电子对抗原理8外辐射源雷达信号处理 PPT课件.ppt

《电子对抗原理8外辐射源雷达信号处理 PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子对抗原理8外辐射源雷达信号处理 PPT课件.ppt（60页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、外辐射源雷达信号处理外辐射源雷达信号处理外辐射源雷达配置示意图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二、基于模拟电视信号外辐射源雷达信号处理处理三、基于数字电视信号外辐射源雷达信号三、基于数字电视信号外辐射源雷达信号处理处理外辐射源雷达结构及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、外辐射源雷达系统结构及关键技术 （一）相关基本概念（一）相关基本概念（二）关键技术（二）关键技术1 1、视距内配置和超视距配置、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

2、天线考虑绕射后直视距离：（一）相关基本概念（一）相关基本概念一、外辐射源雷达系统结构及关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 2、直达波直达波和目标回波信号模型和目标回波信号模型p直达波接收通道信号：辐射源直接照射到接收站信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，可能有多径成分号，可作为参考信号，可能有多径成分p目标回波接收通道信号：包含直达波干扰和目标反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射的信号（一）相关基本概念（一）相关基本概念一、外辐射源雷达系统结构及关键技术一、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电视台或调频广播

3、台在方位上一般是360均匀照均匀照射，接收波束可以采用射，接收波束可以采用单波束单波束或同时或同时多波束多波束与发射与发射波束配合。波束配合。1 1、“三大同步三大同步”（1 1）空间同步）空间同步保证收、发波保证收、发波束同时指向同束同时指向同一区域。一区域。（二）关键技术（二）关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 （2 2）时间同步）时间同步 对直达波和回波进行相关处理，分析目标回波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。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采用高稳本振，残余的频率差通过相关处理去掉，不影响

4、目标多普勒频率的测量掉，不影响目标多普勒频率的测量（3 3）频率同步）频率同步一、外辐射源雷达系统结构及关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 1 1、“三大同步三大同步”（二）关键技术（二）关键技术2 2、直达波抑制与获取、直达波抑制与获取空域滤波、通道均衡等空域滤波、通道均衡等（2 2）参考信号提取参考信号提取（1 1）直达波抑制）直达波抑制从接收站配置、空域滤波、射频对消、视频对消等从接收站配置、空域滤波、射频对消、视频对消等方面采取措施。方面采取措施。（二）关键技术（二）关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 3 3、微弱目标回波检测、微弱目标

5、回波检测 （2）长时间相参积累（）长时间相参积累（CAF）提高信噪比。）提高信噪比。（1）大动态范围接收机，关键是）大动态范围接收机，关键是AD信噪比要高。信噪比要高。（二）关键技术（二）关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（一）模拟电视信号特点（一）模拟电视信号特点（二）信号处理流程（二）信号处理流程（三）关键技术研究（三）关键技术研究（四）实时处理效果（四）实时处理效果1 1、电视伴音信号、电视伴音信号 带宽窄带宽窄（有效带宽小于（有效带宽小于100kHz），分辨率差，），分辨率差，测距无

6、模糊；测距无模糊；2 2、电视图像信号、电视图像信号 带宽宽带宽宽，但存在，但存在64微秒行周期引起的距离模糊。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二、基于模拟电视信号的处理实例（一）模拟电视信号特点（一）模拟电视信号特点电视图像及伴音信号中频信号1 1、电视伴音信号、电视伴音信号二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（一）模拟电视信号特点（一）模拟电视信号特点带宽窄，带宽时变，不存在测距模糊带宽窄，带宽时变，不存在测距模糊带宽窄，带宽时变，不存在测距模糊带宽窄，带宽时变，不存在测距模糊 二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例1

7、1、电视伴音信号、电视伴音信号（一）模拟电视信号特点（一）模拟电视信号特点 自相关函数存在周期性峰值，峰间距自相关函数存在周期性峰值，峰间距64微秒，峰微秒，峰值间高度相差不多，且基底电平很高。值间高度相差不多，且基底电平很高。2 2、电视图像信号、电视图像信号二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（一）模拟电视信号特点（一）模拟电视信号特点二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（二）信号处理流程（二）信号处理流程1 1、直达波抑制、直达波抑制2 2、互模糊函数（、互模糊函数（CAFCAF）二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例

