电子战信号处理

电子战信号处理西安电子科技大学电子对抗研究所2012年5月主要内容1、绪论2、信号的频率测量与频谱分析3、信号的测向与定位4、雷达侦察的信号处理5、通信侦察与信号处理6、电子战侦察接收系统7、干扰引导的信号处理8、干扰系统综合设计技术9、反辐射攻击的信号处理10、对雷达的无源干扰技术1、绪论1.1电子战与电子战信号环境1.2电子战信号处理1.1电子战与电子战信号环境1.1.1电子战1.1.2电子战信号1.1.3电子战信号环境1.1.1电子战1.1.1.1定义电子战是敌对的双方或多方争夺电磁谱权的斗争。电磁谱权包括：1.电磁谱的利用权即能够在足够的时间和空间，利用电磁谱获取有用信息。其中既包括利用己方的电磁辐射与散射，也包括利用敌方和它方的电磁辐射与散射。一般通信、雷达、敌我识别、遥控遥测、无线电引信、导航等主要利用己方的电磁辐射与散射，而狭义电子战的电子侦察和电子对抗主要利用敌方或它方的电磁辐射（一般电子侦察探测），少数利用散射（超视距侦察、PCL等）。2、电磁谱的控制权即能够在需要的时间和空间，剥夺敌方对电磁谱的利用权，保障己方对电磁谱的利用权。一般将剥夺敌方对电磁谱利用权的行为称为电子对抗（ECM），包括电子干扰和电子攻击；将保障己方对电磁谱利用权的行为称为电子反对抗（ECCM）或抗干扰和抗摧毁。1.1.1电子战1.1.1.2特点作战对象种类多，数量大，空间分布宽，信号密度大（时、空、频占用率高）发展变化快，时效性强，对抗（博弈）性强在时间、空间、频谱、极化、能量、时频调制等参数域非匹配信号处理时间域不确知信号的出现和消失时间全时工作的信号（导航，部分测控/通信/连续波雷达，数据链等）；选时工作的信号（敌我识别，无线电引信，脉冲雷达，猝发测控/通信等）空间域不确知信号出现的空间位置（方位/仰角/距离/轨迹）水下，地/水面，空中，空间（临近，低/中/高轨，星间，星际）频谱域不确知信号出现的频谱位置和分布微波频段3MHz-300GHz，光电频段300GHz300THz(=1mm1m)1.1.1电子战1.1.1.2特点极化域不确知信号出现的极化方向垂直极化（大部分民用信号，部分雷达/通信等）水平极化（部分雷达/通信等）圆极化（部分雷达等）能量域不确知信号出现的功率影响功率的因素：发射源功率，发射天线增益与波束指向，空间传播衰减，接收天线增益与波束指向等调制域不确知信号出现的调制形式与调制参数调制形式：调幅，调频，调相，复合调制等调制参数：调幅调幅系数，边带，周期，谱宽调频调频系数，带宽，函数，周期调相调相系数，带宽，函数，周期1.1.1电子战1.1.1.2特点电子战装备技术特点与作战对象的技术和发展关系密切，针对性强，应充分利用各种先验信息需要以高速信息网络为基础，构建全时间、全球化、全频谱综合的电子战系统技术与战术的结合，人与设备的结合1.1.1.3分类主要按照作战对象的差别进行分类雷达对抗：包括对雷达、敌我识别器、无线电引信等的对抗；通信对抗：包括对通信、数据链、无线网络、遥控遥测、无线电导航等的对抗；光电对抗：包括对红外、可见光、激光、紫外等探测器的对抗；计算机网络对抗：包括战场无线网络对抗和有线网络对抗等。1.1.2电子战信号1.1.2.1电子战信号的来源1、敌方电子信息系统辐射的电磁信号，是本课程研究处理的主要对象；2、己方电子信息系统辐射的电磁信号，是本课程需要保护的对象；3、敌方电子信息系统辐射的电磁诱饵信号，与信号1或信号2具有密切的关系，是本课程需要识别处理的对象，也是对抗技术发展的瓶颈；4、它方电子信息系统辐射的电磁信号，其中一部份是本课程研究处理的对象（构建环境数据库），而另一部分则是电磁干扰信号。1.1.2.2作战对象的信号分类1．雷达与雷达诱饵信号用于探测目标和伪装雷达发射信号。2.通信与通信诱饵信号用于传输信息和伪装通信发射信号。3.敌我识别（询问机）信号用于双向身分识别4.无线电引信信号用于探测目标引爆战斗部5.