高分辨一维距离成像技术在某地面雷达的实现

高分辨一维距离成像技术在某地面雷达的实现*马志刚**(华东电子工程研究所,合肥230031)摘 要:介绍了高分辨一维距离成像技术在某雷达的实现。

基于现有并行处理结构的ADSP21060硬件平台,对大带宽时宽信号进行频域脉压,得到一维高分辨距离像。

实验结果表明,该实现可较好地分辨密集编队飞行的目标架次和识别机型的大小,为开展地面雷达的ISAR成像和自动目标识别奠定了基础。

关键词:ADSP21060脉冲压缩高分辨中图分类号:TN95 文献标识码:A 文章编号:1009-0401(2010)02-0009-04 The m i p le m entati on of one-dm i ensi onalHRRP tec hnol ogyi n a ground radarMA Zhi gang(E ast China R esearch Instit u te of E lectronic E ngineering,H e fei230031)Abst ract:The i m ple m entation of the1D HRRP techno l o gy in a g round radar is i n troduced.B ased on the ex isti n g ADSP21060hard w are p latfo r m w ith parallel processi n g arch itecture,the HRRP is obta i n ed through the pulse co m pressi o n o f large ti m e bandw idth si g na ls i n frequency do m a i n.The test resu lts sho w that such i m ple m en tation can d istingu ish num bers and sizes o f aircrafts in co mpact aircraft for m ations,wh ich establishes a basis for the ISAR i m ag ing and auto m atic targe t recogn ition of ground radars.K eyw ords:ADSP21060;pulse co m pression;h i g h resolution1 引 言按雷达信号分辨理论,在保证一定信噪比并实现最佳处理的前提下,测量精度和分辨力对信号形式的要求完全一致[1]:测距精度和距离分辨力主要取决于信号的频率结构,它要求信号具有大的带宽;而测速精度和速度分辨力取决于信号的时间结构,它要求信号具有大的时宽。

因此,理想雷达信号必须采用具有大时宽带宽乘积的复杂信号形式。

在匹配滤波理论的指导下,首先提出并得到应用的是线形调频脉冲(L M F)及其匹配处理脉冲压缩(PC)。

这种信号是在宽脉冲内附加载波线性调频,在大时宽的前提下扩展信号的带宽,对接收的宽脉冲LF M回波进行匹配滤波处理,使其变成窄脉冲以提高距离分辨能力。

2 ADSP21060介绍ADSP21060是ADSP2106X系列品种之一,其他品种是以ADSP21060为基础的衍生产品。

ADSP2106X 采用超级哈佛结构,有4套独立的总线,分别用于双数据存取、指令存取和输入输出接口。

ADSP2106X有多种外部接口:外部地址、程序/数据总线可以全速工作在40MH z,它提供的多种外部控制信号线可以使多片ADSP2106X无需外部控制逻辑就能直接相连,构成一个高效的紧耦合式并行处理系统;输入/输出控制器还提供了6套链路口和两个串行通信口,可以将大量的ADSP2106X构成一个松耦合的并行处理系统。

这样,通过合理地分配并行处理子任务间通信、握手和运算处理时序,可以设计出高效多处理器系统[2]。

第30卷 第2期2010年6月雷达与对抗RADAR&ECMV o.l30 N o.2Jun.2010* **收稿日期:2010 04 03作者简介:马志刚,男,1980年生,工程师,主要研究方向为雷达信号处理。

3 并行处理平台介绍根据ADSP21060的特点,采用了紧耦合式和分布式相结合的并行网络结构。

数据总线与外部存储器连接,ADSP21060之间还有6套链路口连接,使得本系统有很强的数据交换能力。

图1为本并行处理系统的硬件结构框图。

图1 结构图图1中可见,有4个双口RAM 缓存区间,其存储深度为64K*32bi,t 实现DSP 与外部单元数据交换,板内还有1M*32b it 的静态RAM 作大容量数据缓存,很适合大容量数据的吞吐。

