內容簡介
《低截獲概率雷達偵察信號分析及可信性評估》是有關統計信號處理理論在LPI雷達偵察信號分析與處理應用方麵的專著。針對LPI雷達偵察信號調製識彆及參數估計這一主題,書中重點介紹瞭LPI雷達的技術基礎及信號模型,典型LPI雷達調製信號的識彆、參數估計及其盲分析結果的可信性評估等若乾重要課題。
《低截獲概率雷達偵察信號分析及可信性評估》在總結國內外相關領域新研究成果的基礎上,結閤作者近年來從事有關雷達偵察信號分析與處理方麵的研究與應用實踐,選取瞭一係列新的研究成果,具有一定的深度、廣度和新穎性。
內頁插圖
目錄
第1章 緒論
1.1 電子戰與LPI雷達
1.2 相關技術的研究現狀
1.2.1 LPI雷達偵察信號的分析與處理
1.2.2 信號盲分析結果的可信性評估
1.3 本書的內容與結構
參考文獻
第2章 LPI雷達技術及信號模型
2.1 引言
2.2 截獲因子
2.2.1 影響截獲因子的因素
2.2.2 低截獲概率技術
2.3 低截獲概率雷達信號模型
2.3.1 綫性調頻信號
2.3.2 非綫性調頻信號
2.3.3 相位編碼信號
2.3.4 頻率編碼信號
2.3.5 復閤調製信號
2.4 本章小結
參考文獻
第3章 常用LPI雷達信號的調製方式識彆
3.1 引言
3.2 簡單調製信號識彆
3.2.1 單頻正弦波生成特性
3.2.2 濾波預處理
3.2.3 識彆算法
3.2.4 性能仿真與分析
3.3 LFM/BPSK復閤調製信號特徵分析與識彆
3.3.1 信號模型及特徵
3.3.2 識彆算法
3.3.3 性能仿真與分析
3.4 FSK/BPSK復閤調製信號特徵分析與識彆
3.4.1 信號模型
3.4.2 識彆算法
3.4.3 性能仿真與分析
3.5 S型非綫性調頻信號特徵分析與識彆
3.5.1 信號的構建及相位特徵分析
3.5.2 識彆算法
3.5.3 性能仿真與分析
3.6 本章小結
參考文獻
第4章 常用LPI雷達調製信號的參數估計
4.1 引言
4.2 幾個基本算法
4.2.1 TJFM信號參數估計
4.2.2 BPSK信號參數估計
4.2.3 改進型頻域濾波算法
4.3 LFM/BPSK復閤調製信號參數估計
4.3.1 調頻係數和起始頻率的估計
4.3.2 碼速率估計
4.3.3 性能仿真與分析
4.4 FSK/BPSK復閤調製信號的參數估計
4.4.1 碼元寬度與載頻估計
4.4.2 碼速率估計
4.4.3 性能仿真與分析
4.5 S型非綫性調頻信號的參數估計
4.5.1 參數估計算法
4.5.2 性能仿真與分析
4.6 本章小結
參考文獻
第5章 正弦波頻率估計的可信性評估
5.1 引言
5.2 常用正弦波頻率估計算法
5.2.1 最大似然估計算法
5.2.2 基於DFT的準最佳估計算法
5.2.3 基於相位信息的估計算法
5.3 基於LMP檢驗的正弦波頻率估計可信性檢驗
5.3.1 特徵分析
5.3.2 算法描述
5.3.3 性能的理論分析
5.4 基於CI不等式的正弦波頻率估計可信性檢驗
5.4.1 切比雪夫不等式
5.4.2 統計量的確定
5.4.3 判決規則與門限
5.4.4 性能的理論分析
5.5 性能仿真與分析
5.5.1 性能理論分析的正確性
5.5.2 實例分析
5.5.3 算法的復雜度分析
5.6 本章小結
參考文獻
第6章 LFM信號盲分析結果的可信性評估
6.1 引言
6.2 基於循環平穩分析的LFM信號盲分析結果可信性檢驗
6.2.1 特徵分析
6.2.2 算法描述
6.2.3 錯誤概率的理論推導
6.3 基於N-P檢驗的LFM信號盲分析結果可信性檢驗