导航信号用于目标自定位1.1.2电子战信号1.1.2.3雷达信号以高功率射频脉冲为主，频段3MHz100GHz，有脉内/脉间/天线扫描调制特性窄带信号的复信号表示幅相调制函数1.幅度调制由发射信号调制，天线扫描调制，传输路径调制，接收天线调制等组成a)发射信号调制分为：脉冲，连续波两类脉冲调制分为：脉内调制和脉间调制脉内调制集合是雷达信号个体识别的重要依据，常用的特征有：上升时间，下降时间，顶部起伏均值，方差，归一化包络频谱等分别称为脉冲包络种类归一化包络函数，脉宽1.1.2电子战信号1.1.2.3雷达信号1.幅度调制脉间调制重复周期调制K成组参差加抖动参差数k，周期长L，抖动量T发射天线扫描调制为侦察天线方位仰角天线振幅方向图波束形状：针状波束（两维窄），扇形波束（一宽一窄），柱状波束（两维宽）为两维波束扫描扫描方式：机械扫描（连续），电扫描（离散），机电混合扫描（一机一电）针状波束扫描：光栅，螺线（渐近/渐开），随机扇形波束扫描：圆周，线性，扇形柱状波束扫描：引导固定1.1.2电子战信号1.1.2.3雷达信号1.幅度调制接收天线扫描调制为雷达天线方位仰角全向天线（常用于测频/测时/信号检测）为收发天线之间距离脉冲雷达幅度调制典型接收天线阵非扫描为各天线相对方位仰角宽波束天线（常用于干涉仪/时差测向）窄波束天线（常用于比幅测向）传播路径衰减极化失配损失（侦察接收常用圆极化）1.1.2电子战信号1.1.2.3雷达信号1.幅度调制脉冲雷达功率调制连续波雷达功率调制当收发天线互指时，接收到的雷达信号功率最强1.1.2电子战信号1.1.2.3雷达信号例1.某雷达采用重频成组3参差工作方式，每组的参数分别为：310s/3脉冲，312s/4脉冲，315s/5脉冲，若首脉冲发射时间为10s，试求该雷达前14个脉冲的发射时间解：例2.某雷达发射脉冲功率105W，波长10cm，天线增益30dB，侦察接收天线增益10dB，距离300km，求在双方天线对准、极化失配损失0.5时，接收天线输出信号的功率解：序号1234567时间s10320630940125215641876序号891011121314时间s21882503281831333448376340731.1.2电子战信号1.1.2.3雷达信号例3.某PD雷达最大无模糊可测目标速度1500m/s，工作波长3cm，试求其需要采用的最小脉冲重复频率（重复周期）解：且正交采样例4.某雷达距离分辨15m，在5个仰角时的威力范围如下表，若在40仰角时需要的脉冲积累数为1，试求该雷达在其它各仰角处需采用的信号谱宽时宽、脉冲重复周期和脉冲积累数。解：1.根据距离分辨要求，信号谱宽均为2.根据最小测距要求，其它仰角的脉宽应为：3.根据最大测距要求，各仰角PRI和积累数应为：，仰角403020105最小距离km0.32.254.57.515最大距离km304590150300脉冲宽度s2153050100PRIms0.20.30.612脉冲积累数116252001.1.2电子战信号1.1.2.3雷达信号2.相位调制频率分集/编码的作用：频扫每个不同频率对应不同的波束指向，构成同时多波束抗目标角闪烁使目标RCS和散射中心相对稳定抗干扰反无同时信号侦测能力的电子侦察，抗全频率非同时干扰线性/非线性调频的主要作用：提高信噪比通过脉冲压缩提高信号功率和威力范围扩展频带，改善距离分辨能力分为脉内调制和脉间调制、频率调制和离散相位调制两类脉内频率调制单频频率分集频率编码线性调频非线性调频表达式，，主要参数0{i}i{i}i,T,n0,1.1.2电子战信号1.1.2.3雷达信号2.相位调制相位编码的作用：提高信噪比通过脉冲压缩提高信号功率和威力范围，处理简单扩展频带，改善距离分辨能力，但作用有限存在速度失配损失，大码长对高速目标损失严重脉内相位调制稳定相位二相编码四相编码随机相位表达式主要参数{ci(0,1)}i,T,n{ci(0,1,2,3)}i,T,n1.1.2电子战信号1.1.2.3雷达信号特点：以高功率射频脉冲为主，频段3MHz100GHz，有脉内/脉间/天线扫描调制特性。