内容简介
《低截获概率雷达侦察信号分析及可信性评估》是有关统计信号处理理论在LPI雷达侦察信号分析与处理应用方面的专著。针对LPI雷达侦察信号调制识别及参数估计这一主题,书中重点介绍了LPI雷达的技术基础及信号模型,典型LPI雷达调制信号的识别、参数估计及其盲分析结果的可信性评估等若干重要课题。
《低截获概率雷达侦察信号分析及可信性评估》在总结国内外相关领域新研究成果的基础上,结合作者近年来从事有关雷达侦察信号分析与处理方面的研究与应用实践,选取了一系列新的研究成果,具有一定的深度、广度和新颖性。
内页插图
目录
第1章 绪论
1.1 电子战与LPI雷达
1.2 相关技术的研究现状
1.2.1 LPI雷达侦察信号的分析与处理
1.2.2 信号盲分析结果的可信性评估
1.3 本书的内容与结构
参考文献
第2章 LPI雷达技术及信号模型
2.1 引言
2.2 截获因子
2.2.1 影响截获因子的因素
2.2.2 低截获概率技术
2.3 低截获概率雷达信号模型
2.3.1 线性调频信号
2.3.2 非线性调频信号
2.3.3 相位编码信号
2.3.4 频率编码信号
2.3.5 复合调制信号
2.4 本章小结
参考文献
第3章 常用LPI雷达信号的调制方式识别
3.1 引言
3.2 简单调制信号识别
3.2.1 单频正弦波生成特性
3.2.2 滤波预处理
3.2.3 识别算法
3.2.4 性能仿真与分析
3.3 LFM/BPSK复合调制信号特征分析与识别
3.3.1 信号模型及特征
3.3.2 识别算法
3.3.3 性能仿真与分析
3.4 FSK/BPSK复合调制信号特征分析与识别
3.4.1 信号模型
3.4.2 识别算法
3.4.3 性能仿真与分析
3.5 S型非线性调频信号特征分析与识别
3.5.1 信号的构建及相位特征分析
3.5.2 识别算法
3.5.3 性能仿真与分析
3.6 本章小结
参考文献
第4章 常用LPI雷达调制信号的参数估计
4.1 引言
4.2 几个基本算法
4.2.1 TJFM信号参数估计
4.2.2 BPSK信号参数估计
4.2.3 改进型频域滤波算法
4.3 LFM/BPSK复合调制信号参数估计
4.3.1 调频系数和起始频率的估计
4.3.2 码速率估计
4.3.3 性能仿真与分析
4.4 FSK/BPSK复合调制信号的参数估计
4.4.1 码元宽度与载频估计
4.4.2 码速率估计
4.4.3 性能仿真与分析
4.5 S型非线性调频信号的参数估计
4.5.1 参数估计算法
4.5.2 性能仿真与分析
4.6 本章小结
参考文献
第5章 正弦波频率估计的可信性评估
5.1 引言
5.2 常用正弦波频率估计算法
5.2.1 最大似然估计算法
5.2.2 基于DFT的准最佳估计算法
5.2.3 基于相位信息的估计算法
5.3 基于LMP检验的正弦波频率估计可信性检验
5.3.1 特征分析
5.3.2 算法描述
5.3.3 性能的理论分析
5.4 基于CI不等式的正弦波频率估计可信性检验
5.4.1 切比雪夫不等式
5.4.2 统计量的确定
5.4.3 判决规则与门限
5.4.4 性能的理论分析
5.5 性能仿真与分析
5.5.1 性能理论分析的正确性
5.5.2 实例分析
5.5.3 算法的复杂度分析
5.6 本章小结
参考文献
第6章 LFM信号盲分析结果的可信性评估
6.1 引言
6.2 基于循环平稳分析的LFM信号盲分析结果可信性检验
6.2.1 特征分析
6.2.2 算法描述
6.2.3 错误概率的理论推导
6.3 基于N-P检验的LFM信号盲分析结果可信性检验