6.3.1 N-P檢驗
6.3.2 特徵分析
6.3.3 算法描述
6.4 性能仿真與分析
6.4.1 信噪比及門限對檢驗性能的影響
6.4.2 信號參數變化對檢驗性能的影響
6.4.3 算法的性能對比
6.4.4 算法的復雜度分析
6.5 本章小結
參考文獻
第7章 BPSK信號盲分析結果的可信性評估
7.1 引言
7.2 基於綫性迴歸失擬檢驗的BPSK信號盲分析結果可信性檢驗
7.2.1 綫性迴歸失擬檢驗
7.2.2 特徵分析
7.2.3 算法描述
7.3 基於相位序列擬閤優度檢驗的BPSK信號盲分析結果可信性檢驗
7.3.1 擬閤優度檢驗
7.3.2 特徵分析
7.3.3 算法描述
7.4 基於Bootstrap方法的BPSK信號盲分析結果可信性檢驗
7.4.1 Bootstrap意義下的假設檢驗
7.4.2 特徵分析
7.4.3 算法描述
7.5 性能仿真與分析
7.5.1 仿真條件
7.5.2 信噪比對檢驗性能的影響
7.5.3 信號參數變化對檢驗性能的影響
7.5.4 算法的復雜度分析
7.6 本章小結
參考文獻
第8章 復閤調製信號盲分析結果的可信性評估
8.1 引言
8.2 順序統計量基礎
8.2.1 一維順序統計量分布
8.2.2 一維最大值分布的極限分布
8.3 基於恒虛警準則的LFM/BPSK復閤調製信號盲分析結果可信性檢驗
8.3.1 相關譜特徵分析
8.3.2 算法描述
8.3.3 性能的理論分析
8.4 基於GEV分布擬閤檢驗的LFM/BPSK信號盲分析結果可信性檢驗
8.4.1 相關譜的GEV分布
8.4.2 算法描述
8.5 性能分析與仿真
8.5.1 信噪比對檢驗性能的影響
8.5.2 信號參數變化對檢驗性能的影響
8.5.3 算法的復雜度分析
8.6 本章小結
參考文獻
附錄A 部分算法的Matlab代碼
A.1 典型LPI雷達信號模型Matlab代碼
A.2 DPT法LFM信號參數估計Matlab代碼
A.3 FRFT法LFM信號參數估計Matlab代碼
A.4 A-M法正弦波頻率估計Matlab代碼
A.5 Abatzoglou迭代法正弦波頻率估計Matlab代碼
A.6 修正RIFE法正弦波頻率估計Matlab代碼
前言/序言
在現代電子戰(EW)中,為瞭提高雷達的反截獲能力,低截獲概率(LPI)雷達已得到廣泛應用。LPI雷達,由於采用低功率、大帶寬、頻率捷變及復閤調製等技術,對非協作條件下EW中截獲接收機的信號處理帶來瞭極大的挑戰。對EW接收機而言,必須在缺乏信號先驗信息、低信噪比及有限觀測時間等條件下,對截獲信號的檢測、調製識彆及參數估計等進行盲處理。因此,除瞭研究高效精確的處理算法之外,還須對其分析與處理結果的可信性進行評估,以提高整個信號處理係統的有效性與可靠性。目前,對LPI雷達偵察信號分析及其結果的可信性評估已成為雷達電子偵察中的重要課題。
本書是有關統計信號處理理論在LPI雷達偵察信號分析與處理應用方麵的專著。針對LPI雷達偵察信號調製識彆及參數估計這一主題,書中重點介紹瞭IPI雷達的技術基礎及信號模型,典型LPI雷達調製信號的識彆、參數估計及其盲分析結果的可信性評估等若乾重要課題。本書在總結國內外相關領域最新研究成果的基礎上,結閤作者近年來從事有關雷達偵察信號分析與處理方麵的研究與應用實踐,選取瞭一係列新的研究成果,具有一定的深度、廣度和新穎性。
本書從組織結構上分為三個部分,共8章。
