電子對(duì)抗原理-8-外輻射源雷達(dá)信號(hào)處理(60張幻燈片)課件

1、外輻射源雷達(dá)信號(hào)處理1 . . . . 外輻射源雷達(dá)配置示意圖2 . . . . 一、外輻射源雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù) 二、基于模擬電視信號(hào)外輻射源雷達(dá)信號(hào)處理三、基于數(shù)字電視信號(hào)外輻射源雷達(dá)信號(hào)處理外輻射源雷達(dá)結(jié)構(gòu)及信號(hào)處理3 . . . . 一、外輻射源雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù) （一）相關(guān)基本概念（二）關(guān)鍵技術(shù)4 . . . . 1、視距內(nèi)配置和超視距配置RTRRL電視發(fā)射塔目標(biāo)回波接收天線直達(dá)波接收天線考慮繞射后直視距離：（一）相關(guān)基本概念一、外輻射源雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù) 5 . . . . 2、直達(dá)波和目標(biāo)回波信號(hào)模型直達(dá)波接收通道信號(hào)：輻射源直接照射到接收站信號(hào)，可作為參考信號(hào)，可能有

2、多徑成分目標(biāo)回波接收通道信號(hào)：包含直達(dá)波干擾和目標(biāo)反射的信號(hào)（一）相關(guān)基本概念一、外輻射源雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù) 6 . . . . 電視臺(tái)或調(diào)頻廣播臺(tái)在方位上一般是360均勻照射，接收波束可以采用單波束或同時(shí)多波束與發(fā)射波束配合。1、“三大同步”（1）空間同步保證收、發(fā)波束同時(shí)指向同一區(qū)域。（二）關(guān)鍵技術(shù)一、外輻射源雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù) 7 . . . . （2）時(shí)間同步 對(duì)直達(dá)波和回波進(jìn)行相關(guān)處理，分析目標(biāo)回波與直達(dá)波的到達(dá)時(shí)延。 采用高穩(wěn)本振，殘余的頻率差通過相關(guān)處理去掉，不影響目標(biāo)多普勒頻率的測量（3）頻率同步一、外輻射源雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù) 1、“三大同步”（二）關(guān)鍵技術(shù)8 .

3、. . . 2、直達(dá)波抑制與獲取空域?yàn)V波、通道均衡等（2） 參考信號(hào)提?。?）直達(dá)波抑制從接收站配置、空域?yàn)V波、射頻對(duì)消、視頻對(duì)消等方面采取措施。（二）關(guān)鍵技術(shù)一、外輻射源雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù) 9 . . . . 3、微弱目標(biāo)回波檢測 （2）長時(shí)間相參積累（CAF）提高信噪比。（1）大動(dòng)態(tài)范圍接收機(jī)，關(guān)鍵是AD信噪比要高。（二）關(guān)鍵技術(shù)一、外輻射源雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù) 10 . . . . 二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例（一）模擬電視信號(hào)特點(diǎn)（二）信號(hào)處理流程（三）關(guān)鍵技術(shù)研究（四）實(shí)時(shí)處理效果11 . . . . 1、電視伴音信號(hào) 帶寬窄（有效帶寬小于100kHz），分辨率差，測距無模糊

4、；2、電視圖像信號(hào) 帶寬寬，但存在64微秒行周期引起的距離模糊。二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例（一）模擬電視信號(hào)特點(diǎn)12 . . . . 電視圖像及伴音信號(hào)中頻信號(hào)1、電視伴音信號(hào)二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例（一）模擬電視信號(hào)特點(diǎn)13 . . . . 帶寬窄，帶寬時(shí)變，不存在測距模糊 二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例1、電視伴音信號(hào)（一）模擬電視信號(hào)特點(diǎn)14 . . . . 自相關(guān)函數(shù)存在周期性峰值，峰間距64微秒，峰值間高度相差不多，且基底電平很高。 2、電視圖像信號(hào)二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例（一）模擬電視信號(hào)特點(diǎn)15 . . . . 二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例（二）信號(hào)處理流程16

