的周期聚敛性,从而提高了波形的截获概率性能。

一种低截获背景下的集中式MIMO雷达快速功率分配算法

针对集中式MIMO雷达同时跟踪多批机动目标场景,该文提出一种低截获背景下的快速功率分配算法。首先,将目标机动过程建模为自适应当前统计(ACS)模型,并采用粒子滤波对各目标状态进行估计。其次,对条件克拉默-拉奥下界(PC-CRLB)进行推导,并基于目标运动特性和电磁特性构建目标综合威胁度评估模型。随后,将目标跟踪误差评估指数和雷达未被截获概率的加权和作为优化目标,建立了关于发射功率的优化模型,利用目标函数单调递减性质,提出了一种基于序列松弛的求解算法进行模型求解。最后,通过仿真验证所提算法的有效性和时效性。结果表明,所提算法能够有效提高目标跟踪精度和雷达系统低截获性能,相比采用内点法求解运算速度提高近50%。

基于FBMC信号的低截获雷达通信一体化波形设计

针对正交频分复用(OFDM)雷达通信一体化波形方案中循环前缀引起的弱回波掩盖问题和敌方战场低截获概率问题,该文提出了基于滤波器组的多载波偏移正交幅度调制(FBMC-OQAM)的低截获雷达通信一体化波形设计方案。分别构建FBMC雷达通信一体化波形与目标检测概率、通信信道容量之间的数学模型,在保证一定系统雷达与通信性能的条件约束下,设计最小化系统总发射功率联合优化问题,优化各个子载波发射功率分配方案。该算法利用测量值和信道状态信息,对下一个脉冲的发射波形参数进行优化设计,实现自适应传输。此外,从平均模糊函数角度分析了FBMC作为雷达信号的可行性和优势。仿真结果表明,与等功率分配方案相比,该文提出的功率分配方案可有效降低一体化系统总发射功率,从而实现低截获性能,并且FBMC波形可有效降低循环前缀引起的距离旁瓣,提高雷达分辨率与信息速率。

一种基于Swin Transformer神经网络的低截获概率雷达信号调制类型的识别方法

本文针对低截获概率(Low Probability of Intercept,LPI)雷达信号调制类型的识别问题提出了一种基于Swin Transformer神经网络的识别方法.该方法首先用平滑伪Wigner-Ville分布对信号进行时频变换,将一维时域信号转换为二维时频图像,然后使用Swin Transformer神经网络对时频图像进行特征提取和调制类型识别.仿真结果显示该方法具有较强的抗噪声能力,在低信噪比条件下识别准确率高,且具有较强的小样本适应能力.

基于伪虎鲸click信号的主动声呐探测信号低截获性分析

为解决现代主动声呐易暴露的问题,提出以伪虎鲸click信号作为主动声呐发射信号波形进行探测,以实现声呐的低截获性。首先通过宽带模糊函数分析了伪虎鲸click信号的分辨性能;然后通过仿真对比单双基地声呐探测模型下,伪虎鲸click信号与常规主动声呐信号的截获因子,验证了其低截获性。结果表明,伪虎鲸click信号三维宽带模糊函数呈现理想的“图钉型”,时延分辨力达到7.644×10^(-6) s,频移分辨力达到7.405 Hz,具有良好的分辨性能;伪虎鲸click信号的截获因子在−4.887~−17.6 dB之间,始终小于0 dB,且远低于常规主动声呐信号,具有优异的低截获性能。伪虎鲸click信号作为声呐发射信号可实现有效与低截获性的声呐探测。

低截获MIMO探通一体化波形设计方法

提出了一种多输入多输出(MIMO)雷达通信一体化系统的低截获概率(LPI)波形设计方法,该系统的一体化波形能同时进行目标探测与通信。首先,最小化下行链路中的多用户干扰,以期望LPI截获因子阈值为约束条件,构建了低截获MIMO雷达通信一体化波形优化模型。其次,通过将优化问题归类为正交普鲁克问题(OPP),获得了LPI波形的最优闭式解。最后,理论分析和仿真结果都表明,所设计的LPI波形能同时实现雷达与通信功能;并在保证一定LPI性能的前提下有效提升了通信性能。

低截获雷达抗分选信号设计技术研究综述

雷达是获取战场态势的关键装备,极易遭受电子攻击。低截获雷达能从根本上提高雷达电子防御能力,是当前雷达研究热点,其重点之一是抗分选信号设计。首先阐述了低截获雷达的概念,然后介绍了低截获雷达的应用需求,说明了低截获雷达抗分选信号设计的必要性和紧迫性。梳理了近年来低截获雷达抗分选信号设计的方法,重点分析了信号组合、信号参数调制、基于脉冲重复周期(Pulse Repetition Interval,PRI)、优化算法四种抗分选信号设计方法。最后展望了抗分选信号设计技术的发展方向。

一种基于WFRFT的跨层低截获波形设计方法

针对变换域隐蔽通信系统,分析了加权分数傅里叶变换(Weighted Fractional Fourier Transform,WFRFT)隐蔽通信系统抗截获性能。理论分析和仿真结果表明多加权项WFRFT隐蔽通信系统存在抗检测和抗调制识别性能边界,当权重项大于4时多加权项WFRFT通信系统低截获性能不会随着加权项的增加而改善。基于此,提出了一种跨层设计的并行WFRFT隐蔽通信系统。首先采用并行多路WFRFT变换思路,从信号维度增加变换参数个数;其次利用跨层设计思想解决当前WFRFT通信系统收发端同步问题,通过接收端地址控制每路WFRFT变换参数,从空间维度增加非合作节点截获识别信号的难度。仿真结果表明,与多参数项WFRFT隐蔽通信系统相比,所提出的跨层并行WFRFT隐蔽通信系统抗检测和抗调制识别能力更加突出。