8、（三）关键技术研究（三）关键技术研究1.1 1.1 空域滤波空域滤波自适应波束置自适应波束置零，如零，如SMISMI算法算法先先DOADOA估计，然后波束置零估计，然后波束置零1.2 1.2 时域对消时域对消 LMS LMS、NLMSNLMS算法算法 维维纳算法纳算法二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（三）关键技术研究（三）关键技术研究1 1、直达波抑制、直达波抑制矩阵求逆（矩阵求逆（SMISMI）算法）算法式中，式中，为无干扰时导向为无干扰时导向矢量矢量，为天线阵列相关矩阵为天线阵列相关矩阵阵列天线各单元加权矢量为阵列天线各单元加权矢量为（三）关键技术研究（三）关键

9、技术研究1 1、直达波抑制、直达波抑制1.1 1.1 空域滤波空域滤波二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例矩阵求逆（矩阵求逆（SMISMI）算法）算法形成宽零陷形成宽零陷（三）关键技术研究（三）关键技术研究1 1、直达波抑制、直达波抑制1.1 1.1 空域滤波空域滤波未使用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二、基于模拟电视信号的处理实例（三）关键技术研究（三）关键技术研究直达波通道、目标接收通道直达波通道、目标接收通道接收信号接收信号表示如下：表示如下：对消输出信号对消输出信号用矢量表示如下：用矢量表示如下：1 1、直达波抑制、直达波抑制

10、1.2 1.2 自适应对消自适应对消二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（三）关键技术研究（三）关键技术研究二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（1）NLMS 式中，式中，是一个很小的正数，主要是是一个很小的正数，主要是为了防止了防止输入入信号能量信号能量过小小时除法运算溢出，而特除法运算溢出，而特别引入的；引入的；为为步长因子。步长因子。（三）关键技术研究（三）关键技术研究1.2 1.2 自适应对消自适应对消1 1、直达波抑制、直达波抑制对消输出：对消输出：权值迭代：权值迭代：二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例 RLM

11、S对消收敛过程对消收敛过程（三）关键技术研究（三）关键技术研究1 1、直达波抑制、直达波抑制1.2 1.2 自适应对消自适应对消二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（2）维）维纳算法纳算法直达波信号的自相关矩阵为，该矩阵有噪声的影响：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（三）关键技术研究1 1、直达波抑制、直达波抑制直达波信号与目标接收通道信号的直达波信号与目标接收通道信号的互相关向量互相关向量为：为：则对消系数为：则对消系数为：维纳解维纳解1.2 1.2 自适应对消自适应对消二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例p电视

12、信号模糊函数电视信号模糊函数（AF）p电视信号互模糊函数（电视信号互模糊函数（CAF）2 2、互模糊函数、互模糊函数（三）关键技术研究（三）关键技术研究时延时延频移频移二、基于模拟电视信号的处理实例二、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模糊函数 电视伴音信号的模糊函数比较理电视伴音信号的模糊函数比较理想想，比较适合作为雷达辐射源比较适合作为雷达辐射源电视伴音信号互模糊函数电视伴音信号互模糊函数（三）关键技术研究（三）关键技术研究2 2、互模糊函数、互模糊函数二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例CAF 三维显示图三维显示图 CAF 投影图投影图（三

13、）关键技术研究（三）关键技术研究2 2、互模糊函数、互模糊函数二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例1、信号、信号处理流程理流程2、对消消处理理结果果3、互模糊函数、互模糊函数4、恒虚警、恒虚警检测（四）实时处理效果（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二、基于模拟电视信号的处理实例对消后对消后FFTFFT 对消前对消前FFTFFT（四）实时处理效果（四）实时处理效果2 2、对消处理结果、对消处理结果二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例 对消前后二维相关图对消前后二维相关图 （相关处理时间（相关处理时间1.6s）3 3、互模糊函数

