高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于MUSIC算法的二次雷达应答信号分离方法

张海 陈小龙 张涛 张财生

张海, 陈小龙, 张涛, 张财生. 基于MUSIC算法的二次雷达应答信号分离方法[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT190842
引用本文: 张海, 陈小龙, 张涛, 张财生. 基于MUSIC算法的二次雷达应答信号分离方法[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT190842
Hai ZHANG, Xiaolong CHEN, Tao ZHANG, Caisheng ZHANG. Overlapping Secondary Surveillance Radar Replies Separation Algorithm Based on MUSIC[J]. Journal of Electronics and Information Technology. doi: 10.11999/JEIT190842
Citation: Hai ZHANG, Xiaolong CHEN, Tao ZHANG, Caisheng ZHANG. Overlapping Secondary Surveillance Radar Replies Separation Algorithm Based on MUSIC[J]. Journal of Electronics and Information Technology. doi: 10.11999/JEIT190842

基于MUSIC算法的二次雷达应答信号分离方法

doi: 10.11999/JEIT190842
基金项目: 国家自然科学基金(U1933135, 61871391, 61931021);山东省重点研发计划(2019GSF111004)
详细信息
    作者简介:

    张海:男,1976年生,副教授,研究方向为雷达信号处理、雷达目标特性等

    陈小龙:男,1985年生,副教授,研究方向为雷达动目标检测、海杂波抑制、雷达信号精细化处理等

    张涛:男,1986年生,工程师,研究方向为ADS-B系统设计及信号处理等

    张财生:男,1983年生,讲师,研究方向为雷达信号处理、ADS-B信号处理等

    通讯作者:

    张涛 radarads@sina.com

  • 中图分类号: TN958.96; V19

Overlapping Secondary Surveillance Radar Replies Separation Algorithm Based on MUSIC

Funds: The National Nature Science Foundation of China (U1933135, 61871391, 61931021), The Key Research and Development Program of Shandong Province (2019GSF111004)
  • 摘要: 为了提高在高密度信号环境下对二次监视雷达(SSR)应答信号的接收性能,该文提出一种将信源数估计和信号到达方向(DOA)估计相结合构建分离矩阵实现交叠信号分离的算法。首先根据交叠信号量测的特征值分布来确定交叠信号的个数;然后利用MUSIC算法作谱峰搜索得到各信号的DOA,并重构混合矩阵;最后通过计算混合矩阵的广义逆得到分离矩阵,并实现对交叠信号的分离。以6阵元均匀线阵为前提进行仿真分析,结果表明所提分离算法可达到90%以上的分离成功率,分离性能和独立成分分析(ICA)算法相当,优于基于投影技术分离算法(PA),但计算量远小于ICA算法,不足ICA算法计算量1/10,更易于工程化应用。
  • 图  1  SSR应答信号四重交叠

    图  2  特征值分布及信号的空间谱

    图  3  不同测向误差下的失败率和误码率

    图  4  不同测向误差下的失败率和误码率(完全交叠)

    图  5  不同交叠程度下的不同算法的分离失败率

    图  6  不同交叠程度下的不同算法的误码率

    表  1  交叠信号个数检测正确概率(%)

    DOASNR4 dB8 dB12 dB16 dB20 dB
    93.6395.8497.5198.6199.17
    15°93.0795.8496.9597.7898.89
    30°92.8095.2996.4097.2398.61
    45°90.8693.9195.8496.4098.34
    60°85.8791.9795.2995.2998.06
    75°72.5878.9587.8193.9197.51
    90°71.7577.8482.5586.7090.03
    下载: 导出CSV
  • [1] 张军. 空域监视技术的新进展及应用[J]. 航空学报, 2011, 32(1): 1–14.

