雷达对抗技术04-2015.

第4章雷达侦察信号分析与处理典型处理过程：1、侦察天线——实时检测和参数测量电路——脉冲描述字PDW脉冲描述字PDW（PulseDiscreptionWord）:对射频脉冲以指定长度（定长）、指定格式（定格）、指定位含义（定位）的数字形式的信号参数描述字。雷达侦察系统的前端：从侦察天线到射频信号实时检测和参数测量电路的输出端。2、前端输出——信号处理设备——辐射源分选、参数估计、辐射源识别、威胁程度判别、作战态势判别雷达侦察系统的后端：从信号处理设备至显示、存储、记录设备。4．1概述1．信号处理的任务侦察系统的前端担任预处理任务，输出实时脉冲描述字流{PDW}。信号处理的任务是对{PDW}进行信号分选、参数估计、存储、记录和其它任务。实时脉冲描述字流的组成和数据格式与侦察系统的组成和性能有关。典型情况下为：0(,,,,,iiiiiiAOARFTOAPWPiiPDWftAF,,,,,AOARFTOAPWPftAFi为脉冲到达方位角为脉冲的载波频率为脉冲前沿到达时间为脉冲宽度为脉冲幅度或脉冲功率为脉内调制特征，是按照时间顺序检测到的射频脉冲的序号。2．信号处理的主要技术要求1）可分选识别的雷达辐射源类型和可信度辐射源类型分为：信号类型工作类型信号类型：按照雷达发射信号的调制类型分类，具体如下：3/39具体如下：幅度调制类脉冲调制连续波(CW)单频频率分集线性调频频率编码固定相位随机相位相位编码频率调制类相位调制类4/39工作类型：雷达的功能、用途、工作体制和工作状态等可分选和识别的辐射源类型与侦察系统功能和用途有关：电子情报侦察(ELINK)：可分选和识别的辐射源类型多；电子支援侦察(ESM)：主要是当前战场上对我方有一定威胁的敌方雷达；雷达寻的和告警系统(RHAW)：主要是对我方形成威胁的火控、近炸、制导和末制导雷达。可信度：考核信号处理识别分选识别结果的质量指标。5/392)可测量和估计的雷达辐射源参数、参数范围和估计精度参数名称计量单位参数范围估计精度参数来源辐射源方位0～3603由分选后PDW统计估值信号载频MHz500~400003由分选后PDW统计估值脉冲宽度s0.05~5005x10-2由分选后PDW统计估值脉冲重复周期ms0.01~1001x10-4由分选后PDW相关统计天线扫描周期s0.005~601x10-3由分选后PDW相关统计脉内频率调制见信号类型的频率调制类由脉内信号分析电路检测脉间频率调制检测跳频范围、频点和频率转移概率矩阵由分选后PDW相关统计脉内相位调制见信号类型的相位调制类由脉内信号分析电路检测重复周期调制检测调制类型、范围和周期转移矩阵由分选后PDW相关统计脉冲宽度调制检测脉宽调制数值和脉宽转移概率矩阵由分选后PDW相关统计天线扫描调制检测扫描周期、照射时间、扫描调制方式等由分选后PDW相关统计6/393)信号处理时间两类信号处理时间：对指定雷达信号的处理时间TSP是从前端输出指定的脉冲描述字流开始，到产生对该辐射源分选和识别结果，并达到指定的分选和识别概率、参数估计精度所需要的时间。7/39对指定信号环境中各雷达信号的平均处理时间对指定的雷达辐射源信号环境中的N部雷达辐射源处理时间的加权平均：信号处理时间要求：ELINK：较长或者非实时ESM：实时处理，较短RHAW：实时处理，最短信号处理时间与信号分选、识别、参数估计精度、信号环境等因素有关。NiiSPiSPTWT1SPT8/394）可处理的信号流密度可处理的信号流密度是指不发生数据丢失的条件下，单位时间内信号处理机允许前端输入的最大脉冲描述字流的平均数max。主要取决于信号环境中辐射源数量、侦察系统前端的检测范围、检测能力以及每个辐射源的脉冲重复频率、天线波束指向和扫描方式等。