14、、互模糊函数（四）实时处理效果（四）实时处理效果二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（四）实时处理效果（四）实时处理效果二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例CFAR结果结果凝聚后的点迹凝聚后的点迹 4、恒虚警、恒虚警检测二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（四）实时处理效果（四）实时处理效果2007年在年在辽阳阳实验，雷达雷达P型型显示器示器显示示北京航北京航线飞机点迹。机点迹。2架架飞机机二、基于模拟电视信号的处理实例二、基于模拟电视信号的处理实例（四）实时处理效果（四）实时处理效果（一）数字电视信号特点（一）数字电视信

15、号特点（二）信号处理流程（二）信号处理流程（三）关键技术研究（三）关键技术研究（四）硬件支持平台（四）硬件支持平台（五）实时处理效果（五）实时处理效果（六）低慢小探测（六）低慢小探测三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例p全向辐射；全向辐射；p连续波；连续波；pp数字电视信号带宽宽数字电视信号带宽宽数字电视信号带宽宽数字电视信号带宽宽：比调频广播高比调频广播高2 2个数量级，自适个数量级，自适应对消滤波器阶数高约应对消滤波器阶数高约1 1个数量级，运算量增加个数量级，运算量增加400400500500倍。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

16、（一）数字电视信号特点三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例信号处理流程示意图（二）信号处理流程（二）信号处理流程三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例1 1、天线阵、天线阵2 2、DBFDBF3 3、宽带信号自适应对消、宽带信号自适应对消4 4、宽带信号、宽带信号CAFCAF（三）关键技术研究（三）关键技术研究三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例研制了研制了DBF天天线阵、多通道接收机和信号、多通道接收机和信号处理机等理机等设备。16单元天线阵单元天线阵24通道接收机通道接收机1 1、天线阵、天线阵（三）关键技术研究（三）关

17、键技术研究 8单元天线阵单元天线阵三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例1616单元天线阵单元天线阵3 3个波束的方向图个波束的方向图 2 2、DBFDBF（三）关键技术研究（三）关键技术研究三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例 难点：运算量巨大点：运算量巨大 数字数字电视信号信号带宽比比调频广播高广播高2个数量个数量级，自适，自适应对消消滤波器波器阶数高数高约1个数量个数量级，运算量增加，运算量增加400500倍倍。解决方法解决方法 采用快速采用快速对消算法，当消算法，当对消消阶数数为2000左右左右时，运算量比，运算量比传统算法减小算法减小60

18、倍以上倍以上!效果效果 传统算法使用算法使用DSP需要几百片，采用快速需要几百片，采用快速对消算法使用一消算法使用一片片FPGA就能就能实现多个波束的多个波束的对消。消。3 3、宽带信号自适应对消、宽带信号自适应对消（三）关键技术研究（三）关键技术研究三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例信号信号信号信号处处理面理面理面理面临临的困的困的困的困难难解决措施解决措施解决措施解决措施l干干扰强、杂波波长、运算量大、运算量大l分数延分数延时影响影响严重重分数延时示意图长杂波示意图分布式分布式对消消结构构多多阶内插法内插法（三）关键技术研究（三）关键技术研究宽带强直达波干扰抑制宽

19、带强直达波干扰抑制3 3、宽带信号自适应对消、宽带信号自适应对消三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例p采采用用快快速速快快速速对消消算算法法，当当对消消阶数数为2000左左右右时，运运算算量量比比NLMS算算法法减减小小40倍以上倍以上；p传统算算法法使使用用DSP需需要要几几百百片片，采采用用快快速速对消消算算法法使使用用一一片片FPGA就就能能实现多个波束的多个波束的对消。消。运算量对比运算量对比（三）关键技术研究（三）关键技术研究宽带强直达波干扰抑制宽带强直达波干扰抑制3 3、宽带信号自适应对消、宽带信号自适应对消三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号

