电子对抗原理_8_外辐射源雷达信号处理(PPT60页)

（一）相关基本概念
1、视距内配置和超视距配置
电视发射塔
RT
L
RR
直达波接收 天线
目标回波接 收天线
考虑绕射后直视距离： d'4.12( h1 h2)
5
一、外辐射源雷达系统结构及关键技术
（一）相关基本概念
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
16
波束1
时域 对消
CAF
CFAR
波束2
时域
目
对消
CAF
CFAR
标
定
位
波束M
时域 对消
CAF
CFAR
信号处理流程示意图
37
三、基于数字电视信号的处理实例
（三）关键技术研究 1、天线阵 2、DBF 3、宽带信号自适应对消 4、宽带信号CAF
38
三、基于数字电视信号的处理实例
（三）关键技术研究
1、天线阵
27
二、基于模拟电视信号的处理实例
（三）关键技术研究 2、互模糊函数
CAF 三维显示图
CAF 投影图
28
二、基于模拟电视信号的处理实例
（四）实时处理效果 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
信息上报
29
二、基于模拟电视信号的处理实例
（四）实时处理效果
2、对消处理结果 x 105 6
49
三、基于数字电视信号的处理实例
时延/us
14
二、基于模拟电视信号的处理实例
（一）模拟电视信号特点 2、电视图像信号 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/us
15
二、基于模拟电视信号的处理实例
（二）信号处理流程
16
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 2、互模糊函数（CAF）
5
4
3
2
1
对消前FFT
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
4
x 10
对消后FFT
30
二、基于模拟电视信号的处理实例
（四）实时处理效果
3、互模糊函数
对消前后二维相关图 （相关处理时间1.6s）
31
二、基于模拟电视信号的处理实例
（四）实时处理效果
32
二、基于模拟电视信号的处理实例
（四）实时处理效果
4、恒虚警检测
400 300 200 100
0 -100 -200 -300 -400
0
400
300
200
100
频移
0
-100
-200
-300
50
100
150
200
250
-400
时延
40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
时延
CFAR结果
凝聚后的点迹
33
二、基于模拟电视信号的处理实例
47
三、基于数字电视信号的处理实例
（三）关键技术研究 宽带信号CAF：副峰抑制
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
48
三、基于数字电视信号的处理实例
（三）关键技术研究
4、宽带信号CAF
（3）徙动补偿
基于包络插值和分数阶傅里叶变换的相参积累算法
sn
Z l
rn p
分段 插值
FRFT
恒虚警 检测
空域滤波、通道均衡等
9
一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 （二）关键技术 3、微弱目标回波检测
（1）大动态范围接收机，关键是AD信噪比要高。 （2）长时间相参积累（CAF）提高信噪比。
M (,fd)T 10 Txt(t)xd*(t)ej2 fdtd t
10
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
11
二、基于模拟电视信号的处理实例
（一）模拟电视信号特点
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。
12
二、基于模拟电视信号的处理实例
（一）模拟电视信号特点
1、电视伴音信号 x 104 3
2
1
Amplitude
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。
保证收、发波 束同时指向同 一区域。
7
一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 （二）关键技术
1、“三大同步”
（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。
（3）频率同步
0
-1
-2
Amplotude
-3
4
x 10
800
2
1.5
1000
1200
1400 n
1600
1800
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
电视图像及伴音信号n中频信号
13
二、基于模拟电视信号的处理实例
（一）模拟电视信号特点 1、电视伴音信号
带宽窄，带宽时变，不存在测距模糊
W()RN 1()
矩阵求逆（SMI）算法
式中， ( ) 为无干扰时导向矢量，
R N 为天线阵列相关矩阵
x1 x1
x1 x2
x1 x N
RN
x2
x1
x2 x2
x2 xN
xN x1 xN x2 xN xN 19
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
1.1 空域滤波
对消输出信号用矢量表示如下：
Y (n ) X T (n ) C (n )X D (n )
21
二、基于模拟电视信号的处理实例
（三）关键技术研究
22
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
1.2 自适应对消
（1）NLMS
Y (n ) X T (n ) C (n )X D (n )
外辐射源雷达信号处理
1
外辐射源雷达配置示意图
2
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 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
3
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
4
一、外辐射源雷达系统结构及关键技术
16单元天线阵3个波束的方向图
40
三、基于数字电视信号的处理实例
（三）关键技术研究
3、宽带信号自适应对消
➢ 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!