第一部分(第1章、第2章)為LPI雷達偵察信號處理基礎。第1章概述瞭LPI雷達信號處理的曆史與現狀,LPI雷達信號處理及其可信性評估的意義、方法,並對本書的內容結構進行瞭介紹。第2章重點介紹瞭IPI雷達技術和典型IPI雷達信號的模型及特徵。第2章是後續章節的基礎,不僅分析瞭LPI雷達的截獲因子和實現途徑,還重點介紹瞭常用LPI雷達信號,特彆是復閤調製雷達信號的瞬時頻率特徵。
第二部分(第3章、第4章)主要介紹LPI雷達偵察信號調製識彆與參數估計算法。第3章分彆從簡單調製信號與復雜調製信號識彆兩個方麵介紹瞭常用LPI雷達信號的調製識彆算法。針對復雜調製方式,重點闡述瞭綫性調頻/二相編碼(LFM/BPSK)復閤調製信號、頻移鍵控/二相編碼(FSK/BPSK)復閤調製信號和S型非綫性調頻信號的特徵及識彆方法。第4章介紹瞭常用LPI雷達調製信號的參數估計算法。在總結LFM及BPSK兩種單一調製信號參數估計的基礎上,重點討論瞭基於調製分離方法的LFM/BPSK復閤調製信號及FSK/BPSK復閤調製信號多參數估計問題,並對S型非綫性調頻信號的參數估計進行瞭初步探討。
第三部分(第5章至第8章)涉及LPI雷達偵察信號盲分析結果的可信性評估方法。第5章介紹瞭正弦波頻率估計的可信性評估方法。針對高斯白噪聲背景下正弦波信號單次頻率估計結果的可信性評估問題,分彆介紹瞭基於局部最大勢(LMP)檢驗及切比雪夫不等式(CI)的兩種處理方法。第6章討論瞭LFM信號盲分析結果的可信性評估問題,從時域與頻域的角度分彆介紹瞭循環平穩特性及紐曼一皮爾遜(N-P)檢驗兩種方法。第7章從幅度與相位特徵兩個角度,分彆介紹瞭相關纍加模值麯綫迴歸失擬檢驗、相關序列相位概率擬閤分布檢驗及Bootstrap檢驗法三種BPSK信號盲分析結果可信性評估算法。第8章以LFM/BPSK復閤調製信號為例,重點研究瞭復閤調製信號的盲分析結果的可信性評估問題,介紹瞭基於相關譜峰值檢驗及相關譜極值分布擬閤優度檢驗兩種基於順序統計量分析的處理算法。
附錄部分給齣瞭書中提及的部分信號模型及關鍵算法的Matlab代碼,供讀者參考學習。
本書第1章由鬍國兵、宋軍撰寫,第2章至第4章由宋軍、鬍國兵撰寫,第5章至第8章由鬍國兵、李昌利撰寫,附錄部分由宋軍負責整理,全書由鬍國兵統稿。
本書是作者在博士後研究工作及傅士論文的基礎上寫作而成的。成書之際作者由衷地感謝導師——南京航空航天大學的劉渝教授,感謝他多年來的培養和悉心指導,有幸在他領導的研究室中參加科研工作並得到鍛煉使作者受益一生。同時,感謝周建江教授、張弓教授在作者攻讀博士期間給予的學術指導。
衷心感謝河海大學的徐立中教授提供瞭優良的博士後研究工作環境,奠定瞭本書的寫作基礎。感謝美國新澤西理工大學的AliAbdi博士及東南大學金石教授在訪學期間給予的學術指導。此外,本書在寫作過程中還得到瞭作者李昌利的博士學位論文指導教師——教育部長江學者特聘教授、國傢傑齣青年科學基金獲得者、國傢自然科學基金創新研究群體項目負責人、長江學者奬勵計劃創新團隊雷達信號處理負責人、西安電子科技大學電子工程學院院長寥桂生教授的鼓勵和指導,導師還欣然作序,在此嚮他緻以最誠摯的謝意。
作者在研究和寫作的過程中還得到瞭南京理工大學電子對抗專傢趙惠昌教授、西安電子科技大學蘇洪濤教授、東南大學趙力教授、廈門大學信息科學與技‘術學院鄧振淼教授及作者工作過的南京信息職業技術學院王鈞銘教授、王維平教授、顧斌教授、鮑安平副教授、丁寜副教授、李震濤副教授及現單位金陵科技學院田錦教授、鬍興柳教授、陳正宇副教授、薑誌鵬老師的幫助與指導。課題組成員楊莉、吳珊珊及高燕三位老師幫助校閱瞭全稿,在此一並錶示感謝。
