雷达信号分析

雷达信号分析（共10篇）

雷达信号分析 篇1

现代化的通信正在不断地深入发展并得到广泛的应用, 不同的通信系统的基站建设也越来越多。各种通信基站的使用频率、范围也在不断地变化和扩展, 以致于雷达信号受到同频率的通信信号的强力干扰。目前, 大多数的通信技术采用的是正弦信号为载波, 属于连续性的波调制。在同一频率的情况下, 通信信号会对雷达信号产生压制性的干扰, 严重影响到雷达工作站的运行。通信信号多以窄带干扰为主, 目前, 雷达采用的是匹配接受方式, 发射以线性调频或相位编码的信号。但不同的同频带的通信信号混进雷达接受目标回报信号之中, 会极大地影响到雷达匹配滤波的功能。

1 通信信号概述

1.1 通信信号概念

通信信号指通信中传输的图像、语言、文字等信息的传递信号。现代通讯一般以正弦信号电磁波的方式进行, 都以电磁波的方式进行传递, 发射电磁波的设备携带着接收方所需要的信息, 有时候直接到达接收方, 有时候这要经过许多的中转才能到达接收方。其通信信号的传递是经过不同的通信基站和设备进行传输的, 会连续性的产生信号波[1]。

1.2 通信信号模型建立

目前, 通信多以数字化设备进行, 其数字通信信号包括调幅、调频、调相三种基本调制形式。幅度键控ASK是线性调制, 频率键控FSK及相位键控PSK是非线性调制。因为表征信息的频率与相位的调整变化只有有限的离散值。因而, 可以进行频率键控FSK和相位键控PSK的简化, 作为幅度键控ASK信号处理。

2 特征子空间投影分析法

2.1 特征子空间理论的概念

特征子空间的降维效果和稳健性的出来能力在波束形成、DOA估计、超分辨处理等方面得到了广泛的应用。在通信基站密集的区域, 雷达信号会受到很大的影响, 当在脉压雷达强干扰的接收环境下, 接收的矢量中包括雷达回波信号和通信干扰信号[2]。

2.2 特征值的个数选取

在实际操作中, 输入为带限干扰, 无法准确的掌握大特征值的个数, 因而, 合理的选择大特征值的个数是必须考虑的问题, 如果特征值个数选择不够, 则会对干扰抵消不彻底;而选择过多, 则会将必要的信号对消。实际操作中可选择相邻的特征值的变化进行个数的选择, 其需要满足公式:i/i+1>i+1/i+2其中i=1, 2, 3....;M-2。

对于信号功率, 输入干扰功率越大, 那么对应的特征值也越大, 前面的特征值与后面的特征值的差距增大, 则确定感染子空间的维度就更容易, 且抑制干扰效果会更佳。

2.3 仿真结果分析

如果LFM信号的中心频率为F0=0MHz, 带宽B=10MHz, 时宽为T=10us。噪声是高斯白噪声, 输入不同的干扰功率时, 特征子空间的投影方法干扰抑制效果存在不同[5]。协方差矩阵特征值进行分解后, 代表干扰的特征值和代表信号及噪声的特征值相差较大时, 可以很容易很精确的选择出前面r个大特征值, 相反, 则不容易区分出大特征值和小特征值, 如果受到通信信号的干扰功率越大, 该方法对消效果则更佳, 干扰功率小则抑制效果不理想。

3 最小二乘法分析法

3.1 最小二乘法的思想

根据频率检测仪提供的信号带宽内干扰的频率范围, 在满足频率采样定理的条件下, 均匀的选择不同的离散频点, 作为不同通信信号干扰估计的频率值, 每一个频率信号幅值用最小二乘法进行计算。假设干扰的频率范围是[fmin fmax], 那么每一个离散点的频率为:

fn=fmin+nF0, 其中F0是频率间隔, n=1, 2, 3...N

3.2 离散频点的选择

频率采样的间隔越小, 则N的值越大, 那么最终的数字精确度越高, 在实际中, 误差和频率的采样率有关, 离散点越多, 则误差越小。另外, 在同一频率的采样点数时, 如果输入的带限干扰的功率越大则抑制效果会不佳[3]。对于小功率的通信信号干扰, 此法有效。

3.3 仿真结果分析

如果雷达发射LFM连续波, 则信号的中心频率为F0=0MHz, 带宽B=12.5kHz, 时宽为T=10us。输入的干扰取值范围为0.8到0.9间的倍数信号带宽处的带限干扰, 雷达信号功率和通信信号在内噪声的干扰下, 影响较小[4]。

参考文献

[1]吴少鹏.雷达抗干扰效能评估理论体系研究[J].雷达与对抗, 2011, 23 (6) :10-11

[2]潘超.雷达抗感染效能评估准则与方法研究[D].成都电子科技大学, 2010

[3]杨丹丹.雷达干扰一体化设计的共享信号研究[J].江南大学, 2010 (25) :103

[4]李明.运动平台雷达信号相互干扰研究[J].现代雷达技术, 2011, 36 (6) :56-57

[5]刘莹莹, 等.通信信号对雷达信号的干扰分析[J].科技信息与发展, 2012, 21 (22) :25

雷达信号分析 篇2

频率步进雷达数字信号处理

摘要：综述了频率步进雷达系统设计与信息处理中的主要问题,包括系统参数设计、目标抽取算法、与Chirp子脉冲的.兼容性、与圆锥扫描体制的兼容性等等,并论述了不同情况下多普勒效应的影响及其解决方法,提出了相应的数字信号处理方案. 作者： 毛二可龙腾韩月秋 Author： 作者单位： 北京理工大学电子工程系雷达技术研究所, 期 刊： 航空学报 ISTICEIPKU Journal： ACTA AERONAUTICA ET ASTRONAUTICA SINICA 年，卷(期)： ,22(z1) 分类号： V243 关键词： 雷达 距离高分辨 频率步进 信息处理 机标分类号： TN9 V44 机标关键词： 频率步进雷达数字信号处理STEPPED FREQUENCY系统参数设计目标抽取算法兼容性多普勒效应圆锥扫描信息处理系统设计处理方案子脉冲体制方法 基金项目： 国防预研基金