如：星载、机载的ELINK：max＝几百万个脉冲/秒机载的ESM、RHAW：max＝几十万个脉冲/秒地面、舰载侦察设备：max＝几万～几十万个脉冲/秒9/393．信号处理的主要流程信号处理包括预处理和主处理两部分，如图示:已知雷达数据库{Cj}雷达信号知识库{Dk}已知雷达信号预分选未知雷达信号预分选已知雷达信号主分选检测、参数估计、识别与决策处理等未知雷达信号主分选检测、参数估计、识别与决策处理等数据库、知识库的补充与修订人工干预及控制、处理结果显示、记录等前端输入0}{iiPDW剩余}{iPDW}{,jiPDW}{.kiPDW信号预处理信号主处理10/391)信号预处理11/3912/392）信号主处理13/3914/3915/394．2对雷达信号时域参数的测量脉冲到达时间（tTOA）、脉冲宽度（PW）、脉冲幅度（AP）1、脉冲到达时间（tTOA）的测量()vstmod(,,)()(),0TOAvTvTtDTttstUstUINTmod(,,)INTttTTDTttt为避免周期测量模糊，应保证maxrTT2()NvTrmaxtTttstUT为时间计数器的计数脉冲周期，为时间计数器的最大无模糊计数范围，为发生过门限的时间，为雷达侦察系统最大无模糊可测的雷达脉冲重复周期。17/392、脉冲宽度（PW）的测量INTTOETOAPWtttmod(,,)()(),0TOEvTvTtDTttstUstU18/393、脉冲幅度（AP）的测量00000()2()INT2()0()NvNvPvvStVVstVAVVStVVStV溢出0002]A/DNNVVVVV式中[，为变换器的输入动态范围；为最低量化电平；为幅度量化位数；为幅度量化单位。4.3雷达侦察信号的预处理4.3.1对已知雷达信号的预处理1、的生成要求：1）构成的各维参数特征及参数的具体描述都必须与侦察接收机前端输出的PDW参数特征及参数的具体描述保持一致。2）必须表现出已知雷达j在PDW的多维特征参数空间中详细的、具体的性质，以便于预处理能够尽快、准确地实现信号分选。1mjjC1mjjCjC生成原则：21/39选择作为特征参数基的有：(1)，取决于雷达与侦察机之间的相对方位角(2)，取决于雷达的载频变频方式和变化能力(3)，在信号时域重合概率较低的场合适用(4)，脉内调制特征主要指在单个脉冲时间内的频率、相位调制特征。不适合：：难于满足实时性要求：平稳性较差jCAOARFfPWFTOAtPA2、预处理的基本算法对已经生成的，预处理的基本预分选算法：式中即1mjjC,11,11()()mmijijjjmimijijjjPDWMPDWCPDWPDWMPDWC,,11,,011mmijijjjmmijijiijjPDWPDWPDWPDWPDW1,,11()miijjmmijijjjMPDWPDWCPDWPDW是在子空间的投影，为的剩余（补流）4.3.2对未知信号的预处理三参数：、、1、的生成原则除与的生成原则相同外，还应满足：(1)完备性和正交性以保证任意输入的PDW，都必将被唯一地分选到一个中。(2)尽可能使同一部雷达、在同一种工作方式下的PDW在信号预分选后处于同一个分选子流中。1nkkD1mjjC1,,1,...,;nkijkDDDijnij,ikPDW,ikPDWAOARFfPW24/392、常用的(1)矩形均匀分划优点：预处理十分简单。缺点：没有充分利用雷达信号参数非均匀分布的一般知识，显然不是最合理的。(2)矩形非均匀分划工程中实际使用的非均匀分划主要是按照原则和经验制定的。1nkkD3、预处理的基本算法,11,...,()niikkikPDWPDWknMPDWD式中是在的投影。由于满足完备性和正交性，保证了剩余子流中的任意都将被唯一分选到某一分选数据缓存区中。