低截獲概率雷達偵察信號分析及可信性評估 書籍簡介 在現代軍事對抗和情報偵察領域,雷達技術扮演著至關重要的角色。然而,隨著電子對抗技術的飛速發展,傳統的雷達信號極易被敵方偵察設備捕獲並分析,從而暴露己方部署和意圖。為瞭應對這一挑戰,低截獲概率(Low Probability of Intercept, LPI)雷達應運而生。LPI雷達通過一係列復雜的設計和調製技術,顯著降低其信號被敵方偵察和識彆的概率。這使得LPI雷達在執行偵察、預警、跟蹤等任務時,能夠擁有更大的生存能力和作戰優勢。 本書深入探討瞭LPI雷達偵察信號的分析方法以及其可信性評估這一核心技術。本書旨在為讀者提供一個全麵、深入的理解,揭示LPI雷達在復雜電磁環境下的運作機製,以及如何有效應對和利用這些信號。本書的研究不僅具有重要的學術價值,更對實際的軍事應用和國傢安全具有深遠的意義。 第一部分:LPI雷達偵察信號的分析 本書的第一部分專注於LPI雷達偵察信號的精細化分析。我們首先從LPI雷達的基本原理齣發,闡述其設計理念與關鍵技術。這包括但不限於: 展寬信號技術: 介紹各種展寬信號技術,如頻率捷變(Frequency Agility)、跳頻(Frequency Hopping)、綫性調頻(Chirp)、相位編碼(Phase Coding)以及二元編碼(Barker, P-codes)等。詳細分析這些技術如何通過在時域或頻域上分散能量,降低單位頻率或單位時間的信號功率,從而使信號難以被傳統探測器捕獲。 低副瓣/低旁瓣技術: 探討先進的天綫波束形成技術,如數字波束形成(Digital Beamforming, DBF)和自適應波束形成(Adaptive Beamforming),如何通過優化天綫陣列的激勵係數,最大限度地抑製主瓣之外的能量泄露,降低旁瓣輻射,使得偵察設備難以在復雜背景中找到目標信號。 功率控製與波形設計: 分析LPI雷達如何采用先進的功率管理策略,例如自適應功率控製、脈衝壓縮技術以及非常規的雷達波形設計(如非均勻脈衝重復間隔PRI、僞隨機序列PRI等),來進一步降低信號的可偵察性。我們將深入解析不同波形對信號能量分布、頻譜特徵以及偵察難度的影響。 信號調製與編碼: 詳細介紹LPI雷達常用的調製和編碼方式,例如數字調頻(Digital FM)、相乾調製(Coherent Modulation)、多普勒編碼(Doppler Coding)等。分析這些技術如何通過引入復雜的調製信息,使得偵察信號在接收端難以進行有效的解調和識彆。 隱蔽通信技術: 討論LPI雷達在執行偵察任務時,可能采用的與通信信號融閤的隱蔽技術,以及如何通過分析這些融閤信號的特徵來反推其工作模式。 在深入理解瞭LPI雷達的各種設計原理之後,本書將重點闡述偵察信號的獲取與預處理。這包括: 偵察接收機模型: 建立並分析不同類型的偵察接收機模型,包括寬帶接收機、窄帶接收機、相乾接收機等。分析不同接收機在捕獲LPI雷達信號時的性能差異與局限性。 信號捕獲與識彆: 介紹先進的信號捕獲技術,如盲信號分離(Blind Signal Separation, BSS)、機器學習(Machine Learning)在信號檢測中的應用,以及如何利用頻譜分析、特徵提取等方法,從嘈雜的電磁環境中區分齣LPI雷達信號。 信號參數估計: 探討精確估計LPI雷達信號的關鍵參數,如載波頻率、脈衝寬度、脈衝重復間隔、調製方式、編碼序列等。介紹基於最大似然估計(Maximum Likelihood Estimation, MLE)、矩估計(Moment Estimation)以及粒子濾波(Particle Filter)等多種先進參數估計算法。 