6.3.1 N-P检验
6.3.2 特征分析
6.3.3 算法描述
6.4 性能仿真与分析
6.4.1 信噪比及门限对检验性能的影响
6.4.2 信号参数变化对检验性能的影响
6.4.3 算法的性能对比
6.4.4 算法的复杂度分析
6.5 本章小结
参考文献
第7章 BPSK信号盲分析结果的可信性评估
7.1 引言
7.2 基于线性回归失拟检验的BPSK信号盲分析结果可信性检验
7.2.1 线性回归失拟检验
7.2.2 特征分析
7.2.3 算法描述
7.3 基于相位序列拟合优度检验的BPSK信号盲分析结果可信性检验
7.3.1 拟合优度检验
7.3.2 特征分析
7.3.3 算法描述
7.4 基于Bootstrap方法的BPSK信号盲分析结果可信性检验
7.4.1 Bootstrap意义下的假设检验
7.4.2 特征分析
7.4.3 算法描述
7.5 性能仿真与分析
7.5.1 仿真条件
7.5.2 信噪比对检验性能的影响
7.5.3 信号参数变化对检验性能的影响
7.5.4 算法的复杂度分析
7.6 本章小结
参考文献
第8章 复合调制信号盲分析结果的可信性评估
8.1 引言
8.2 顺序统计量基础
8.2.1 一维顺序统计量分布
8.2.2 一维最大值分布的极限分布
8.3 基于恒虚警准则的LFM/BPSK复合调制信号盲分析结果可信性检验
8.3.1 相关谱特征分析
8.3.2 算法描述
8.3.3 性能的理论分析
8.4 基于GEV分布拟合检验的LFM/BPSK信号盲分析结果可信性检验
8.4.1 相关谱的GEV分布
8.4.2 算法描述
8.5 性能分析与仿真
8.5.1 信噪比对检验性能的影响
8.5.2 信号参数变化对检验性能的影响
8.5.3 算法的复杂度分析
8.6 本章小结
参考文献
附录A 部分算法的Matlab代码
A.1 典型LPI雷达信号模型Matlab代码
A.2 DPT法LFM信号参数估计Matlab代码
A.3 FRFT法LFM信号参数估计Matlab代码
A.4 A-M法正弦波频率估计Matlab代码
A.5 Abatzoglou迭代法正弦波频率估计Matlab代码
A.6 修正RIFE法正弦波频率估计Matlab代码
前言/序言
在现代电子战(EW)中,为了提高雷达的反截获能力,低截获概率(LPI)雷达已得到广泛应用。LPI雷达,由于采用低功率、大带宽、频率捷变及复合调制等技术,对非协作条件下EW中截获接收机的信号处理带来了极大的挑战。对EW接收机而言,必须在缺乏信号先验信息、低信噪比及有限观测时间等条件下,对截获信号的检测、调制识别及参数估计等进行盲处理。因此,除了研究高效精确的处理算法之外,还须对其分析与处理结果的可信性进行评估,以提高整个信号处理系统的有效性与可靠性。目前,对LPI雷达侦察信号分析及其结果的可信性评估已成为雷达电子侦察中的重要课题。
本书是有关统计信号处理理论在LPI雷达侦察信号分析与处理应用方面的专著。针对LPI雷达侦察信号调制识别及参数估计这一主题,书中重点介绍了IPI雷达的技术基础及信号模型,典型LPI雷达调制信号的识别、参数估计及其盲分析结果的可信性评估等若干重要课题。本书在总结国内外相关领域最新研究成果的基础上,结合作者近年来从事有关雷达侦察信号分析与处理方面的研究与应用实践,选取了一系列新的研究成果,具有一定的深度、广度和新颖性。
本书从组织结构上分为三个部分,共8章。