20、的处理实例对消前对消前对消后对消后数字电视外辐射源雷达直达波干扰抑制效果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（三）关键技术研究3 3、宽带信号自适应对消、宽带信号自适应对消宽带强直达波干扰抑制宽带强直达波干扰抑制三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例微弱目标回波检测微弱目标回波检测 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（三）关键技术研究4 4、宽带信号、宽带信号CAFCAF？三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字

21、电视信号的处理实例CAF快速算法FPGA实现框图（1）快速算法）快速算法（三）关键技术研究（三）关键技术研究4 4、宽带信号、宽带信号CAFCAF三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例数数字字电视信信号号特特有有的的信信号号帧结构构，当当作作为外外辐射射源源雷雷达达照照射射源源时，其其模模糊糊函函数数存存在在较多多副副峰峰，副副峰峰可可能能引引起起虚虚警警，为避避免副峰干免副峰干扰引起的虚警，需要采取有效措施抑制副峰干引起的虚警，需要采取有效措施抑制副峰干扰。（2）副峰抑制）副峰抑制 （三）关键技术研究（三）关键技术研究4 4、宽带信号、宽带信号CAFCAF单载波模式的数

22、字电视信号帧结构三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例数字数字电视信号模糊函数信号模糊函数副峰抑制后数字副峰抑制后数字电视信号模糊函数信号模糊函数（三）关键技术研究（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三、基于数字电视信号的处理实例（3）徙）徙动补偿 （三）关键技术研究（三）关键技术研究基于包基于包络插插值和分数和分数阶傅里叶傅里叶变换的相参的相参积累算法累算法4 4、宽带信号、宽带信号CAFCAF三、基于数字电视信号的处理实例三、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

23、CAF：徙动补偿（三）关键技术研究（三）关键技术研究目标三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例系统结构示意图（四）硬件支持平台（四）硬件支持平台三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例（四）硬件支持平台（四）硬件支持平台三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例（四）硬件支持平台（四）硬件支持平台三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例（四）硬件支持平台（四）硬件支持平台三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例辐射源：射源：中央中央电视塔，塔，33频道，道，3kW；实验场地：地：北京理工大学良北

24、京理工大学良乡校区校区图书馆楼楼顶；基基线距离：距离：24km；数字数字电视信号基信号基带带宽：7.56MHz；回波接收天回波接收天线增益：增益：约20dB；实时实现：自适自适应对消、消、CAF、CFAR和目和目标凝聚凝聚处理；理；（五）实时处理情况（五）实时处理情况 国内首先国内首先实现了基于数字了基于数字电视辐射源的射源的实时处理理于于2011年年1月月23日日实时探探测到到约85Km处民航机；民航机；目前探目前探测距离超距离超过200km三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例北京地区数字电视发射塔位置分布图（五）实时处理情况（五）实时处理情况理工大学良乡校区图书馆楼

25、顶三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例回波信号回波信号 对消后回波信号（对消增益对消后回波信号（对消增益32dB32dB）实时处理实时处理B B显截图显截图CAF（五）实时处理情况（五）实时处理情况三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例实时处理理B显图2，目，目标飞远，距离，距离约100km横横轴为时延延单元数，元数，纵轴为多普勒多普勒单元数元数（五）实时处理情况（五）实时处理情况三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例GPU方案方案FPGA方案方案自适应对消自适应对消1KW约10 W常规常规CAF（适用于（适用于低速目标）低速目标）1KW100W徙动补偿徙动补偿CAF（能检测高速目标）能检测高速目标）1020 KW不可实现1KW 采用采用GPUGPU方案和方案和FPGAFPGA方案功耗对比方案功耗对比（五）实时处理情况（五）实时处理情况三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例外辐射源雷达获得的外辐射源雷达获得的螺旋桨转速信息螺旋桨转速信息光学设备获得的光学设备获得的 图像信息图像信息（六）低慢小探测（六）低慢小探测三、基于数字电视信号的处理实例三、基于数字电视信号的处理实例