雷达信号分析 篇3

关键词：空时频检测；前聚焦雷达；信号处理方法；研究

中图分类号：TN951 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 16-0000-01

空时频检测前聚焦雷达信号处理方法水平的提高，对我国雷达探测追踪事业的发展具有重要的意义。为此，本文对空时频检测前聚焦雷达信号处理方法进行了分析与研究

一、基于长时间非相参积累的TBD技术

Allen等人对雷达长时间非相参积累技术方面的研究工作可谓是初创性的，是他们指出了在空变杂波环境下，雷达的目标跨距离单元脉冲积累与传统的积累模式相比，具有更加优越的性能。他们还在最大化检测概率理论的基础充分的对多目标积累路径集合高效的资源优化配置问题进行了研究，并取得了初步的发展创造成就。业内人士都明白这样一个定理，那就是雷达非相参积累能够对脉冲回拨能量进行直接的累加，并且可以在对初步相参结果进行分析处理过后对CPI之间的非相参情况进行累积。作为一种十分微弱的目标积累检测策略，长时间非相参积累检测前跟踪主要负责的是对初级处理数据进行相应的跨多普勒单元跟踪与跨距离单元跟踪，并根据跟踪得到的相关数据信息对目标的存在情况及其运行轨迹进行判断、刻画与描述。

现阶段，我国雷达聚焦检测系统中通过目标积累检测方法来实现长时间非相参积累的方式主要有三种，即动态规划（DP）类方法、Hough变换类方法以及在Bayes递推理论上发展而来的TBD方法[1]。一些相关学者曾经利用将图像处理方法应用到Hough变换方法中的方式来实现对目标的检测与跟踪，通过相关技术将雷达数据的“距离-时间”视图转换成直线参数平面的方式，人们能够轻松的完成ARU条件下的长时间非相参积累。由于此种方式即简便易行，又具有较高的准确性，因此在许多种体制的雷达长时间非相参积累检测工作中获得了较为普遍的应用。关于Hough变换类方法的性能，也有许多的学者进行了分析与研究，有的学者侧重于对具有大量随机脉冲干扰情况下，Hough变换类方法对长时间非相参积累检测的性能情况进行研究；而有的学者则侧重于对存有不同类型杂波情况下Hough变换类方法的长时间非相参积累检测性能进行分析。需要尤其关注的一点是，极坐标Hough变换（PHT）实现方法在目标速度变化的情况下更加适用[2]。通常来说，Hough变换类方法对直线或近于直线的运动目标具有更好的积累检测效果，然而美中不足的是，在一些情况下，此种方法会导致离散化处理模式失配与SNR阈值等系列问题的出现，影响积累检测效果的准确性。

而动态规划类方法在研发初期主要在图像检测领域与红外线目标检测领域应用的较为广泛，随着该技术方法的不断发展、优化与完善，近些年来，才被应用到了雷达微弱目标积累检测中来。为了实现对长时间非相参雷达目标的积累与检测，动态规划类方法主要通过对动态规划类积累算法的利用来实现。其会将多个CPI处理结果规划为多个状态，并利用各个检测目标的运动视作为状态序列的转移，并最终通过动态规划来完成对雷达检测目标的搜索及其轨迹的刻画。贝叶斯递推TBD方法将初级处理后数据作为观测变量，通过递推式滤波器估计Bayes后验概率，作为目标是否存在的判决依据。

综上所述，我们会发现，基于长时间非相参积累的TBD方法性能有限，不适合极低SNR微弱目标的探测[3]。

二、空时频检测前聚焦技术

空时频检测前聚焦技术是在长时间非相参积累检测技术基础上发展出来的一种全新FBD处理方法。此中FBD在空域与频域积累处理中也取得了十分广泛的应用，并发挥了巨大的效用，有效提升了空域与频域相参积累的增长。在数字阵列相控阵雷达领域中，往往为了获取更大的天线增益、提高雷达长距离的分辨率而需要进一步增加天线的长度与雷达信号的宽度。然而，这一过程会使雷达的宽带信号处于天线的阵元之间，为了解决这一问题就需要对雷达天线的相位进行补偿、对阵元之间发生的波形位移也需要进行补偿，如若不然，很可能会造成雷达天线波束的指向效果与雷达天线增益水平的下降。而为了弥补FBD处理方法的这一缺陷，研究人员通过将FBD方法在空时双维平面推广的方式，获得了一种新的空时2维处理方法。此种新型处理方法能够在在“孔径渡越”和“跨距离单元”条件下，实现对空时2维的联合相参积累。并且此种新型空时2维FBD处理方法能够实现对距离-速度-方位角的多项联合处理，从而使目标能量能够在多维度的空间中实现“聚焦”[4]。

在雷达探测领域，为了提高探测追踪效果，人们一直将信号宽带的高质量与对距离的高分辨率作为永恒的追求。例如，现阶段，美国的军用空间目标测量雷达型号有很多，其中代表性的宽带雷达类型有：ALCOR雷达、MMW雷达。其中ALCOR雷达主要负责对C波段的雷达信号进行探测追踪，其宽带信号频率为五百一十二MHz，其能够对53cm距离内的目标物进行分辨；而MMW雷达则主要负责对W于Ka波段的雷达信号进行探测追踪，其发射宽带频率高达2GHz，距离分辨率为14cm。

三、结束语

本文主要分两方面对空时频检测前聚焦雷达的信号处理方法进行了分析与研究，希望能够进一步提高我国空时频检测前聚焦雷达信号处理的处理能力，推动我国聚焦雷达信号空时频检测事业的发展。

参考文献：

[1]左渝，许稼，彭应宁.SAR运动目标距离多普勒域扩展混合积累检测[J].清华大学学报（自然科学版），2010（01）：145-148.

[2]李刚，许稼，彭应宁.基于混合积累的SAR微弱运动目标检测[J].电子学报，2007（03）：576-579.

[3]夏卓卿，陆军，陈伟建.凝视动目标相参积累技术研究[J].中国电子科学研究院学报，2009（05）：498-502.