5、 . . . . 1、直達(dá)波抑制2、互模糊函數(shù)（CAF）二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例（三）關(guān)鍵技術(shù)研究17 . . . . 1.1 空域?yàn)V波自適應(yīng)波束置零，如SMI算法先DOA估計(jì)，然后波束置零1.2 時(shí)域?qū)ο?LMS、NLMS算法 維納算法二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例（三）關(guān)鍵技術(shù)研究1、直達(dá)波抑制18 . . . . 矩陣求逆（SMI）算法式中， 為無干擾時(shí)導(dǎo)向矢量， 為天線陣列相關(guān)矩陣陣列天線各單元加權(quán)矢量為（三）關(guān)鍵技術(shù)研究1、直達(dá)波抑制1.1 空域?yàn)V波二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例19 . . . . 矩陣求逆（SMI）算法形成寬零陷（三）關(guān)鍵技術(shù)研究1、直達(dá)波抑制1.1 空域?yàn)V

6、波未使用SMI算法使用SMI算法，可空域?yàn)V波二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例20 . . . . （三）關(guān)鍵技術(shù)研究直達(dá)波通道、目標(biāo)接收通道接收信號(hào)表示如下：對(duì)消輸出信號(hào)用矢量表示如下：1、直達(dá)波抑制1.2 自適應(yīng)對(duì)消二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例21 . . . . （三）關(guān)鍵技術(shù)研究二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例22 . . . . （1）NLMS 式中， 是一個(gè)很小的正數(shù)，主要是為了防止輸入信號(hào)能量過小時(shí)除法運(yùn)算溢出，而特別引入的； 為步長因子。（三）關(guān)鍵技術(shù)研究1.2 自適應(yīng)對(duì)消1、直達(dá)波抑制對(duì)消輸出：權(quán)值迭代：二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例23 . . . . RLMS對(duì)消收斂過程 （

7、三）關(guān)鍵技術(shù)研究1、直達(dá)波抑制1.2 自適應(yīng)對(duì)消二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例24 . . . . （2）維納算法直達(dá)波信號(hào)的自相關(guān)矩陣為，該矩陣有噪聲的影響：（三）關(guān)鍵技術(shù)研究1、直達(dá)波抑制直達(dá)波信號(hào)與目標(biāo)接收通道信號(hào)的互相關(guān)向量為：則對(duì)消系數(shù)為：維納解1.2 自適應(yīng)對(duì)消二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例25 . . . . 電視信號(hào)模糊函數(shù)（AF）電視信號(hào)互模糊函數(shù)（CAF）2、互模糊函數(shù)（三）關(guān)鍵技術(shù)研究時(shí)延頻移二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例26 . . . . 電視伴音信號(hào)模糊函數(shù) 電視伴音信號(hào)的模糊函數(shù)比較理想，比較適合作為雷達(dá)輻射源電視伴音信號(hào)互模糊函數(shù)（三）關(guān)鍵技術(shù)研究2、互模糊函數(shù)

8、二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例27 . . . . CAF 三維顯示圖 CAF 投影圖 （三）關(guān)鍵技術(shù)研究2、互模糊函數(shù)二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例28 . . . . 1、信號(hào)處理流程2、對(duì)消處理結(jié)果3、互模糊函數(shù)4、恒虛警檢測（四）實(shí)時(shí)處理效果信息上報(bào)二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例29 . . . . 對(duì)消后FFT 對(duì)消前FFT （四）實(shí)時(shí)處理效果2、對(duì)消處理結(jié)果二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例30 . . . . 對(duì)消前后二維相關(guān)圖 （相關(guān)處理時(shí)間1.6s）3、互模糊函數(shù)（四）實(shí)時(shí)處理效果二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例31 . . . . （四）實(shí)時(shí)處理效果二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例