    ZHANG Jun. New development and application of airspace surveillance technology[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2011, 32(1): 1–14.
    [2] PETROCHILOS N, GALATI G, and PIRACCI E. Separation of SSR signals by array processing in multilateration systems[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2009, 45(3): 965–982. doi:  10.1109/TAES.2009.5259177
    [3] 王洪, 刘昌忠, 汪学刚. 二次雷达S模式综述[J]. 电讯技术, 2008, 48(7): 113–118. doi:  10.3969/j.issn.1001-893X.2008.07.029

    WANG Hong, LIU Changzhong, and WANG Xuegang. Mode S for secondary surveillance radar (SSR): An introduction and overview[J]. Telecommunication Engineering, 2008, 48(7): 113–118. doi:  10.3969/j.issn.1001-893X.2008.07.029
    [4] PETROCHILOS N, GALATI G, MENE L, et al. Separation of multiple secondary surveillance radar sources in a real environment by a novel projection algorithm[C]. The 5th IEEE International Symposium on Signal Processing and Information Technology, Athens, Greece, 2005: 125–130.
    [5] PETROCHILOS N, GALATI G, and PIRACCI E. Projection techniques for separation of multiple secondary surveillance radar sources in a real environment[C]. The 4th IEEE Workshop on Sensor Array and Multichannel Processing, Waltham, USA, 2006: 344–348.
    [6] PETROCHILOS N, PIRACCI E G, and GALATI G. Separation of multiple secondary surveillance radar sources in a real environment for the near-far case[C]. Antennas and Propagation Society International Symposium, Honolulu, USA, 2007: 3988–3991.
    [7] CHEN Xiaolong, CHEN Baoxin, GUAN Jian, et al. Space-range-Doppler focus-based low-observable moving target detection using frequency diverse array MIMO radar[J]. IEEE Access, 2018, 6: 43892–43904. doi:  10.1109/ACCESS.2018.2863745
    [8] 陈小龙, 关键, 黄勇, 等. 雷达低可观测动目标精细化处理及应用[J]. 科技导报, 2017, 35(20): 19–27.

    CHEN Xiaolong, GUAN Jian, HUANG Yong, et al. Radar refined processing and its applications for low-observable moving target[J]. Science &Technology Review, 2017, 35(20): 19–27.
    [9] GALATI G, BARTOLINI S, and MENE L. Analysis of SSR signals by super resolution algorithms[C]. The 4th IEEE International Symposium on Signal Processing and Information Technology, Rome, Italy, 2004: 166–170.
    [10] 王洪, 黄荣顺, 徐自励. 多点定位中A/C模式混叠信号的时域分离算法[J]. 电子科技大学学报, 2013, 42(6): 848–851. doi:  10.3969/j.issn.1001-0548.2013.06.007

    WANG Hong, HUANG Rongshun, and XU Zili. Separating algorithm of A/C garbles in time domain for multilateration[J]. Journal of University of Electronic Science and Technology of China, 2013, 42(6): 848–851. doi:  10.3969/j.issn.1001-0548.2013.06.007
    [11] 王洪, 刘昌忠, 汪学刚, 等. 多点定位混叠信号的盲分离[J]. 电讯技术, 2009, 49(12): 1–4. doi:  10.3969/j.issn.1001-893x.2009.12.001

    WANG Hong, LIU Changzhong, WANG Xuegang, et al. Blind Separation of gables in multilateration[J]. Telecommunication Engineering, 2009, 49(12): 1–4. doi:  10.3969/j.issn.1001-893x.2009.12.001
    [12] PETROCHILOS N and VAN DER VEEN A J. Algorithms to separate overlapping secondary surveillance radar replies[C]. 2004 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Montreal, Que., Canada, 2004: ii-49.
    [13] 刘松, 庞育才. 基于扩展ESPRIT的随机阵列高效DoA估计算法[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(6): 1324–1329.

    LIU Song and PANG Yucai. Efficient augmented ESPRIT-based direction-of-arrival estimation algorithm for random arrays[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2019, 41(6): 1324–1329.
    [14] 王洪. 1030/1090 MHz频谱的共享与干扰问题综述[J]. 电讯技术, 2013, 53(1): 105–109. doi:  10.3969/j.issn.1001-893x.2013.01.021

    WANG Hong. Overview of sharing and interference at 1030/1090 MHz[J]. Telecommunication Engineering, 2013, 53(1): 105–109. doi:  10.3969/j.issn.1001-893x.2013.01.021
    [15] 孙清清, 王洪, 黄忠涛, 等. 1090MHz信号同频干扰与窜扰概率探究[J]. 通信技术, 2013, 46(2): 8–11. doi:  10.3969/j.issn.1002-0802.2013.02.005