超宽带雷达的低截获性分析

从侦察接收机的角度,推导了超宽带雷达信号的低截获概率因子。由于LPI雷达具有大时间带宽积,故超宽带雷达具有高处理增益而抵消侦察接收机在侦察距离上的优势。推导了临界距离条件下侦察接收机的输出信噪比,并与能量检测所需信噪比进行了比较,最后得出:当超宽带雷达带宽大于1.6 GHz时,超宽带雷达在频域上表现为低截获性。

基于压缩采样的低截获概率雷达信号测向技术

以基于压缩采样的测向技术为重点,研究了低截获概率雷达信号测向技术,分析了信号压缩采样后的测向技术实现过程,对系统的设计和测向过程中的关键技术进行了阐述,研究成果具有一定的工程应用价值。

一种基于数字信道化的低截获脉冲压缩信号优化检测方法

针对脉冲压缩体制雷达信号在数字信道化接收机中引起的跨信道以及低截获问题,提出了一种基于数字信道化的低截获脉冲压缩信号优化检测方法。首先采用多相滤波数字信道化方法来抑制脉冲压缩信号频谱泄漏;然后优化检测方法,采用幅度中值滤波降低相位跳变点对检测脉冲的影响,采用相位差非相参积累提高脉冲压缩信号的检测灵敏度;最后进行脉冲整合,对跨信道信号进行时频两维信息拼接处理,对分裂信号进行恢复。该方法与传统检测方法相比,提高了对脉冲压缩信号的检测能力,并且能够解决由数字信道化引起的脉冲压缩信号失真问题,有效提升了反辐射导引头对脉冲压缩信号的适应能力。该方法已通过仿真验证并实现应用。

功率管理对LPI雷达低截获性的影响

从实现低截获概率特性和防止非合作截获接收机侦获的角度出发,低截获概率(LPI)雷达分别从时域、频域、空域和能量域对雷达设计进行重新思考,拥有了与传统脉冲体制雷达截然不同的设计特点。从功率管理的角度对LPI雷达的低截获特性进行了深入的研究。结合典型场景构建,得出了LPI雷达的低截获特性对场景和截获接收机的灵敏度具有很强依赖性的事实。

基于深度置信网络和双谱对角切片的低截获概率雷达信号识别

基于深度置信网络(DBN)对信号双谱对角切片(BDS)结构特征进行学习,实现低截获概率(LPI)雷达信号识别。该方法首先建立基于受限玻尔兹曼机(RBM)的DBN模型,对LPI雷达信号的BDS数据进行逐层无监督贪心学习,然后运用后向传播(BP)机制在有监督学习方式下根据学习误差对DBN模型参数进行微调,最后基于该BDS-DBN模型实现未知信号的分类和识别。理论分析和仿真结果表明,信噪比高于8 d B时,基于BDS和DBN的识别方法对调频连续波(FMCW),Frank,Costas,FSK/PSK 4类LPI信号的综合识别率保持在93.4%以上,高于传统的主成分分析加支持向量机法(PCA-SVM)和主成分分析加线性判别分析法(PCA-LDA)。

雷达低截获概率信号及验证方法

雷达信号的低截获概率技术体现于雷达系统的各个方面,其中波形设计是低截获概率技术的核心.对低截获概率波形的设计原则和验证方法进行了研究,提出了基于截获因子的在线计算方法和基于信号波形复杂度因子多因素分选与识别的方法.该方法能对多种设计的低截获概率波形进行评判,并给出正确的评判结论,对实际工程应用具有参考价值.

基于栈式稀疏自编码器的低信噪比下低截获概率雷达信号调制类型识别

针对低截获概率(LPI)雷达信号识别率低且特征提取困难的问题,该文提出一种基于Choi-Williams分布(CWD)和栈式稀疏自编码器(sSAE)的自动分类识别系统。该系统从反映信号本质特征的时频图像入手,首先对LPI雷达信号进行CWD时频分析,获取2维时频图像;然后对得到的时频原始图像进行预处理,并把预处理后的图像送入多层稀疏自编码器(SAE)进行离线训练;最后把SAE自动提取的特征输入softmax分类器,实现雷达信号的在线分类识别。仿真结果表明,信噪比为-6 dB时,该系统对8种LPI雷达信号(LFM,BPSK,Costas,Frank和T1~T4)的整体平均识别率达到96.4%,在低信噪比条件下明显优于人工设计提取信号特征的识别方法。

火控雷达间歇辐射模型及其低截获性研究

从火控雷达反对抗的迫切需求出发,以信号截获理论为基础,建立了火控雷达间歇辐射信号模型;基于描述信号截获过程的窗口函数理论,分析得出了火控雷达间歇辐射的截获概率模型;设定典型的仿真参数,且间歇辐射条件下截获概率随间歇周期的变化情况进行了仿真。仿真和分析结果表明,利用截获概率模型可以定量地描述间歇辐射信号的隐蔽性,且间歇周期直接影响信号的低截获性。