第一部分(第1章、第2章)为LPI雷达侦察信号处理基础。第1章概述了LPI雷达信号处理的历史与现状,LPI雷达信号处理及其可信性评估的意义、方法,并对本书的内容结构进行了介绍。第2章重点介绍了IPI雷达技术和典型IPI雷达信号的模型及特征。第2章是后续章节的基础,不仅分析了LPI雷达的截获因子和实现途径,还重点介绍了常用LPI雷达信号,特别是复合调制雷达信号的瞬时频率特征。
第二部分(第3章、第4章)主要介绍LPI雷达侦察信号调制识别与参数估计算法。第3章分别从简单调制信号与复杂调制信号识别两个方面介绍了常用LPI雷达信号的调制识别算法。针对复杂调制方式,重点阐述了线性调频/二相编码(LFM/BPSK)复合调制信号、频移键控/二相编码(FSK/BPSK)复合调制信号和S型非线性调频信号的特征及识别方法。第4章介绍了常用LPI雷达调制信号的参数估计算法。在总结LFM及BPSK两种单一调制信号参数估计的基础上,重点讨论了基于调制分离方法的LFM/BPSK复合调制信号及FSK/BPSK复合调制信号多参数估计问题,并对S型非线性调频信号的参数估计进行了初步探讨。
第三部分(第5章至第8章)涉及LPI雷达侦察信号盲分析结果的可信性评估方法。第5章介绍了正弦波频率估计的可信性评估方法。针对高斯白噪声背景下正弦波信号单次频率估计结果的可信性评估问题,分别介绍了基于局部最大势(LMP)检验及切比雪夫不等式(CI)的两种处理方法。第6章讨论了LFM信号盲分析结果的可信性评估问题,从时域与频域的角度分别介绍了循环平稳特性及纽曼一皮尔逊(N-P)检验两种方法。第7章从幅度与相位特征两个角度,分别介绍了相关累加模值曲线回归失拟检验、相关序列相位概率拟合分布检验及Bootstrap检验法三种BPSK信号盲分析结果可信性评估算法。第8章以LFM/BPSK复合调制信号为例,重点研究了复合调制信号的盲分析结果的可信性评估问题,介绍了基于相关谱峰值检验及相关谱极值分布拟合优度检验两种基于顺序统计量分析的处理算法。
附录部分给出了书中提及的部分信号模型及关键算法的Matlab代码,供读者参考学习。
本书第1章由胡国兵、宋军撰写,第2章至第4章由宋军、胡国兵撰写,第5章至第8章由胡国兵、李昌利撰写,附录部分由宋军负责整理,全书由胡国兵统稿。
本书是作者在博士后研究工作及傅士论文的基础上写作而成的。成书之际作者由衷地感谢导师——南京航空航天大学的刘渝教授,感谢他多年来的培养和悉心指导,有幸在他领导的研究室中参加科研工作并得到锻炼使作者受益一生。同时,感谢周建江教授、张弓教授在作者攻读博士期间给予的学术指导。
衷心感谢河海大学的徐立中教授提供了优良的博士后研究工作环境,奠定了本书的写作基础。感谢美国新泽西理工大学的AliAbdi博士及东南大学金石教授在访学期间给予的学术指导。此外,本书在写作过程中还得到了作者李昌利的博士学位论文指导教师——教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、国家自然科学基金创新研究群体项目负责人、长江学者奖励计划创新团队雷达信号处理负责人、西安电子科技大学电子工程学院院长寥桂生教授的鼓励和指导,导师还欣然作序,在此向他致以最诚挚的谢意。
作者在研究和写作的过程中还得到了南京理工大学电子对抗专家赵惠昌教授、西安电子科技大学苏洪涛教授、东南大学赵力教授、厦门大学信息科学与技‘术学院邓振淼教授及作者工作过的南京信息职业技术学院王钧铭教授、王维平教授、顾斌教授、鲍安平副教授、丁宁副教授、李震涛副教授及现单位金陵科技学院田锦教授、胡兴柳教授、陈正宇副教授、姜志鹏老师的帮助与指导。课题组成员杨莉、吴珊珊及高燕三位老师帮助校阅了全稿,在此一并表示感谢。