9、32 . . . . CFAR結(jié)果凝聚后的點(diǎn)跡 4、恒虛警檢測二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例（四）實(shí)時(shí)處理效果33 . . . . 2007年在遼陽實(shí)驗(yàn)，雷達(dá)P型顯示器顯示北京航線飛機(jī)點(diǎn)跡。2架飛機(jī)二、基于模擬電視信號(hào)的處理實(shí)例（四）實(shí)時(shí)處理效果34 . . . . （一）數(shù)字電視信號(hào)特點(diǎn)（二）信號(hào)處理流程（三）關(guān)鍵技術(shù)研究（四）硬件支持平臺(tái)（五）實(shí)時(shí)處理效果（六）低慢小探測三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例35 . . . . 全向輻射；連續(xù)波；數(shù)字電視信號(hào)帶寬寬：比調(diào)頻廣播高2個(gè)數(shù)量級(jí)，自適應(yīng)對(duì)消濾波器階數(shù)高約1個(gè)數(shù)量級(jí)，運(yùn)算量增加400500倍。數(shù)字電視/調(diào)頻廣播頻譜圖水平方向信號(hào)輻射圖（一

10、）數(shù)字電視信號(hào)特點(diǎn)三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例36 . . . . 信號(hào)處理流程示意圖（二）信號(hào)處理流程三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例37 . . . . 1、天線陣2、DBF3、寬帶信號(hào)自適應(yīng)對(duì)消4、寬帶信號(hào)CAF（三）關(guān)鍵技術(shù)研究三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例38 . . . . 研制了DBF天線陣、多通道接收機(jī)和信號(hào)處理機(jī)等設(shè)備。 16單元天線陣24通道接收機(jī)1、天線陣（三）關(guān)鍵技術(shù)研究 8單元天線陣三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例39 . . . . 16單元天線陣3個(gè)波束的方向圖 2、DBF（三）關(guān)鍵技術(shù)研究三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例40 . . . . 難點(diǎn)：運(yùn)算量巨大 數(shù)字電

11、視信號(hào)帶寬比調(diào)頻廣播高2個(gè)數(shù)量級(jí)，自適應(yīng)對(duì)消濾波器階數(shù)高約1個(gè)數(shù)量級(jí)，運(yùn)算量增加400500倍。解決方法 采用快速對(duì)消算法，當(dāng)對(duì)消階數(shù)為2000左右時(shí)，運(yùn)算量比傳統(tǒng)算法減小60倍以上! 效果 傳統(tǒng)算法使用DSP需要幾百片，采用快速對(duì)消算法使用一片F(xiàn)PGA就能實(shí)現(xiàn)多個(gè)波束的對(duì)消。3、寬帶信號(hào)自適應(yīng)對(duì)消（三）關(guān)鍵技術(shù)研究三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例41 . . . . 信號(hào)處理面臨的困難 解決措施干擾強(qiáng)、雜波長 、運(yùn)算量大分?jǐn)?shù)延時(shí)影響嚴(yán)重分?jǐn)?shù)延時(shí)示意圖長雜波示意圖分布式對(duì)消結(jié)構(gòu)多階內(nèi)插法（三）關(guān)鍵技術(shù)研究寬帶強(qiáng)直達(dá)波干擾抑制3、寬帶信號(hào)自適應(yīng)對(duì)消三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例42 . . . .

12、 采用快速快速對(duì)消算法，當(dāng)對(duì)消階數(shù)為2000左右時(shí)，運(yùn)算量比NLMS算法減小40倍以上；傳統(tǒng)算法使用DSP需要幾百片，采用快速對(duì)消算法使用一片F(xiàn)PGA就能實(shí)現(xiàn)多個(gè)波束的對(duì)消。運(yùn)算量對(duì)比（三）關(guān)鍵技術(shù)研究寬帶強(qiáng)直達(dá)波干擾抑制3、寬帶信號(hào)自適應(yīng)對(duì)消三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例43 . . . . 對(duì)消前對(duì)消后數(shù)字電視外輻射源雷達(dá)直達(dá)波干擾抑制效果（三）關(guān)鍵技術(shù)研究3、寬帶信號(hào)自適應(yīng)對(duì)消寬帶強(qiáng)直達(dá)波干擾抑制三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例44 . . . . 微弱目標(biāo)回波檢測 難 點(diǎn)（1）運(yùn)算量巨大（2）副峰干擾嚴(yán)重（3）距離和多普勒徙動(dòng)明顯解決措施（1）CAF快速算法， 并用大規(guī)模FPGA 實(shí)現(xiàn)（