    SUN Qingqing, WANG Hong, HUANG Zhongtao, et al. Exploration on 1090MHz co-channel interference and probability of garble[J]. Communications Technology, 2013, 46(2): 8–11. doi:  10.3969/j.issn.1002-0802.2013.02.005
    [16] SCHMIDT R O. Multiple emitter location and signal parameter estimation[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1986, 34(3): 276–280. doi:  10.1109/TAP.1986.1143830
    [17] 王旭东, 仲倩, 闫贺, 等. 一种二维信号波达方向估计的改进多重信号分类算法[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(9): 2137–2142. doi:  10.11999/JEIT181090

    WANG Xudong, ZHONG Qian, YAN He, et al. An improved MUSIC algorithm for two dimensional direction of arrival estimation[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2019, 41(9): 2137–2142. doi:  10.11999/JEIT181090
    [18] 张蔚. 二次雷达原理[M]. 北京: 国防工业出版社, 2009: 144–146. ZHANG W. Secondary Radar Principle[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2009: 144–146.
    [19] RTCA D. RTCA DO-260B Minimum operational performance standards for 1090 MHz extended squitter automatic dependent surveillance-broadcast (ADS-B) and traffic information services-broadcast (TIS-B)[S]. Washington, DC: RTCA, Inc., 2011.
    [20] ICAO A. 10 (Aeronautical Telecomm.) to the convention on international civil aviation[J]. Volume I, 1996: 52–60.
    [21] 王永良, 陈辉, 彭应宁, 等. 空间谱估计理论与算法[M]. 北京: 清华大学出版社, 2004: 40–52.

    WANG Yongliang, CHEN Hui, PENG Yingning, et al. Spatial Spectrum Estimation Theory and Algorithm[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2004: 40–52.
    [22] ROY R and KAILATH T. ESPRIT-estimation of signal parameters via rotational invariance techniques[J]. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 1989, 37(7): 984–995. doi:  10.1109/29.32276
    [23] 王洪, 刘昌忠, 汪学刚, 等. 强干扰背景下S模式解码方法[J]. 电子与信息学报, 2009, 31(12): 2876–2880.

    WANG Hong, LIU Changzhong, WANG Xuegang, et al. Mode S decoding methods in heavy jamming environment[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2009, 31(12): 2876–2880.
    [24] 张涛, 唐小明, 金林. 基于置信度的S模式信号随机多位纠错技术[J]. 电讯技术, 2015, 55(9): 1005–1009. doi:  10.3969/j.issn.1001-893x.2015.09.010

    ZHANG Tao, TANG Xiaoming, and JIN Lin. Confidence-based brute force technique with random errors for Mode S reply[J]. Telecommunication Engineering, 2015, 55(9): 1005–1009. doi:  10.3969/j.issn.1001-893x.2015.09.010
    [25] 孙守宇. 盲信号处理基础及其应用[M]. 北京: 国防工业出版社, 2010: 50–95.