低截获概率雷达侦察信号分析及可信性评估 书籍简介 在现代军事对抗和情报侦察领域,雷达技术扮演着至关重要的角色。然而,随着电子对抗技术的飞速发展,传统的雷达信号极易被敌方侦察设备捕获并分析,从而暴露己方部署和意图。为了应对这一挑战,低截获概率(Low Probability of Intercept, LPI)雷达应运而生。LPI雷达通过一系列复杂的设计和调制技术,显著降低其信号被敌方侦察和识别的概率。这使得LPI雷达在执行侦察、预警、跟踪等任务时,能够拥有更大的生存能力和作战优势。 本书深入探讨了LPI雷达侦察信号的分析方法以及其可信性评估这一核心技术。本书旨在为读者提供一个全面、深入的理解,揭示LPI雷达在复杂电磁环境下的运作机制,以及如何有效应对和利用这些信号。本书的研究不仅具有重要的学术价值,更对实际的军事应用和国家安全具有深远的意义。 第一部分:LPI雷达侦察信号的分析 本书的第一部分专注于LPI雷达侦察信号的精细化分析。我们首先从LPI雷达的基本原理出发,阐述其设计理念与关键技术。这包括但不限于: 展宽信号技术: 介绍各种展宽信号技术,如频率捷变(Frequency Agility)、跳频(Frequency Hopping)、线性调频(Chirp)、相位编码(Phase Coding)以及二元编码(Barker, P-codes)等。详细分析这些技术如何通过在时域或频域上分散能量,降低单位频率或单位时间的信号功率,从而使信号难以被传统探测器捕获。 低副瓣/低旁瓣技术: 探讨先进的天线波束形成技术,如数字波束形成(Digital Beamforming, DBF)和自适应波束形成(Adaptive Beamforming),如何通过优化天线阵列的激励系数,最大限度地抑制主瓣之外的能量泄露,降低旁瓣辐射,使得侦察设备难以在复杂背景中找到目标信号。 功率控制与波形设计: 分析LPI雷达如何采用先进的功率管理策略,例如自适应功率控制、脉冲压缩技术以及非常规的雷达波形设计(如非均匀脉冲重复间隔PRI、伪随机序列PRI等),来进一步降低信号的可侦察性。我们将深入解析不同波形对信号能量分布、频谱特征以及侦察难度的影响。 信号调制与编码: 详细介绍LPI雷达常用的调制和编码方式,例如数字调频(Digital FM)、相干调制(Coherent Modulation)、多普勒编码(Doppler Coding)等。分析这些技术如何通过引入复杂的调制信息,使得侦察信号在接收端难以进行有效的解调和识别。 隐蔽通信技术: 讨论LPI雷达在执行侦察任务时,可能采用的与通信信号融合的隐蔽技术,以及如何通过分析这些融合信号的特征来反推其工作模式。 在深入理解了LPI雷达的各种设计原理之后,本书将重点阐述侦察信号的获取与预处理。这包括: 侦察接收机模型: 建立并分析不同类型的侦察接收机模型,包括宽带接收机、窄带接收机、相干接收机等。分析不同接收机在捕获LPI雷达信号时的性能差异与局限性。 信号捕获与识别: 介绍先进的信号捕获技术,如盲信号分离(Blind Signal Separation, BSS)、机器学习(Machine Learning)在信号检测中的应用,以及如何利用频谱分析、特征提取等方法,从嘈杂的电磁环境中区分出LPI雷达信号。 信号参数估计: 探讨精确估计LPI雷达信号的关键参数,如载波频率、脉冲宽度、脉冲重复间隔、调制方式、编码序列等。介绍基于最大似然估计(Maximum Likelihood Estimation, MLE)、矩估计(Moment Estimation)以及粒子滤波(Particle Filter)等多种先进参数估计算法。 