13、2）副峰抑制方法（3）徙動(dòng)補(bǔ)償算法（三）關(guān)鍵技術(shù)研究4、寬帶信號(hào)CAF？三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例45 . . . . CAF快速算法FPGA實(shí)現(xiàn)框圖 （1）快速算法（三）關(guān)鍵技術(shù)研究4、寬帶信號(hào)CAF三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例46 . . . . 數(shù)字電視信號(hào)特有的信號(hào)幀結(jié)構(gòu)，當(dāng)作為外輻射源雷達(dá)照射源時(shí)，其模糊函數(shù)存在較多副峰，副峰可能引起虛警，為避免副峰干擾引起的虛警，需要采取有效措施抑制副峰干擾。（2）副峰抑制 （三）關(guān)鍵技術(shù)研究4、寬帶信號(hào)CAF單載波模式的數(shù)字電視信號(hào)幀結(jié)構(gòu)三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例47 . . . . 數(shù)字電視信號(hào)模糊函數(shù)副峰抑制后數(shù)字電視信號(hào)模糊函數(shù)（

14、三）關(guān)鍵技術(shù)研究寬帶信號(hào)CAF：副峰抑制三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例48 . . . . （3）徙動(dòng)補(bǔ)償 （三）關(guān)鍵技術(shù)研究基于包絡(luò)插值和分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的相參積累算法4、寬帶信號(hào)CAF三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例49 . . . . 目標(biāo)仿真參數(shù)：速度1000m/s；加速度-10m/s2 ；積累時(shí)間0.4s 。寬帶信號(hào)CAF：徙動(dòng)補(bǔ)償（三）關(guān)鍵技術(shù)研究目標(biāo)三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例50 . . . . 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖（四）硬件支持平臺(tái)三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例51 . . . . （四）硬件支持平臺(tái)三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例52 . . . . （四）硬件支持平臺(tái)三、基于數(shù)字

15、電視信號(hào)的處理實(shí)例53 . . . . （四）硬件支持平臺(tái)三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例54 . . . . 輻射源：中央電視塔，33頻道，3kW；實(shí)驗(yàn)場地：北京理工大學(xué)良鄉(xiāng)校區(qū)圖書館樓頂；基線距離：24km ；數(shù)字電視信號(hào)基帶帶寬：7.56MHz ；回波接收天線增益：約20dB ；實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)：自適應(yīng)對(duì)消、CAF、CFAR和目標(biāo)凝聚處理；（五）實(shí)時(shí)處理情況 國內(nèi)首先實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)字電視輻射源的實(shí)時(shí)處理于2011年1月23日實(shí)時(shí)探測到約85Km處民航機(jī)；目前探測距離超過200km三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例55 . . . . 北京地區(qū)數(shù)字電視發(fā)射塔位置分布圖（五）實(shí)時(shí)處理情況理工大學(xué)良鄉(xiāng)校區(qū)圖書館樓頂三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例56 . . . . 回波信號(hào) 對(duì)消后回波信號(hào)（對(duì)消增益32dB）實(shí)時(shí)處理B顯截圖CAF （五）實(shí)時(shí)處理情況三、基于數(shù)字電視信號(hào)的處理實(shí)例57 . . . . 實(shí)時(shí)處理B顯圖2，目標(biāo)飛遠(yuǎn)，距離約100km橫軸為時(shí)延單元數(shù)，縱軸為多普勒單元數(shù)（五）實(shí)時(shí)