影响雷达PRI、的若干因素1.最小距离和最大无模糊距离的约束2.距离分辨力约束，对普通脉冲3.最大无模糊测速（PD雷达）的约束3.无盲速约束为互质正整数，为最小盲速频率4.保持额定工作比设计5.按照威力图和约束1、3设计6.相参雷达信号处理中极少使用抖动PRI7.尽可能采用大脉宽（2s）和脉冲压缩调制，降低峰值功率反侦察8.由于收发隔离度有限，连续波雷达的灵敏度偏低，作用距离较近，但适于近程和末端探测，以及用作半主动寻的照射源（发射与接收异地）1.1.2电子战信号1.1.2.4通信信号仍然符合窄带信号。1.模拟调制名称表达式调制信号调制参数全边带调幅双边带调幅单边带调幅频率调制相位调制幅相调制1.1.2电子战信号1.1.2.4通信信号2.数字调制3.通信信号特点以中低功率连续波信号为主，主要频段为801800MHz，大量采用扩/跳频技术，低信噪比和负信噪比，有复杂的通信协议、信源/信道加密和信号调制，天线一般不扫描，信号截获、解扩、解跳和解密困难。名称表达式调制参数频移键控相移键控幅度键控1.1.2电子战信号1.1.2.5数据链信号具有较高的载波频率、较大的信号带宽和较高的传输速率。其余同通信数字调制信号。例如LINK16，L波段，51频点/6.4s跳频，32位BPSK扩频，T=0.2s1.1.2.6GPS导航信号L波段，2频点，民用1023位BPSK扩频，B=1.023MHz，典型信噪比-18dB1.1.2.7IFF信号通用MARK系列L波段，2频点，128位PCM编码，B=2MHz军用IFF信号L波段以上，扩跳结合体制1.1.2.8无线电引信信号低功率（mW级）单频连续波（多卜勒引信和比相引信）、调频连续波或BPSK连续波（调频引信和扩谱引信）发射信号1.1.3电子战信号环境1.1.3.1电子战信号环境所在空间内能够进入电子战装备的各种电磁信号的全体：的基本特性：时间，空间，频谱，极化，调制，能量电子战装备的选择处理能力进入的充要条件是：1.空间位置选择能力：2.频谱选择能力：3.极化选择能力：为入射波极化分量4.调制选择能力：对振幅、频率、相位、极化等瞬时变化的响应能力5.能量选择能力：在指定动态D下的灵敏度6.时间选择能力：装备正常工作的时间1.1.3电子战信号环境1.1.3.2脉冲信号环境1.在接收信道内各脉冲信号的非重叠概率为各脉冲源的平均脉冲重复周期和脉宽雷达数量越多、工作比越高、脉宽越大则重叠概率越高。2.信号环境采用泊松流近似描述在时间内到达n个脉冲的概率：为单位时间内的平均脉冲数或脉冲流密度。任意两个相邻脉冲之间的时间间隔服从指数分布：为该脉冲属于的概率，在其它条件满足时主要为灵敏度限制。改善信号环境的主要措施是：提高电子战装备选择能力，稀释环境。1.2电子战信号处理1.2.1信号处理的任务与分类1.2.2信号处理的主要战术技术指标1.2.3信号处理机的基本组成与基本处理方法1.2.4信号处理机的典型应用1.2.1信号处理的任务与分类1.2.1.1信号处理的任务信号处理是从所在信号环境中获取有用的辐射源信息，以便支持下述任务：电子情报侦察（ELINT）多平台协同/全面/准确/可靠/长时间积累/多人工介入电子支援侦察（ESM）战场快速/重点明确/协同指挥控制决策/人工辅助雷达威胁告警（RWR）针对威胁/快速反应/协同战术/人工监视引导干扰（DJ）与干扰资源密切协同/自动决策引导干扰/可人工干予引导反辐射攻击（DA）与反辐射资源密切协同/按预定目标寻的/人工预干予ELINT是信息资源的基础，为自身和其它提供数据库和知识库。1.2.1信号处理的任务与分类1.2.1.2信号处理的分类按照信号处理的对象分为：雷达对抗信号处理，通信对抗信号处理，敌我识别对抗（IF