复杂体制雷达信号的特点分析 篇4

1 波形的复杂化和多样化

目前, 侦察系统对雷达辐射源信号类型的识别主要是对信号的人为调制类型的识别, 人为脉内调制信号形式主要包括脉内相位调制、频率调制、幅度调制和3种调制组合的混合调制。

1) 脉内频率调制。脉内频率调制又分为连续调频和离散调频两类。连续调频的主要信号类型有线性/非线性调频雷达信号和V型及非对称双线性调频雷达信号。离散调频是把发射机的宽脉冲分成若干子脉冲, 每个子脉冲包络中有不同的载频, 因此称为脉内频率分集, 又称为脉内频率编码, 基本为固定载频。但有的文献里将频率分集信号分成顺序和同时两种。脉内频率调制信号在相控阵、低截获概率以及多输入多输出等雷达中的应用较为广泛。

2) 脉内相位调制。相位编码脉压信号是现代雷达采用最多的一种脉压调制形式。集成电路和数字技术的发展, 特别是直接数字频率合成器技术的成熟, 使雷达能精确、快速地产生各种相位编码信号, 构成自适应的相位编码脉冲压缩系统。相位编码通常采用伪随机序列编码, 该编码具有很大的自相干作用, 使接收机不能相干处理。现代雷达可根据处理增益的要求, 在单个脉冲内产生多达几千个码位的调制。相位编码信号在脉冲多普勒、低截获概率以及准连续波等雷达中的使用较为广泛。

3) 脉内混合调制。脉内混合调制是将发射的宽脉冲分为若干子脉冲, 根据雷达应用功能的实际需要, 每个子脉冲进行各自的窄带调制。近年来, 复合调制组合波形设计愈来愈受到人们的关注。由于采用单一调制的雷达信号的存在易截获易干扰的缺陷, 而且单一调制信号在现有技术条件下, 难以实现较大的时宽带宽积, 低截获性能受到限制。采用信号组合的方法能够得到大时宽带宽积的复合信号, 并实现各个单一信号的各自特点的有机结合, 提高距离分辨率或速度分辨率。比如相位编码信号的抗干扰性能较好, 但相位编码信号对多普勒频率比较敏感, 而线性调频信号的优点是对多普勒频率不敏感, 但其信号形式比较简单易受敌方干扰, 这样采用脉内线性调频, 脉间相位调制就较好的弥补了各自的调制所带来的缺陷, 而且采用混合调制还增加了信号的频谱宽度, 提高信号的时宽带宽积, 从而提高雷达的距离分辨力和速度分辨力。复合调制还可以提高信号的伪随机程度和随机特性, 从而增加截获接收机进行检测、识别、跟踪的难度, 具有更高的低截获性能和抗干扰性能。目前采用复合调制的雷达信号类型较多, 比如对脉冲内部采用线性调频, 而脉冲之间采用伪随机码相位调制, 或者脉内采用调频, 脉间采用步进、跳频等。雷达信号所采取的这些新的调制方式为侦察信号处理带来了新的挑战。

2 参数的多变性和快变性

雷达辐射源信号的分选与识别通常是利用信号参数的相关性来实现的。表征雷达特征的常规参数有载频、脉宽和脉冲重复周期等。

载频是用于信号分选的一个重要参数, 侦察系统的频率覆盖范围达通常可达到0.5-20GHz, 包含了绝大多数雷达的工作频率。现代雷达中大多数雷达能实现频率捷变, 以实现反侦察和抗干扰的目的, 如脉冲多普勒、低截获概率以及相控阵雷达等。载频变化的范围正在不断的扩宽, 超宽带雷达的发展日新月异, 工作频率点数增多, 变化样式灵活, 如国内某新型雷达, 可在几百兆赫兹范围内的多个频点进行变换, 脉间、脉组自适应捷变频。这就对利用载频分选造成了困难。

脉冲宽度是信号分选与识别可利用的另一个参数, 但信号环境的复杂化密集化、脉冲宽度取值的灵活可变及各个辐射源脉冲宽度取值范围的重叠, 对信号分选中利用脉宽造成不利影响。如某型雷达的信号脉宽有七种可以选择。

脉冲重复周期 (也称之为重频) 也是信号分选与识别的一个重要参数。单就重频参数而言, 脉冲多普勒等雷达为了分辨距离模糊和速度模糊或者为了对抗侦察干扰的目的, 就采用了各种不同形式的重频。目前常用的重频类型有:

1) 固定 (或恒定) 的重频。常用于搜索雷达和跟踪雷达及用于动目标指示的脉冲多谱勒系统中。

2) 跳变的重频。对重频进行随机跳变或有规律的调制, 是一种雷达抗干扰措施。

3) 转换并驻留的重频。选用几个或多个不同的重频值, 并快速地在这些重频值之间转换, 其目的主要在于分辨距离或速度上的模糊, 或者用来消除雷达的距离盲区或速度盲区。

4) 参差重频。一部雷达发射的脉冲序列中选用两个或多个重频值, 这种脉冲序列的重复周期称之为帧周期, 帧周期之间的各个小间隔可以称之为子周期。

5) 滑变重频。用于探测高度不变而雷达使用仰角扫描方式跟踪目标的系统。大仰角时探测距离近, 使用短重频;小仰角时探测距离远, 使用长重频。

3 结语

对雷达辐射源信号进行准确的分选与识别是当前电子战的重点研究方向之一, 本文从信号的波形设计和参数使用两个方面详细分析了当前复杂体制雷达信号的特点, 对提高分选与识别的水平具有一定的参考价值。

摘要：随着雷达科学技术的迅猛发展, 雷达信号的形式与参数日益复杂, 对其进行准确的分选与识别也困难重重。本文从雷达信号波形设计和参数使用两个方面出发, 详细分析归纳了复杂体制雷达信号的工作特点, 对雷达信号的分选与识别具有一定的参考价值。

关键词：雷达信号,特点,分选与识别

参考文献

[1]李侠.现代雷达技术[M].兵器工业出版社, 2000.

[2]张光义.相控阵雷达系统[M].国防工业出版社, 1994.

[3]张贤达.现代信号处理[M].清华大学出版社, 2002.

雷达信号分析 篇5

首次提出了一种固有模态函数积检测器.首先通过经验模式分解(EMD)把带噪信号分解成有限个固有模态函数(IMF).检测的基本思路是,对各个IMF分量的绝对值作逐点乘积,用于抑制噪声并凸现信号,最后进行滤波和判决.本文以UWB信号为例,数据源于UWB雷达实验系统.在低信噪比(SNR),UWB脉冲与噪声波形相似,且噪声概率密度函数(PDF)未知情况下,进行实验.结果表明,当峰峰信噪比低于5 dB时,该检测器性能优于Teager能量算子(TEO).