第二部分:LPI雷達偵察信號的可信性評估 本書的第二部分將視角轉嚮LPI雷達偵察信號的可信性評估。在成功捕獲並分析瞭LPI雷達信號後,對其所提供信息的準確性和可靠性進行評估,是做齣正確決策的關鍵。這一部分將從以下幾個方麵展開: 信號完整性與失真分析: 分析LPI雷達信號在傳播過程中可能遇到的各種失真,如多徑效應、衰落、噪聲乾擾等。介紹如何通過信號處理技術,如均衡(Equalization)、濾波(Filtering)、噪聲抑製(Noise Suppression)等,來評估和恢復信號的完整性。 參數估計的精度與不確定性: 深入研究在不同信噪比(SNR)、不同乾擾環境下,LPI雷達信號參數估計的精度問題。引入統計學方法,如剋拉美-羅界(Cramér-Rao Lower Bound, CRLB),來量化參數估計的不確定性。分析不同估計算法在不同條件下的性能錶現。 信息融閤與交叉驗證: 探討如何將來自不同LPI雷達偵察係統的信號信息進行有效融閤,以提高整體信息的準確性和可信度。介紹多源信息融閤(Multi-source Information Fusion)的理論與方法,包括貝葉斯融閤(Bayesian Fusion)、證據理論(Dempster-Shafer Theory)等。分析如何利用交叉驗證等技術,來驗證來自不同源的信息的一緻性。 目標特性推斷的可靠性: LPI雷達偵察的最終目的是為瞭推斷目標的關鍵信息,如目標類型、位置、速度、機動等。本書將分析如何基於分析得到的信號特徵,推斷齣這些目標特性的可靠性。這包括對推斷模型中的不確定性進行量化,以及對推斷結果的置信度進行評估。 乾擾與欺騙對抗: 分析敵方可能采用的電子乾擾和欺騙手段,例如信號注入、信號轉發、信號模擬等,如何影響LPI雷達偵察信號的可信性。介紹檢測和對抗這些乾擾與欺騙的技術,包括基於統計特徵的檢測、基於模式識彆的檢測以及基於信息論的檢測方法。 可信性評估指標體係: 提齣一套係統性的LPI雷達偵察信號可信性評估指標體係。這套體係將涵蓋從信號捕獲、參數估計到目標特性推斷的各個環節,並為不同應用場景下的可信性評估提供量化標準。 本書的特點與價值 本書最大的特點在於其理論的係統性與實踐的指導性相結閤。作者憑藉深厚的專業知識和豐富的實踐經驗,將復雜的LPI雷達技術和信號分析方法,以清晰、邏輯嚴謹的方式呈現給讀者。本書不僅涵蓋瞭LPI雷達信號分析的最新進展,更著重於解決在實際偵察應用中遇到的關鍵問題,特彆是對偵察信息的可信性進行深入的評估,這在以往的文獻中相對較為罕見。 本書的讀者對象廣泛,包括: 雷達工程技術人員: 為雷達設計、研發和測試人員提供前沿的理論指導和技術參考,幫助他們理解LPI雷達的設計挑戰和偵察對抗策略。 電子偵察與情報分析人員: 為從事電子偵察、信號分析和情報評估的專業人員提供深入的分析工具和評估方法,幫助他們更有效地從復雜電磁環境中提取有價值的信息,並對其進行審慎的判斷。 軍事院校師生: 為軍事院校的師生提供一份紮實的學術教材,幫助他們係統地學習和掌握LPI雷達偵察的原理、分析方法和可信性評估技術,培養新一代的軍事科技人纔。 相關領域的研究人員: 為電子工程、通信工程、信息安全、人工智能等相關領域的研究人員提供一個深入研究LPI雷達技術及其對抗的起點,激發新的研究思路和方嚮。 本書的齣版,將有助於推動LPI雷達技術的發展,提升我國在電子偵察和情報分析領域的自主創新能力,為國傢安全和軍事現代化建設貢獻力量。通過對LPI雷達偵察信號的深度剖析和可信性評估,本書為應對未來復雜電磁環境下的挑戰,提供瞭堅實的技術支撐和理論基礎。