【最新成果】多功能雷达脉冲列的语义编码与模型重建
前言
背景介绍
多功能雷达是指能够执行多种功能的雷达，常用功能包括搜索、跟踪等。借助电子侦察手段截获和分析雷达信号以实现目标发现、跟踪和识别，是电子情报分析、电磁态势感知的重要途径，其中多功能雷达是雷达侦察领域的重难点对象。深入研究多功能雷达的信号特点、行为规律，对于精确掌握重要的目标情报十分必要。多功能雷达信号具有更加复杂的层次化时序结构和变化规律，既包含了执行特定功能时脉组内部多个脉冲的编排方式，也包含了在搜索、跟踪等不同任务之间切换的状态转移规律，且其低截获概率特性造成了侦察截获信号的严重残缺，这些因素都显著增大了从电子侦察脉冲列中获得关于雷达工作状态信息的难度。多功能雷达工作模式分析问题的重要性一直以来都得到了电子侦察领域研究人员的广泛认同，但其难度却极大阻碍了对该问题的解决进程。
从电子侦察的角度看，基于侦察系统截获的大量多功能雷达脉冲，如果要构建一个时序模型对这些脉冲的关联关系进行刻画，则该模型的形式存在无穷多种可能性。但是，从雷达设计者的角度看，雷达是为完成特定的目标探测、跟踪等任务服务的，而且在整个工作过程中都在重复执行类似的辐射行为，以实现对广大空域的持续覆盖。因此，在错综复杂的雷达脉冲列内部，应当隐藏着一个简洁、紧凑的时序模型（如图2），用于控制不同功能脉组的执行过程，以及每种功能的信号结构等。如何从电子侦察的视角重建雷达脉冲列的时序模型，对精确掌握雷达情报并支持雷达对抗等应用具有重大现实意义。
图2 多功能雷达脉冲列的层次化结构中蕴含了很强的结构性特征
团队工作
国防科技大学刘章孟研究员等遵循模型简洁性（奥卡姆剃刀定律）这一基本原则，基于雷达侦察脉冲列重建多功能雷达的层次化信号模型（如图3），着重解决两个问题：一是雷达脉冲列中基本信息单元——脉组的提取，二是脉组切换模型的重建。团队在描述多功能雷达脉冲列时序结构的基础上，首先借鉴信息论与编码理论定义了雷达脉冲列的复杂度；随后，依据复杂度最小化准则对雷达脉冲列进行编码，所得的编码字典中各码字的内容对应于多功能雷达执行各种功能的基本脉组结构；最后，基于脉组提取结果和以此为基础的雷达脉冲列编码序列，估计雷达不同状态之间的切换规律，进而完整重建多功能雷达脉冲列的层次化模型。
图3 多功能雷达脉冲列的层次化时序结构
论文介绍
该文首先定义了多功能雷达电子侦察脉冲列的编码模型：
其中，字典集的编码复杂度取决于其中所包含的PRI数目，脉冲列编码复杂度表示基于脉组字典集对脉冲列的编码复杂度。
随后，该文依据这一模型简洁性原则，寻求对雷达脉冲列进行压缩，以使雷达脉冲列的编码复杂度达到最小。据此提出了对脉冲列编码复杂度的最小化寻优过程，如图4所示。
图4 多功能雷达脉冲列编码模型寻优流程
以脉冲列编码复杂度最小化为准则，通过对雷达脉冲列进行压缩编码，可以获得脉组字典集，其中各元素对应于多功能雷达执行各种功能时所发射的脉冲序列。在此基础上，对雷达脉冲列进行编码得到符号序列。该符号序列中不同脉组之间的切换过程反映了图3中所描述的多功能雷达脉冲列的顶层结构，即状态切换矩阵所控制的多功能雷达脉组切换的概率模型。
其中表示不同脉组之间切换频次在整个脉冲列中所占的比例，满足。
该文最后借助仿真实验验证了所提出方法的可行性。以一个具有2层结构的多功能雷达为例，假设雷达具有3种功能，对应的脉组分别为[230µs, 330µs, 430µs]、[300µs, 305µs, 310µs]和[407µs, 356µs, 285µs]。利用新方法对该雷达脉冲列进行脉组结构分析，算法在迭代9次之后终止，每次迭代过程结束之后的脉组字典集的成分如表1所示，其中蓝色字体标注了当前迭代过程中的编码模型变化情况。
表1中的脉组结构重建结果与仿真设置十分吻合。接下来，对脉冲列编码结果中不同脉组之间的切换过程进行统计分析，能够得到较为准确的多功能雷达工作模型估计结果。表明新方法对多功能雷达脉冲列具有较强的时序结构自动解析能力。
作者介绍
刘章孟，男，国防科技大学电子科学学院研究员。主要研究方向为电子侦察与对抗、电磁大数据、统计信号处理。
袁硕，男，国防科技大学电子科学学院在读硕士生，主要研究方向为雷达侦察数据处理。
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编辑：李郝亮 武琰杰
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