4 系统设计脉冲压缩实现的技术基本上有两种方案:时域脉冲压缩和频域脉冲压缩。

时域脉冲压缩方法一般在脉冲压缩点数比较少的情况下采用。

频域脉冲压缩的优点是,对于大时宽信号可以采用高速FFT 算法,大大减少了运算量,提高了运算速度,实现了大的压缩比。

在系统设计时,采用频域方法实现数字脉压。

其基本原理是先对外部采样信号进行快速傅里叶变换(FFT )以求得回波信号频谱S (w ),将S (w )与匹配滤波器频谱H (w )进行乘积运算,最后对乘积进行快速傅里叶逆变换(I FFT)得到脉压结果Y(n ),整个过程可由下式表示:Y(n )=IFFT [S (w ) H (w )]=IFFT {FFT [s (n)] FFT [h (n )]}为了提高距离分辨率,对所关注的目标在距离上成其轮廓像。

该雷达设计了单独的高分辨通道。

该通道数据率高,脉冲压缩比大,所以采用频域脉压的算法,用DSP 处理模块,全软件化实现高分辨处理。

输入数据为20位,实部、虚部各10位,取数时采取乒乓结构,即当前处理的数据为上一次送来的数据,第一次送数时不作处理,处理板上ADSP21060两两构成一个脉压处理通道。

一块ADSP 用于FFT 和谱相乘,另一块ADSP 用于I FFT ,两块ADSP 时分流水操作完成一个脉冲重复周期信号的脉压处理。

具体信号流程见图2。

图2 高分辨处理组成框图5 仿真和实际应用在MATLAB 仿真中,输入带宽为100MH z 的宽带线性调频信号,采用海明窗加权处理,信号经过脉冲压缩、求模取对数后可以得到如图3所示输出波形。

在实际应用中,观测到了民航和各种战斗机飞行情况,其比较典型的数据和应用如图4所示(图中横轴每格代表实际距离15m )。

图4和图5分别为某民航飞机单个重复周期的距离像和多个重复周期的距离像。

可以看出,在高分辨情况下目标不再是点目标,而是由多个散射点组成。

且由于目标在径向上存在速度分量,不同的重复周期之间在距离上有一定的迁移。

图5中在多重复周期叠加的情况下目标飞机回波出现多个尖峰,而且回波尖峰位置在距离维上变化不大,只是许多回波尖峰的振幅有或大或小的起伏。

这是由于目标许多散射点回波的相位变化而引起多个脉冲重复周期回波的幅度大小的变化。

对于编队飞行目标,高分辨成一维距离像相对普通模式有非常明显的优势。

图6为普通模式观察到的密集编队飞行的某歼击机。

由于各飞机之间飞行距离雷达与对抗 2010年 第2期图3 仿真波形图6密集编队飞机普通模式画面图4 民航单周期高分辨回波图7密集编队飞机单周期高分辨回波图5 民航多周期高分辨回波图8 密集编队飞机多周期高分辨回波比较近,受到距离分辨率的限制,在画面上基本无法清晰分辨各目标,观测到为1个或2个目标。

图7和图8为单个和多个重复周期密集编队飞行某歼击机高分辨一维距离像。

从图中可以很清楚地看到编队飞行的目标机飞行情况,编队是由间隔约为15~35m左右的5架飞机组成,同图5对比,能清晰地分辨出目标飞机的架次。

也可以发现,图7同图4对比,飞机的回波明显要小,这是由于战斗机的RCS要明显小于民航机造成的。

当然,由于角度和飞行姿态等因素的影响,编队飞行各目标的回波也有一定的差异。

实验结果表明,该雷达距离高分辨成像能对密集马志刚 高分辨一维距离成像技术在某地面雷达的实现编队飞行目标进行架次的判别和机型大小识别,为今后开展地面雷达对动目标的宽带I SAR成像和自动目标识别技术奠定了基础。

6 结 语本文所述的目标一维高分辨距离成像技术首次应用在地面情报雷达,具有重要的战术意义。

目前以该雷达为平台基于此技术的宽带目标检测和一维HRRP 目标识别技术的研究工作正在开展。

目标高分辨距离成像技术和基于一维HRRP自动目标识别技术将会在现代雷达中得到广泛应用,以适应现代战争的需求。

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通过与普通二维C MA盲均衡、时域C MA盲均衡的比较,表明改进算法在保持较好的收敛稳态误差的同时显著地提高了收敛速度。

仿真比较的结果验证了其优越性。

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