作 者：王明阳 周一宇 姜文利 韩乐 WANG Ming-yang ZHOU Yi-yu JIANG Wen-li HAN Le  作者单位：王明阳,WANG Ming-yang(国防科技大学电子科学与工程学院,长沙,410073;空军装备研究院,北京,100085)

周一宇,姜文利,ZHOU Yi-yu,JIANG Wen-li(国防科技大学电子科学与工程学院,长沙,410073)

韩乐,HAN Le(北京跟踪与通信技术研究所,北京,100097)

刊 名：宇航学报  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF ASTRONAUTICS 年，卷(期)：2006 27(z1) 分类号：V443+ 关键词：经验模式分解   固有模态函数   Teager能量算子   超宽带雷达   Empirical mode decomposition   Intrinsic mode functions product   Teager energy operator   Ultra wide bandwidth radar  

★ 低温红外镜头星点检测数据处理方法研究

雷达信号分析 篇6

1 调频步进雷达信号概述

调频步进雷达信号是用Chirp子脉冲代替频率步进信号中的矩形子脉冲,子脉冲中心频率均匀步进[2]。这种宽带合成的方式可以充分发挥频率步进信号和线性调频信号这两种高距离分辨信号的特点。线性调频信号具备可以独立控制时域宽度和频域宽度的特点,使子脉冲时域宽度在增大的同时,可以稳定频域宽度,使雷达作用距离有所提高,使信号数据率有所提高,使雷达成像处理时间有所降低。此外,信噪比可以在脉内压缩子脉冲的时候大大提高,既使发射信号的能力得到有效的保证,同时宽的频带又在短时间的得以覆盖,使高距离分辨和远距离探测之间的矛盾得以解决。

1.1 调频步进雷达信号的形式

调频步进雷达信号获得高距离分辨力的途径是脉内压缩及脉间相参合成,为一串载频线形跳变的Chirp脉冲,其时域表达式为:

其中K为C h i r p子脉冲的调频斜率,为Chirp子脉冲;为第i个Chirp子脉冲的载频;为矩形函数,,2/2/10Tt TTt rect(27)(27)-(28)其它。

1.2 调频步进雷达信号模糊性分析

调频步进雷达信号的模糊函数定义为:

它是由Chirp子脉冲的模糊函数沿轴移至处,并经相位因子加权后叠加而成。

2 调频步进雷达信号的处理

2.1 调频步进雷达信号的处理过程

调频步进频率雷达回波信号的混频输出信号数学表达式为:

其中,从上式可以看出其由线性调频脉冲和由频率步进产生的部分这两者组成,对于这种信号的处理利用匹配滤波器在各个脉冲重复周期内对回波进行脉冲压缩,经过脉冲压缩之后,将得到的数据组成距离-脉冲矩阵,然后对各列进行脉间处理(IDFT),从而得到高分辨距离像。

2.2 调频步进雷达信号的处理技术

调频步进信号为多普勒敏感信号,其需要N个脉冲才能得到一次结果,数据率较低,多普勒效应往往会对调频步进雷达信号中的子脉冲压缩和频率步进产生影响,其会造成子脉冲压缩后输出包络的距离走动,对频率步进的影响主要是形成了一次、二次相位误差,造成距离像的失真。为减小多普勒效应对调频步进雷达信号,可应用下列处理技术。

2.2.1 调频步进雷达信号的运动补偿技术

运动补偿技术主要是对运动目标进行速度补偿,围绕精确估计运动目标的速度参数来进行,通过合理的雷达喜用参数设计来规避运动对子脉冲的影响,由前面可知脉冲压缩后运动目标回拨中的干扰相位顶为,为能通过一定的运动补偿算法获得目标速度的精确估值v,应将各子脉冲压缩后的结果乘以加权因子后再进行IDFT,由此来实现对运动目标的高精度速度补偿。

2.2.2 调频步进雷达信号的距离拼接技术

调频步进雷达信号的距离拼接技术是对每个采样点所形成的N点IDFT抽取一部分点进行拼接,以达到消除距离像混叠,得到最优一维距离像的目的。在调频步进雷达中,每个采样点所能表示的实际距离范围为c Ts/2,要从N点数据中抽取部分距离单元可通过舍弃法和同距离选大法来实现,其中舍弃法是只从每个采样点的N点IDFT结果中抽取长度为c Ts/2的点,而舍弃其它点;同距离选大法是选择抽取出的长度为c'/2点中较大者作为抽取结果的方法。

3 结语

综上所述,可知通过对频率步进信号的运动补偿,可避免多普勒效应对调频步进雷达信号的影响,为获得真实完整的一维距离像应采取目标抽取算法(包括舍弃法和同距离取大法)。调频步进雷达信号的正确处理应以对调频步进雷达信号处理过程充分了解为前提,对处理过程中存在的问题给予合理的解决方案,不断改进调频步进信号处理技术,提高调频步进雷达信号的质量,保证信号的正常传送。

摘要：在处理信号的过程中,频率步进雷达信号可以频域合成瞬时带宽相对较窄的脉冲信号,从而得到合成宽带雷达信号,高分辨距离像是通过信号处理的方法来获取的,这种技术就是合成高分辨雷达技术。而调频步进雷达信号是对频率步进雷达信号的改进,具有抗干扰能力强、距离分辨率高等优点,在雷带系统中被广泛应用。本文在分析调频步进雷达信号的基础上,对调频步进雷达的工作原理及信号的处理方法做出进一步的探讨。

关键词：调频步进雷达信号,频率步进,信号处理

参考文献

[1]宁娜,王鹏.调频步进频雷达信号处理关键技术研究[J].电子设计工程,2015(13):1-4.