    SUN S Y. Blind Signal Processing Foundation and It’s Applications[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2010: 50–95.
  • [1] 王文益, 邵宇识.  基于改进单天线投影算法的广播式自动相关监视信号分离, 电子与信息学报. 2020, 42(0): 1-7. doi: 10.11999/JEIT190673
    [2] 姚敏立, 王旭健, 张峰干, 戴定成.  基于动态参数差分进化算法的多约束稀布矩形面阵优化, 电子与信息学报. 2020, 42(5): 1281-1287. doi: 10.11999/JEIT190346
    [3] 郑占旗, 阎跃鹏, 张立军, 王宇灏, 张金玲, 慕福奇.  增加副瓣抑制机制的阵列天线波束赋形遗传算法研究, 电子与信息学报. 2017, 39(3): 690-696. doi: 10.11999/JEIT160466
    [4] 王鹏, 邱天爽, 任福全, 李景春, 谭海峰.  对称稳定分布噪声下基于广义相关熵的DOA估计新方法, 电子与信息学报. 2016, 38(8): 2007-2013. doi: 10.11999/JEIT151217
    [5] 李龙军, 王布宏, 夏春和.  基于改进迭代FFT算法的均匀线阵交错稀疏布阵方法, 电子与信息学报. 2016, 38(4): 970-977. doi: 10.11999/JEIT 150749
    [6] 丁振宇, 谭维贤, 王彦平, 洪文, 吴一戎.  平台运动测量误差对阵列天线合成孔径雷达三维成像影响分析, 电子与信息学报. 2015, 37(6): 1424-1430. doi: 10.11999/JEIT141106
    [7] 龚树凤, 贲德, 潘明海, 龙伟军.  考虑互耦修正的机会阵雷达波束方向图综合优化, 电子与信息学报. 2014, 36(3): 516-522. doi: 10.3724/SP.J.1146.2013.00108
    [8] 徐艳红, 史小卫, 许京伟, 李平.  基于响应矢量优化的共形阵列稳健波束形成方法, 电子与信息学报. 2014, 36(9): 2220-2226. doi: 10.3724/SP.J.1146.2013.01670
    [9] 袁自月, 牛一鸣, 杨国, 吴文.  一种阵列天线阵元幅相、位置误差校正方法, 电子与信息学报. 2014, 36(9): 2232-2237. doi: 10.3724/SP.J.1146.2013.01807
    [10] 赵晓晖, 李晓燕.  认知无线电中基于阵列天线和协方差矩阵的频谱感知算法, 电子与信息学报. 2014, 36(7): 1693-1698. doi: 10.3724/SP.J.1146.2013.01057
    [11] 张晓伟, 李明, 左磊.  基于基追踪-Moore-Penrose逆矩阵算法的稀疏信号重构, 电子与信息学报. 2013, 35(2): 388-393. doi: 10.3724/SP.J.1146.2012.00238
    [12] 孙慧峰, 石力, 邓云凯.  一种改进的星载SAR波束优化算法, 电子与信息学报. 2011, 33(3): 706-710. doi: 10.3724/SP.J.1146.2010.00666
    [13] 石力, 邓云凯.  基于自适应遗传算法的星载SAR天线方向图与模糊综合, 电子与信息学报. 2011, 33(12): 2825-2830. doi: 10.3724/SP.J.1146.2011.00375
    [14] 徐舜, 刘郁林, 陈绍荣.  一种非平稳卷积混合信号的时域盲源分离算法, 电子与信息学报. 2008, 30(3): 589-592. doi: 10.3724/SP.J.1146.2006.01273
    [15] 程正东, 罗景青, 樊祥, 马东辉.  信号源功率不一致对MUSIC算法分辨性能的影响, 电子与信息学报. 2008, 30(5): 1088-1091. doi: 10.3724/SP.J.1146.2006.01704
    [16] 齐子森, 郭英, 王布宏, 龚成.  共形阵列天线MUSIC算法性能分析, 电子与信息学报. 2008, 30(11): 2674-2677. doi: 10.3724/SP.J.1146.2007.00690
    [17] 程永强, 秦玉亮, 王宏强, 黎湘.  面向ATR的平面隙缝阵列天线电磁散射特性研究, 电子与信息学报. 2008, 30(10): 2343-2346. doi: 10.3724/SP.J.1146.2007.00418
    [18] 毕岗, 曾宇.  类傅里叶变换的多分量信号分离重构, 电子与信息学报. 2007, 29(6): 1399-1402. doi: 10.3724/SP.J.1146.2005.01344
    [19] 俄广西, 蒋谷峰.  基于MUSIC的阵列天线通道误差的盲估计算法, 电子与信息学报. 2006, 28(4): 667-670.
    [20] 朱贻盛, 李宏志, 戴辉.  环移SG自适应滤波器及其在交叠的周期性生物电信号分离中的应用, 电子与信息学报. 1995, 17(1): 7-12.
  • 加载中
  • 图(6) / 表ll (1)
    计量
    • 文章访问数:  2435
    • HTML全文浏览量:  551
    • PDF下载量:  30
    • 被引次数: 0
    出版历程
    • 收稿日期:  2019-11-01
    • 修回日期:  2020-05-20
    • 网络出版日期:  2020-04-10

    目录

      /

      返回文章
      返回

      官方微信,欢迎关注