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
8单元天线阵
24通道接收机
39
三、基于数字电视信号的处理实例
（三）关键技术研究
2、DBF
160
切比雪夫合成
150
140
130
120
110
100
90 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
M
xD(t)xS(t) G ixS(ti)w 1(t) i＝ 1
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
N
xT(t)K ixS(ti)K Tx （ St＋ T ） ej2 fdtw 2(t) i＝ 0 6
一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 （二）关键技术
1、“三大同步”
（1）空间同步
M (,fd)T 10 Txt(t)xd*(t)ej2 fdtd t
时延 频移
26
二、基于模拟电视信号的处理实例
（三）关键技术研究
2、互模糊函数
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
幅度
幅度
时 延 / s
多 普 勒 频 率 /H z
电视伴音信号模糊函数
时延
多普勒频率
电视伴音信号互模糊函数
17
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
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
18
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 1.1 空域滤波
阵列天线各单元加权矢量为
对消输出： E(n)Y(n)
权值迭代：
C (n)C (n1) E X (D T n()n X )D X (D n()n)
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。
23
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 1.2 自适应对消
三、基于数字电视信号的处理实例
（三）关键技术研究
4、宽带信号CAF
（2）副峰抑制
系统信息
数据
PN595 36
3744
PN595 36
3744
帧头
帧体
一个信号帧
单载波模式的数字电视信号帧结构
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。
4、宽带信号CAF
微弱目标回波检测
解决措施
难点
（1）CAF快速算法，
（1）运算量巨大
？
并用大规模FPGA 实现
（2）副峰干扰严重
（2）副峰抑制方法
（3）距离和多普勒徙动明显
（3）徙动补偿算法
45
三、基于数字电视信号的处理实例
（三）关键技术研究
4、宽带信号CAF （1）快速算法
46
CAF快速算法FPGA实现框图
➢ 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。
41
三、基于数字电视信号的处理实例
（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
信号处理面临的困难
解决措施
干扰强、杂波长 、运算量大 分布式对消结构
分数延时影响严重
多阶内插法
40 35 X: 1
（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
34
三、基于数字电视信号的处理实例
（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
35
三、基于数字电视信号的处理实例
（一）数字电视信号特点
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
M (,fd)T 10 Txt(t)xd*(t)ej2 fdtd t
8
一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 （二）关键技术
2、直达波抑制与获取 （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。
（2） 参考信号提取
矩阵求逆（SMI）算法 形成宽零陷
未使用SMI算法
使用SMI算法，可空域滤波
20
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 1.2 自适应对消
直达波通道、目标接收通道接收信号表示如下：
M
xD(t)xS(t) G ixS(ti)w 1(t)
x T(t)NK ix iS ＝ (1ti) K T x （ St＋ T ） e-j 2 fd t w 2(t) i＝ 0
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。
43
三、基于数字电视信号的处理实例
（三）关键技术研究
3、宽带信号自适应对消
Biblioteka Baidu
宽带强直达波干扰抑制
数字电视外辐射源雷达直达波干扰抑制效果
对消前
对消后
44
三、基于数字电视信号的处理实例
（三）关键技术研究
RLMS对消收敛过程
24
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
1.2 自适应对消
（2）维纳算法
Y (n ) X T (n ) C (n )X D (n )
直达波信号的自相关矩阵为，该矩阵有噪声的影响：
x(n)2
x(n)x*(n1) x(n)x*(nN)
Rxx x*(n1)x(n)
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。
水平方向信号辐射图
数字电视/调频广播频谱图 36
三、基于数字电视信号的处理实例
（二）信号处理流程
参考
接收机
信道
天线
DDC
均衡
主 天线 阵列
1
2 接收机 DDC 通道校 正
x(n1)2
x(n1)x*(nN)
x*(nN)x(n) x*(nN)x(n1)
x(nN)2
直达波信号与目标接收通道信号的互相关向量为： R x y
则对消系数为：
C
R 1 xx
Rxy
维纳解
25
二、基于模拟电视信号的处理实例
（三）关键技术研究 2、互模糊函数 电视信号模糊函数（AF） 电视信号互模糊函数（CAF）
Y: 37.26
30
对 消 增 益 限 制 （ dB）
25
20
15
10
5
长杂波示意图
0
0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
分 数 时 延 （ ns）
分数延时示意图
42
三、基于数字电视信号的处理实例
（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
运算量对比
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；