雷达信号分析 篇7

超宽带雷达在透视探测方面有较大的优势。超宽带透视系统技术是一种全新的探测技术，它通过发射纳秒量级的超宽带信号探测目标，用雷达原理测距，通过检测目标回波来判断目标的存在。

超宽带透视雷达是否可以有效应用，不仅取决于硬件系统的实现，同时取决于信号处理技术。作为一个跨接硬件与应用的桥梁，信号处理技术无论是对系统设计师还是对应用工程师都十分重要。超宽带透视雷达系统面向应用的信号处理包括目标检测、成像、识别和介质分层。

1 基于数据的能量和数学特征的杂波抑制方法

基于图像处理技术的杂波抑制算法只是将非目标成份所在的位置点进行处理，而经过杂波抑制后的图像的矩阵大小不变，用此图像矩阵进行后续的目标检测和图像重建算法时，数据量仍然很大，增加了算法的复杂度。因此，本文从回波数据的能量和数学特征的角度出发，提出了一种新的杂波抑制方法，该方法最大的优点在于能够实现杂波抑制的同时，减少图像的矩阵维数。

具体实现步骤与分析如下：

1)对超宽带透视雷达原始B-s can数据作去除杂波的处理，用均值法去背景杂波，其数学表达式：

其中，M, N分别是B-scan数据的总行数与总列数，xi (i=1，…，M)表示处理前数据，表示处理后的数据。

2)对去除背景杂波后的数据进行低通滤波。

通过均值法去背景后使界面强回波等杂波成分得到了很大抑制，为进一步加强目标曲线特征，对均值法去背景后的图像进行低通滤波，在处理实测数据时所选滤波器冲击响应函数如下：

3)对除去杂波和低通滤波后的B-s can数据，计算每列数据的能量(也就是每个A-scan数据的能量)，并将各列的能量做归一化处理。

4)对去除杂波和低通滤波后的B-s can数据，计算每行数据的方差，并将各行数据的方差作归一化处理。

5)设定一个针对归一化A-s can能量的门限值与一个针对归一化方差的门限值，对计算出的各个归一化能量与归一化方差进行判断，记下满足归一化A-scan能量大于及归一化方差大于这一条件的列与行，同时位于这些列与行上的数据即为判断出的目标回波数据，这样就确定了目标回波数据在整个回波数据中的分布区域。

6)删除非目标回波数据所在的行与列。

7)将提取出目标回波行列范围的图像进行边缘轮廓处理，突出目标回波的边缘轮廓，使目标回波更加清晰。

2 实测数据处理

本文用于处理的实测数据有两组，都来自国外人道主义反雷技术研究中心，其相关参数分别描述如下：

超宽带透视雷达为冲激型透视雷达，工作频率为1GHz，等效采样频率为40GHz，采样所得的一个B-scan包括98个A-scan，每个A-s can记录512个数据点，相邻两个A-s can间间隔为lcm。目标为一个LI11-RTV地雷，直径8cm，高度3.5cm，埋于地下大约10cm深。

数据处理结果的有关图像如图1至图4所示，横坐标代表雷达移动的水平位置，纵坐标表示采样点数。

3 数据处理结果分析

图1是将超宽带雷达扫描得到的后缀为.DTC的文件直接转化为MATLAB中的矩阵表示的灰度图像，图2是用均值法去除背景后的图像，从中可以看出效果并不理想，虽然去除了部分地表杂波，但也引入了一些人为的干扰。

图3是用基于图像处理技术的杂波抑制法去除杂波后的图像，此方法在对非目标成份的点进行处理时，不能直接去除该点，只能将非目标点的灰度值设为平均值，这样就得到了主观视觉上比较清楚的目标回波曲线。这种方法虽然可以达到比较理想的杂波抑制效果，但是处理后的图像的矩阵维数仍然很大，用此图像进行后续的目标检测和图像重建算法时，数据运算量太大，会增加算法的复杂度[6]。图4是用基于能量和数学特征的方法去除杂波后的图像，该方法直接提取出目标所在的行与列，删除非目标存在的行与列，此杂波抑制方法不仅能够抑制杂波，而且能够有效地减少灰度图像的矩阵维数。

基于图像处理技术的杂波抑制方法是用二值分割法分别找出地表回波和非目标成份所在的位置点，再返回原始图像对这些点进行处理。在这种处理方法中，只有均值法去背景可降低随机噪声的方差，提高信噪比。而基于回波数据能量和数学特征的杂波抑制方法，在均值法去背景后又进行了低通滤波，由于超宽带透视雷达回波图像中，噪声相对目标回波来说属于高频分量，这种传统的滤波技术可以较好地滤除随机噪声，所以可以比基于图像处理技术的杂波抑制方法更好地提高信噪比。基于回波数据能量和数学特征的杂波抑制方法最大的优点还在于能够较好地抑制噪声和杂波的同时，有效地减少运算数据量，可以简化后续的图像重建等算法。在对实测数据进行处理中，基于能量和数学特征去除杂波的方法将表示回波图像的矩阵从512X294减至287X221维，其中目标回波数据量占总数据量的比例从9.29%提高至15.67%。

参考文献

[1]孔令讲.浅地层探地雷达信号处理算法的研究, 电子科技大学博士论文.2003.

虚拟雷达信号分析仪设计方法研究 篇8

关键词：虚拟仪器,Labwindows/CVI,MATLAB,混合编程,雷达信号分析,虚拟仪器

引言

雷达自动测试系统中使用传统的电子仪器实现雷达信号参数的提取不仅价格昂贵、系统集成难度大, 而且对于一些复杂信号的提取也难以实现。虚拟仪器技术充分利用计算机的软硬件资源, 以软件为核心, 人机界面形式来实现这些功能。虚拟仪器编程语言Labwindows/CVI是美国NI公司开发的面向计算机测控领域的软件, 它的集成化开发平台, 交互式编程方法, 丰富的功能面板和库函数大大增强了C语言的功能, 为开发检测、数据采集、过程监控等系统提供了一个理想的开发环境。但是它的数值计算功能还不够强大, 面对信号分析领域先进的理论和方法, 如在信号时频分析、神经网络、小波变换、遗传算法、模糊理论等问题上, 还没有形成可用的库函数。而MATLAB软件则拥有上述丰富的工具箱函数, 且具有强大的数值计算、矩阵计算、信号分析和处理、图像处理等功能, 它己经成为应用学科中的计算机辅助分析、设计、仿真等不可缺少的基础软件。因此用Labwindows/CVI与MATLAB混合编程的虚拟仪器技术来构建雷达信号分析仪, 使其有机结合、优势互补, 具有很强的使用价值。

Labwindows/CVI和MATLAB混合编程的方法

实现Labwindows/CVI和MATLA B混合编程的关键是其数据和命令的交换, 即软件接口技术。Labwindows/CVI和MATLAB都提供了与外部接口的组件, 技术的核心就是如何正确建立它们之间的联系。ActiveX方式是微软定义的一种应用程序接口, 由于其功能强大, 己成为事实标准。Labwindows和MATLAB之间的接口也可以采用这种方式实现, 即Labwindows/CVI作为ActiveX自动化控制器, MATLAB作为ActiveX的自动化服务器。

