电子对抗原理_8_外辐射源雷达信号处理（PPT60页)

外辐射源雷达信号处理外辐射源雷达配置示意图一、外辐射源雷达系统结构及关键技术二、基于模拟电视信号外辐射源雷达信号处理三、基于数字电视信号外辐射源雷达信号处理外辐射源雷达结构及信号处理一、外辐射源雷达系统结构及关键技术（一）相关基本概念（二）关键技术1、视距内配置和超视距配置RTRRL电视发射塔目标回波接收天线直达波接收天线12'4.12()dhh考虑绕射后直视距离：（一）相关基本概念一、外辐射源雷达系统结构及关键技术2、直达波和目标回波信号模型直达波接收通道信号：辐射源直接照射到接收站信号，可作为参考信号，可能有多径成分目标回波接收通道信号：包含直达波干扰和目标反射的信号dNj2f2i0()()te()tTiSiTSTxtKxtKxwt＝（＋）)()()()(1M1itwtxGtxtxiSiSD＝（一）相关基本概念一、外辐射源雷达系统结构及关键技术电视台或调频广播台在方位上一般是360º均匀照射，接收波束可以采用单波束或同时多波束与发射波束配合。1、“三大同步”（1）空间同步保证收、发波束同时指向同一区域。（二）关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术（2）时间同步对直达波和回波进行相关处理，分析目标回波与直达波的到达时延。采用高稳本振，残余的频率差通过相关处理去掉，不影响目标多普勒频率的测量（3）频率同步一、外辐射源雷达系统结构及关键技术1、“三大同步”（二）关键技术201(,)()*()dTjftdtdMfxtxtedtT2、直达波抑制与获取空域滤波、通道均衡等（2）参考信号提取（1）直达波抑制从接收站配置、空域滤波、射频对消、视频对消等方面采取措施。（二）关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术3、微弱目标回波检测（2）长时间相参积累（CAF）提高信噪比。（1）大动态范围接收机，关键是AD信噪比要高。（二）关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术201(,)()*()dTjftdtdMfxtxtedtT二、基于模拟电视信号的处理实例（一）模拟电视信号特点（二）信号处理流程（三）关键技术研究（四）实时处理效果1、电视伴音信号带宽窄（有效带宽小于100kHz），分辨率差，测距无模糊；2、电视图像信号带宽宽，但存在64微秒行周期引起的距离模糊。二、基于模拟电视信号的处理实例（一）模拟电视信号特点80010001200140016001800-3-2-10123x104nAmplitude70080090010001100120013001400-2-1.5-1-0.500.511.52x104nAmplotude电视图像及伴音信号中频信号1、电视伴音信号二、基于模拟电视信号的处理实例（一）模拟电视信号特点带宽窄，带宽时变，不存在测距模糊时延/us二、基于模拟电视信号的处理实例1、电视伴音信号（一）模拟电视信号特点自相关函数存在周期性峰值，峰间距64微秒，峰值间高度相差不多，且基底电平很高。时延/us2、电视图像信号二、基于模拟电视信号的处理实例（一）模拟电视信号特点二、基于模拟电视信号的处理实例（二）信号处理流程1、直达波抑制2、互模糊函数（CAF）二、基于模拟电视信号的处理实例（三）关键技术研究1.1空域滤波自适应波束置零，如SMI算法先DOA估计，然后波束置零1.2时域对消LMS、NLMS算法维纳算法二、基于模拟电视信号的处理实例（三）关键技术研究1、直达波抑制矩阵求逆（SMI）算法1()()NWRNR111212122212NNNNNNNxxxxxxxxxxxxRxxxxxx式中，为无干扰时导向矢量，为天线阵列相关矩阵阵列天线各单元加权矢量为()（三）关键技术研究1、直达波抑制1.1