()iMPDWiPDW1nkkD1nkkDiPDW4．4对雷达信号的主处理4.4.1对已知雷达信号的主处理27/3928/394.4.2对未知雷达信号的主处理29/3930/394．5雷达侦察信号的谱分析信号谱分析在无线电侦察信号分析与处理中具有重要作用。它的主要任务是对所截获的信号频谱或功率谱进行分析，以获得无线电信号的谱结构信息。这些关于信号谱结构的信息，对无线电侦察中判定信号的调制种类、恢复谱对称结构带通信号的载波，以及提取数字带通调制信号的符号码元调制速率(等于符号宽度的倒数)等，都起着直接的支持作用。归纳起来，谱分析在无线电侦察中的直接用途主要是：(1)信号检测；(2)信号调制种类识别；(3)信号带宽估计；(4)已调信号的载波估计；(5)数字通信信号的符号调制速率估计。31/554.5.1功率谱估计概述32/5533/55英国的科学家牛顿最早给出了“谱”的概念1822年，法国工程师傅里叶提出了著名的傅里叶谐波分析理论。由于傅里叶系数的计算是一困难的工作，所以促使人们研制相应的机器，如英国物理学家Thomson发明了第一个谐波分析仪用来计算傅里叶系数Ak，Bk。利用该机器画出某一港湾一年的潮汐曲线约需4小时34/5519世纪末，Schuster提出用傅里叶系数的幅平方，即作为函数中功率的测量，并命名为“周期图”（periodogram），这是经典谱估计最早的提法，至今仍被沿用。只不过我们现在是通过FFT计算离散傅里叶变换，使等于该傅里叶变换的幅平方。Schuster鉴于周期图的起伏剧烈，提出了“平均周期图”的概念，并指出了在对有限长数据计算傅里叶系数时所存在的“边瓣”问题，这就是后来我们所熟知的窗函数的影响。22kkkSAB35/55Schuster用周期图计算太阳黑子活动的周期，以1749～1894年每月太阳的黑子数为基本数据，得出黑子的活动周期是11.125年，而天文文献记载是11年。周期图较差的方差性能促使人们研究另外的分析方法。Yule于1927年提出了用线性回归方程来模拟一个时间序列，从而发现隐含在该时间序列中的周期性。36/55他猜想如果太阳黑子的运动只有一个周期分量，那么黑子数可用如下方程来产生，是存在于k时刻的很小的冲激序列。Yule的这一工作实际上成了现代谱估计中最重要的方法——参数模型法的基础。Yule利用1749～1924年的年平均黑子数为数据，利用最小平方的方法估计出，估计出的黑子活动周期为10.08年，然后对数据作移动平均滤波，得到周期是11.43年。12xkaxkxkekek1.62374a37/55Walker利用Yule的分析方法研究了衰减的正弦时间序列，并得出了在对最小二乘分析中常用的Yule－Walker方程。因此Yule，Walker是开拓自回归模型的先锋。Yule的工作使人们重新想起了早在1795年Prony提出的指数拟合法，使Prony方法形成了现代谱分析的又一重要内容。38/551930年，著名的控制理论专家Wiener出版了他的经典著作“GeneralizedHarmonicAnalysis”。在该书中首次精确的定义了一个随机过程的自相关函数及功率谱密度，并把谱分析建立在随机过程统计特征的基础上，即功率谱密度是随机过程二阶统计量自相关函数的傅里叶变换。这就是Wiener－Khintchine定理。该定理把功率谱密度定义为频率的连续函数，而不再是以前离散的谐波频率的函数。39/551949年，Tukey根据Wiener－Khintchine定理提出了对有限长数据作谱估计的自相关法，即利用有限长的数据估计自相关函数，再用该自相关函数作傅里叶变换，从而得到谱的估计。Blackman和Tukey在1958年出版的有关经典谱估计的专著中讨论了自相关谱估计法，后人又把经典谱估计的自相关法称为BT