混合编程的实现方法

如图1所示, Labwindows/CVI与MATLAB混合编程就是通过Labwindows/CVI与MATLAB之间的接口函数实现Labwindows/CVI下调用MATLAB的功能函数或运行MATLAB环境下的程序。接口函数的建立分两步进行:第一步是ActiveX服务函数的创建, 第二步是在创建的ActiveX服务函数的基础上, 添加更高一级的接口应用程序 (matlabbutil.c) 。

ActiveX服务函数的创建

Labwindows/CVI环境中得到ActiveX服务函数有两种方法, 方法一:在Labwindows/CVI窗口中选择Tools—Create ActiveX Controller Wizard根据提示进行操作:但该方法得到的Active X服务函数由于涉及到了Labwindows/CVI的远程服务, 调用不方便, 并且要求用户机必须先安装MATLAB, 后装Labwindows/CVI。方法二:在Labwindows/CVI 5.0以上版本中的CVIsamplesactiveXmatlab中直接提供有Labwindows/CVI和MATL AB的ActiveX服务函数应用程序, 该服务函数应用程序仅适合于MATLAB 5.01。对于不同的MATLAB版本, 只需将其在注册表里的注册码改写成符合ActiveX服务函数要求的格式替代5.01版本的即可。本文采用第二种方法, 其具体修改示例如下:

这里以MATLAB6.5版本为例, 首先在注册表里查到Matlab Application (Version 6.5) 的注册码如下:

生成的ActiveX服务函数应用程序中包含了Labwindows/CVI环境下实现同MATLAB混合编程所要用到的最基本的功能函数, 这些函数包括打开MATLAB函数, 关闭MATLAB函数, 发送矩阵函数, 接受矩阵函数, 运行MATLAB功能函数, MATLAB窗口最大最小化等。

更高一级的接口应用程序的添加

ActiveX服务函数应用程序matlabsrvr.c中包含的混合编程的基本功能函数在实际调用中并不方便。为方便开发者实现在Labwindows/CVI环境下同MATLAB的混合编程, 可对matlabsrvr.c文件中的基本功能函数进行封装, 提供更高一级的接口函数应用程序 (matlabuti.lc) , 该程序位于Labwindows/CVI的CVIsamplesactivexmatlab目录下。这样我们只需在所创建的工程中添加该程序, 就可以方便地在Labwindows/CVI环境下调用表1中所示的功能函数, 从而实现二者的混合编程。

雷达信号分析中的混合编程

线性调频 (LFM) 信号和相位编码 (PSK) 调制信号是雷达中常用的两种脉冲压缩信号, 在雷达自动测试系统中对这两种信号的分析主要是提取其调制参数, 用传统仪器实现对这些参数的提取不仅价格昂贵, 系统集成难度大, 而且对PSK调制信号调制参数的提取较难实现。因此将利用自动测试系统中已有的高速采集设备采集需分析的雷达信号, 然后利用Labwindows/CVI和MATLAB两大软件各自的优点设计雷达信号参数分析的虚拟仪器。在该雷达信号分析仪中, LFM信号和PSK调制信号的分析是通过调用MATLAB时频工具箱和信号处理工具箱中的库函数来实现的。在本文分析中仅以PSK调制信号参数的分析为例加以说明。

PSK调制信号分析的原理

对雷达信号解调的过程实际就是求幅度和相位的过程, 通过希尔伯特变换 (hilbert) 可以得到信号的解析表达式, 而从解析式中我们可以得到其幅度和相位。因此提取相位编码 (PSK) 信号的相位调制信息, 可以通过希尔伯特变换 (hilbert) 求取。对任意时间序列X (t) , 可得到它的希尔伯特变换Y (t) 为:

通过这一定义, X (t) 与Y (t) 形成一个复共轭对, 从而得到一个解析信号。

式中:a (t) 是解析信号的瞬时幅度, θ (t) 是解析信号的瞬时相位。

在MATLAB信号处理工具箱中有已经封装好的希尔伯特变换函数hilbert () , 该hilbert变换可以直接得到时间序列X (t) 的解析形式Z (t) , 相应地根据上面的分析就可以提取出信号的瞬时相位。虽然我们无法得到信号绝对的初始相位, 但是可以根据各个码元间的相对相位来识别相位编码。在MATLAB环境下利用信号处理工具箱中的函数编写的PSK调制信号分析程序, 主要的原代码代码如下:

雷达信号分析虚拟仪器的实现过程

基于Labwindows/CVI和MATLAB混合编程的雷达信号分析仪的设计思路是:首先由Labwindows/CVI通过测试系统中现有的TDS5032B示波器采集被测的雷达信号, 将参数和采集到的数据通过表1中所列的接口函数 (具体见应用程序代码) 传递给MATLAB, 接下来信号的分析由MATLAB软件编写的分析程序来实现, 然后通过接口函数传回分析出的值, 并将其显示到雷达信号分析仪的面板中。

仪器面板的设计

该设计中雷达信号分析仪界面板具有数据采集、信号分析, 以及原始信号波形和分析出来的波形的显示等功能。雷达信号分析仪的面板如图2所示分为两个部分:一部分为波形的显示, 一部分为操作按钮部分 (包括分析信号模式的选择、参数的设定 (幅度、载波频率、采样时间) , 初始化仪器、配置仪器、关闭仪器、采集并显示波形、分析出的波形显示、线性调频信号的斜率、保存波形数据文件、退出系统等) 。

应用程序代码设计

在代码设计中使用了matlabbuti.lc中定义的接口函数, 在工程中应加入matlabbuti.lc和matlabbuti.lh以免无法找到函数原型。这里仅给出分析出的波形控件中添加在回调函数中的部分代码:

这些代码首先启动了MATLAB并将其窗口最小化, 然后调用MATLAB下的信号分析程序PSK_Analysis.m, 并将分析出的相位数据返回到Labwindows/CVI的数组指针中, 用PlotXY命令在G PH中画出其波形。