第二部分:LPI雷达侦察信号的可信性评估 本书的第二部分将视角转向LPI雷达侦察信号的可信性评估。在成功捕获并分析了LPI雷达信号后,对其所提供信息的准确性和可靠性进行评估,是做出正确决策的关键。这一部分将从以下几个方面展开: 信号完整性与失真分析: 分析LPI雷达信号在传播过程中可能遇到的各种失真,如多径效应、衰落、噪声干扰等。介绍如何通过信号处理技术,如均衡(Equalization)、滤波(Filtering)、噪声抑制(Noise Suppression)等,来评估和恢复信号的完整性。 参数估计的精度与不确定性: 深入研究在不同信噪比(SNR)、不同干扰环境下,LPI雷达信号参数估计的精度问题。引入统计学方法,如克拉美-罗界(Cramér-Rao Lower Bound, CRLB),来量化参数估计的不确定性。分析不同估计算法在不同条件下的性能表现。 信息融合与交叉验证: 探讨如何将来自不同LPI雷达侦察系统的信号信息进行有效融合,以提高整体信息的准确性和可信度。介绍多源信息融合(Multi-source Information Fusion)的理论与方法,包括贝叶斯融合(Bayesian Fusion)、证据理论(Dempster-Shafer Theory)等。分析如何利用交叉验证等技术,来验证来自不同源的信息的一致性。 目标特性推断的可靠性: LPI雷达侦察的最终目的是为了推断目标的关键信息,如目标类型、位置、速度、机动等。本书将分析如何基于分析得到的信号特征,推断出这些目标特性的可靠性。这包括对推断模型中的不确定性进行量化,以及对推断结果的置信度进行评估。 干扰与欺骗对抗: 分析敌方可能采用的电子干扰和欺骗手段,例如信号注入、信号转发、信号模拟等,如何影响LPI雷达侦察信号的可信性。介绍检测和对抗这些干扰与欺骗的技术,包括基于统计特征的检测、基于模式识别的检测以及基于信息论的检测方法。 可信性评估指标体系: 提出一套系统性的LPI雷达侦察信号可信性评估指标体系。这套体系将涵盖从信号捕获、参数估计到目标特性推断的各个环节,并为不同应用场景下的可信性评估提供量化标准。 本书的特点与价值 本书最大的特点在于其理论的系统性与实践的指导性相结合。作者凭借深厚的专业知识和丰富的实践经验,将复杂的LPI雷达技术和信号分析方法,以清晰、逻辑严谨的方式呈现给读者。本书不仅涵盖了LPI雷达信号分析的最新进展,更着重于解决在实际侦察应用中遇到的关键问题,特别是对侦察信息的可信性进行深入的评估,这在以往的文献中相对较为罕见。 本书的读者对象广泛,包括: 雷达工程技术人员: 为雷达设计、研发和测试人员提供前沿的理论指导和技术参考,帮助他们理解LPI雷达的设计挑战和侦察对抗策略。 电子侦察与情报分析人员: 为从事电子侦察、信号分析和情报评估的专业人员提供深入的分析工具和评估方法,帮助他们更有效地从复杂电磁环境中提取有价值的信息,并对其进行审慎的判断。 军事院校师生: 为军事院校的师生提供一份扎实的学术教材,帮助他们系统地学习和掌握LPI雷达侦察的原理、分析方法和可信性评估技术,培养新一代的军事科技人才。 相关领域的研究人员: 为电子工程、通信工程、信息安全、人工智能等相关领域的研究人员提供一个深入研究LPI雷达技术及其对抗的起点,激发新的研究思路和方向。 本书的出版,将有助于推动LPI雷达技术的发展,提升我国在电子侦察和情报分析领域的自主创新能力,为国家安全和军事现代化建设贡献力量。通过对LPI雷达侦察信号的深度剖析和可信性评估,本书为应对未来复杂电磁环境下的挑战,提供了坚实的技术支撑和理论基础。