空域滤波二、基于模拟电视信号的处理实例矩阵求逆（SMI）算法形成宽零陷（三）关键技术研究1、直达波抑制1.1空域滤波未使用SMI算法使用SMI算法，可空域滤波二、基于模拟电视信号的处理实例（三）关键技术研究)(et)()(2fj2-N0idtwxKtxKtxtTSTiSiT）＋（＝)()()()(nXnCnXnYDT)()()()(1M1itwtxGtxtxiSiSD＝直达波通道、目标接收通道接收信号表示如下：对消输出信号用矢量表示如下：1、直达波抑制1.2自适应对消二、基于模拟电视信号的处理实例（三）关键技术研究二、基于模拟电视信号的处理实例（1）NLMS式中，是一个很小的正数，主要是为了防止输入信号能量过小时除法运算溢出，而特别引入的；为步长因子。)()()()()1()(nXnXnXnEnCnCDTDD)()(nYnE（三）关键技术研究1.2自适应对消1、直达波抑制)()()()(nXnCnXnYDT对消输出：权值迭代：二、基于模拟电视信号的处理实例RLMS对消收敛过程（三）关键技术研究1、直达波抑制1.2自适应对消二、基于模拟电视信号的处理实例（2）维纳算法222()()*(1)()*()*(1)()(1)(1)*()*()()*()(1)()xxxnxnxnxnxnNxnxnxnxnxnNRxnNxnxnNxnxnN直达波信号的自相关矩阵为，该矩阵有噪声的影响：（三）关键技术研究1、直达波抑制)()()()(nXnCnXnYDT直达波信号与目标接收通道信号的互相关向量为：则对消系数为：xyR1xxxyCRR维纳解1.2自适应对消二、基于模拟电视信号的处理实例电视信号模糊函数（AF）电视信号互模糊函数（CAF）201(,)()*()dTjftdtdMfxtxtedtT2、互模糊函数（三）关键技术研究时延频移二、基于模拟电视信号的处理实例电视伴音信号模糊函数电视伴音信号的模糊函数比较理想，比较适合作为雷达辐射源多普勒频率/Hz时延/s幅度多普勒频率时延幅度电视伴音信号互模糊函数（三）关键技术研究2、互模糊函数二、基于模拟电视信号的处理实例CAF三维显示图CAF投影图（三）关键技术研究2、互模糊函数二、基于模拟电视信号的处理实例1、信号处理流程2、对消处理结果3、互模糊函数4、恒虚警检测（四）实时处理效果信息上报二、基于模拟电视信号的处理实例024681012141618x1040123456x105对消后FFT对消前FFT（四）实时处理效果2、对消处理结果二、基于模拟电视信号的处理实例对消前后二维相关图（相关处理时间1.6s）3、互模糊函数（四）实时处理效果二、基于模拟电视信号的处理实例（四）实时处理效果二、基于模拟电视信号的处理实例CFAR结果050100150200250-400-300-200-1000100200300400时延频移406080100120140160180200220240-400-300-200-1000100200300400时延频移凝聚后的点迹4、恒虚警检测二、基于模拟电视信号的处理实例（四）实时处理效果2007年在辽阳实验，雷达P型显示器显示北京航线飞机点迹。2架飞机二、基于模拟电视信号的处理实例（四）实时处理效果（一）数字电视信号特点（二）信号处理流程（三）关键技术研究（四）硬件支持平台（五）实时处理效果（六）低慢小探测三、基于数字电视信号的处理实例全向辐射；连续波；数字电视信号带宽宽：比调频广播高2个数量级，自适应对消滤波器阶数高约1个数量级，运算量增加400～500倍。数字电视/调频广播频谱图水平方向信号辐射图（一）数字电视信号特点三、基于数字电视信号的处理实例信号处理流程示意图主天线阵列波束1波束2波束MCFARCFARCFAR目标定位时域对消时域对消时域对消CAFCAFCAF1216信道均衡接收机DDC参考天线接收机DDC通道校正（二）信号处理流程三、基于数字电视信号的处理实例1、天线阵2、DBF3、宽带信号自适应对消4、宽带信号CAF（三）关键技术研究三、基于数字电视信号的处理实例研制了DBF天线阵、多通道接收机和信号处理机等设备。