结语

虚拟仪器因其“软件即仪器”的重要特点, 有着传统仪器无法比拟的优势。为了更好地发挥虚拟仪器的优越性, 需要最大限度地利用各种软件的特长, Labwindows/CVI丰富的控件资源和较高的执行效率与MATLAB强大的数据处理函数库及丰富的工具箱的结合, 必将促进信号分析与处理新技术在虚拟仪器中的应用。该雷达信号分析虚拟仪器主要实现了对雷达中LFM信号和PSK调制信号的调制参数的分析和测量, 坐标轴的量程根据所得数值的大小自动调整并显示, 可以在面板上通过光标直接读取波形数值, 非常灵活。为雷达自动测试提供了经济方便的测试手段, 同时又可以实时进行移植、改进和功能扩展, 可以广泛地应用于测试分析领域。

参考文献

[1]刘华君.基于Labwindows/CVI的虚拟仪器设计[M].北京:电子工业出版社, 2003

[2]张毅刚, 乔立岩.虚拟仪器软件开发环境LabWindows/CVI6.0[M].北京:机械工业出版社, 2002

[3]郭志波, 林锦国.一类虚拟示波器及信号发生器的设计与实现[J].电子工程师, 2002, 28 (12)

[4]张志涌, 徐彦琴.MATLAB教程-基于6.x版本[M].北京:航空航天大学出版社, 2001

[5]郑力新.基于Labwindows/CVI和MATLAB控制系统网络的实现方法[J].电测与仪表, 2004, 41 (2)

[6]刘志俭.MATLAB应用程序接口指南[M].北京:科学出版社

雷达信号分析 篇9

由于单一调制信号的时宽带宽积、复杂度都受到限制, 组合调制信号已经成为雷达信号波形设计的主要研究方向[1]。线性调频 (LFM) 信号和二相编码 (BC) 信号是雷达系统中应用最广的两种脉冲压缩信号, 各种调制有自己的特点。线性调频信号具有较宽的带宽, 而且回波对目标多普勒频移不敏感, 但是存在较强的时延-多普勒频率耦合, 信号形式简单易被侦察等缺点。二相编码 (BC) 信号是相位进行数字编码, 具有随机性强, 码字变化灵活, 抗干扰能力强, 但是对目标信号的多普勒频移敏感, 只适用于多普勒变化不大的场合。因此, 提出来一种线性调频和巴克码二相编码组合调制的雷达信号, 也就是在巴克码调相信号中, 在每个码元上再进行线性调频, 称这种组合调制雷达信号为LFM-Barker雷达信号。为此研究了该信号的波形构造, 距离模糊函数, 速度模糊函数以及时延-多普勒频率联合参数估计等, 得出该信号具有抗干扰性强, 较小的距离和速度模糊以及更好的低截获特性。

1 信号波形的组成

1.1 LFM信号

线性调频信号是一种在信号持续时间内频率连续变化的脉冲信号, 其相位具有平方律的关系, 线性调频信号的复数表达式为

式中, 为矩形函数, τ为信号调频带宽, u为线性调频信号的调频斜率, f0为发射信号的频率。

LFM信号的模糊函数说明了该雷达信号的测量精度以及模糊度等问题, 该模糊函数表达式为

式中, td表示两个目标之间的回波时间差, fd为两个目标的多普勒频率差。

沿td轴切割 (即fd=0) 表示距离模糊函数, 得

沿fd轴切割 (即td=0) 表示速度模糊函数, 得

LFM信号是一种典型的脉冲压缩信号, 对目标的回波信号具有较大的容忍性, 从而具有较好的距离分辨能力, 但是波形简单易被敌方侦察, LPI特性不是太好。

1.2 BC信号

一般的BC信号的复数表达式为

式中, uBC (t) =a (t) ·exp[jφ (t) ]为BC信号波形包络, 式中f0为信号的发射频率, φ (t) 为调制相位的函数。对于二相编码来说, 信号相位只取0和π两个值, 可用二进制相位编码序列{φk=0, π}表示, 也可以用序列{ck=ejφ (k) =+1, -1}表示;a (t) 为脉冲二相编码信号发射波形的一个矩形函数, 脉冲宽度为该函数窗宽度。

a (t) ={01, , 其他0

BC信号的复包络可写成

式中, v (t) 为子脉冲信号函数为子脉冲宽度, p为码元长度, τ=pτc为BC信号的持续时间。

BC信号的模糊函数表达式

式中, χ1 (td-mτc, fd) 为τc子脉冲信号的模糊函数,

χ2 (mτc, fd) 为BC信号的复包络的模糊函数

相位编码信号突出的特点是比较宽的频谱, 较低的功率谱密度, 采用脉冲压缩技术能够发射小的发射峰值功率。BC信号的模糊函数图是近似“图钉型”, 表征了该信号优越的目标分辨率, 测量精度和杂波抑制能力, 同时码元捷变使信号难以被截获, 但是BC信号回波会随着多普勒变化而发生畸形与突变。

1.3 LFM-BC信号

本文提出的LFM-BC信号是由7位巴克码调相与线性调频共同调制的, 即脉内线性调频而脉间采用7位巴克码进行二相编码调制, 如图1所示。

由LFM-BC信号构成图可知, 只有满足LFM信号调频时间τL与七位巴克码码元时宽τ1相等时, 即τc=τL=τ1时, 才是LFM-BC信号。LFM-BC信号的包络表达形式为

选取LFM调频脉冲时宽为10μs, LFM调频脉冲带宽为10 MHz, 七位巴克码为ck=[1 1 1-1-1 1-1], 对于多普勒频率为1.6 MHz, 时间延迟为2μs的目标进行回波研究, 得到了LFM-BC发射信号与目标回波信号波形。

从图2和图3可以看出, LFM-BC信号的发射波形与遇到目标后回波的关系, 回波信号明显比发射波形延后了2μs。图4中看出信号的频域特性类似于矩形窗函数, 带宽内脉冲幅度变化不太大, 而频移相角的幅度波动较大。

2 LFM-BC信号的模糊函数

根据模糊函数的相乘规律, 得到

式中, χLFM (τ, ξ) 为LFM信号的模糊函数, χBC (τ, ξ) 为BC信号的模糊函数, 组合调制信号的模糊函数是由LFM信号与BC信号模糊函数的卷积。