16单元天线阵24通道接收机1、天线阵（三）关键技术研究8单元天线阵三、基于数字电视信号的处理实例0100200300400500600700800900100090100110120130140150160切比雪夫合成16单元天线阵3个波束的方向图2、DBF（三）关键技术研究三、基于数字电视信号的处理实例难点：运算量巨大数字电视信号带宽比调频广播高2个数量级，自适应对消滤波器阶数高约1个数量级，运算量增加400～500倍。解决方法采用快速对消算法，当对消阶数为2000左右时，运算量比传统算法减小60倍以上!效果传统算法使用DSP需要几百片，采用快速对消算法使用一片FPGA就能实现多个波束的对消。3、宽带信号自适应对消（三）关键技术研究三、基于数字电视信号的处理实例信号处理面临的困难解决措施干扰强、杂波长、运算量大分数延时影响严重分数延时示意图051015202530354045500510152025303540X:1Y:37.26分数时延（ns）对消增益限制（dB）长杂波示意图分布式对消结构多阶内插法（三）关键技术研究宽带强直达波干扰抑制3、宽带信号自适应对消三、基于数字电视信号的处理实例采用快速快速对消算法，当对消阶数为2000左右时，运算量比NLMS算法减小40倍以上；传统算法使用DSP需要几百片，采用快速对消算法使用一片FPGA就能实现多个波束的对消。运算量对比（三）关键技术研究宽带强直达波干扰抑制3、宽带信号自适应对消三、基于数字电视信号的处理实例对消前对消后数字电视外辐射源雷达直达波干扰抑制效果（三）关键技术研究3、宽带信号自适应对消宽带强直达波干扰抑制三、基于数字电视信号的处理实例微弱目标回波检测难点（1）运算量巨大（2）副峰干扰严重（3）距离和多普勒徙动明显解决措施（1）CAF快速算法，并用大规模FPGA实现（2）副峰抑制方法（3）徙动补偿算法（三）关键技术研究4、宽带信号CAF？三、基于数字电视信号的处理实例CAF快速算法FPGA实现框图（1）快速算法（三）关键技术研究4、宽带信号CAF三、基于数字电视信号的处理实例数字电视信号特有的信号帧结构，当作为外辐射源雷达照射源时，其模糊函数存在较多副峰，副峰可能引起虚警，为避免副峰干扰引起的虚警，需要采取有效措施抑制副峰干扰。（2）副峰抑制（三）关键技术研究4、宽带信号CAF3744PN595363744系统信息帧体帧头一个信号帧PN59536数据单载波模式的数字电视信号帧结构三、基于数字电视信号的处理实例数字电视信号模糊函数副峰抑制后数字电视信号模糊函数（三）关键技术研究宽带信号CAF：副峰抑制三、基于数字电视信号的处理实例（3）徙动补偿lZp分段插值FRFT恒虚警检测snrn（三）关键技术研究基于包络插值和分数阶傅里叶变换的相参积累算法4、宽带信号CAF三、基于数字电视信号的处理实例•目标仿真参数：速度1000m/s；加速度-10m/s2；积累时间0.4s。宽带信号CAF：徙动补偿（三）关键技术研究目标三、基于数字电视信号的处理实例系统结构示意图接收机实时处理机8阵元天线阵16阵元天线阵显示终端采集存储设备（四）硬件支持平台三、基于数字电视信号的处理实例接收机A/D采集板光纤光纤接收机光纤传输卡A/D采集板处理器（FPGA/GPU）终端（四）硬件支持平台三、基于数字电视信号的处理实例（四）硬件支持平台三、基于数字电视信号的处理实例FPGA1DBF、对消、CAFFPGA2DBF、对消、CAFJ4直达波信号回波信号1回波信号7AD1直达波信号回波信号1~7AD2回波信号8回波信号15回波信号8~15上位机计算校正系数读取2块AD板幅相校正数据下载校正系数与导向矢量的乘积DSP1CFAR与DPDSP2CFAR与DP上位机4对差分J44对差分FPGA处理板处理部