图5和图6可以看出LFM-BC信号的模糊函数具有高的峰值以及它的等高线, 信号具有较低的速度-距离耦合。图7中多普勒频移与延迟灵敏度均体现了该LFM-BC信号具有很好的距离与速度分辨率。

3 LFM-BC信号的性能分析

3.1 LFM-BC的时域与频域匹配处理

由匹配滤波的相关理论, 时域数字脉压处理信号的镜像共轭是匹配滤波器的单位脉冲响应。因此脉冲压缩滤波器的输出为输入信号与滤波器脉冲响应的卷积。当雷达接收信号序列进入该滤波器, 且目标回波脉冲存在于接收信号中, 当回波脉冲数据全部进入该滤波器时, 输出端达到压缩后的峰值, 如图8框图。

频域实现数字脉冲压缩处理, 其处理过程是先对来自雷达接收机的正交相位检波器输出的LFM-BC信号进行快速傅里叶变换 (FFT) 以求得回波信号频谱S (k) , 再将S (k) 与匹配滤波器的频率响应H (k) 进行乘积运算, 最后对运算结果进行快速傅里叶反变换 (IFFT) 得到脉压结果y (n) , 整个过程如图9。

由于LFM-BC通过匹配滤波器后系统动态范围的下限太大, 需要加权处理, 从来提高信号抗干扰能力, 提高弱信号的检测能力。

从图10与图11中, 可以看出加权后的匹配滤波器输出信号的幅度提高了, 不管是时域处理还是频域处理, 增强了信号的抗干扰能力, 信号不易泄露从而被截获。

3.2 LFM-BC信号的频率与时延估计

LFM-BC信号的目标回波复振幅设为A, 则回波信号总能量为Es=1/2|A|2, 由信号参数估计的相关理论, 得到在平稳白噪声背景下对时延均方误差的估计为

式中:No为噪声的功率谱密度, Be为信号的有效带宽。也就是信号信噪比和信号的有效带宽越大, 则信号的时延均方误差越小。所以波形发射不仅要有大的信噪比, 同时还是具有大的有效带宽, 从而需要采用窄脉冲的信号。

同理可以推出, 目标频移均方误差

目标频移估计的均方误差与信噪比Es/No及信号的有效时宽Te的平方成反比;即若想要获得小的频移均方误差 (测速误差) , 要求采用脉冲宽度宽的信号。

从图12、图13和图14中, 可以看出频率时间联合估计与实际值图5、图6和图7之间存在一定程度的误差, 要想减小这个误差, 必须发射大的时宽带宽积信号, 同时信号应具有高的信噪比。在雷达处理中, 必须考虑信号的时延与频移的联合估计误差。联合估计均方误差必须与时延和频移均方误差单独估计时相同, 否则误差会更大, 所以要消除时延与频移间的耦合。

3.3 LFM-BC信号低截获性能分析

根据施里海尔的截获因子α的定义, 可以判断低截获雷达信号波形的低截获程度。截获因子越小, 说明该信号越难以被截获到, 抗干扰强, 隐蔽性越好。对于仅是发射波形调制方式不同的雷达信号波形的低截获因子[6,7]α表示为

可以看出, LFM-BC组合调制信号的截获因子最小, 因此该信号具有更好的低截获性能, 能够防止信号被截获接收机探测与截获, 从而提高雷达在战场的作战能力与生存能力, 具有重要意义。

4 结束语

本文研究线性调频与相位编码组合调制的一种低截获雷达信号, 详细分析了该信号的模糊函数, 估计了LFM-Barker信号的频率时间联合分布, 结果表明此信号具有较好的模糊函数特性, 易于实现时域与频域信号处理, 且低截获特性优于单独调制信号, 是一种实现简单、应用较广的信号。

摘要：由于单一调制的低截获雷达信号很容易被敌方截获接收机截获, 从信号波形出发, 提出来一种脉内线性调频、脉间7位巴克码 (LFM-Barker) 组合调制的低截获雷达信号波形。通过理论推导与数值仿真, 分析了该组合调制雷达信号的时频域信号形式、时频域匹配处理特性、模糊函数、时移频移联合参数估计以及低截获特性。结果表明, LFM-Barker组合调制雷达信号具有好的时频特性, 高的距离与速度分辨率, 提高了雷达信号的低截获性能。

关键词：线性调频信号,巴克码,模糊函数,信号分析,匹配处理

参考文献

[1] 史林, 彭燕, 张毓峰, 等.一种低截获概率雷达信号及其信号处理.现代雷达, 2003;25 (6) :26—28

[2] 沈伟, 贾新海, 赵拥军, 等.一种新的伪码-线性调频复合信号侦察性能分析.电子信息对抗技术, 2012;27 (1) :1—6

[3] 贺珍, 张忠.从抗干扰角度看雷达波形的选择.中国电子学会电子对抗分会第十三届学术年会论文集, 2003:407—410

[4] 郭贵虎, 文贻军, 戴天, 等.一种新型低截获FSK/PSK雷达信号分析.电讯技术, 2009;49 (8) :49—53

[5] 于超鹏, 郝亮飞, 谢金华, 等.线性调频和巴克码组合调制雷达信号.探测与控制学报, 2009;31 (5) :20—24

[6] 张艳芹, 许录平, 李剑, 等.一种具有低截获特性的组合调制雷达信号.弹道学报, 2006;18 (3) :90—93

雷达信号分析 篇10

关键词：DPC-PC,信号处理,BITE

DPC是现代雷达设备重要的组成部分。如果将整套THALES RSM970S二次航管雷达系统比喻成一个健康的人体, 那么DPC无疑就是至关重要的“大脑”器官。它承担着系统最重要的信号分析处理功能, 在整个信号链中扮演着至关重要的角色。信号经过DPC的处理生成航迹发送给ATC, 实现了航迹输出并提供给管制部门使用。与此同时, DPC还负责对整个雷达系统的自检信息进行汇集。在本文中, 将首先对安徽空管分局所辖THALES雷达站配备的THALES RSM970S二次航管雷达中DPC设备构成及原理进行介绍, 完成其相应的功能描述, 之后将阐述雷达信号处理流程。由于S模式在合肥本地尚未使用, 因此涉及到S模式信号接收和处理的部分本文将略去, 仅介绍常规SSR应答信号的处理流程。

1 DPC物理描述

DPC (Data Processing Computer) , 即数据处理计算机, 其本质可视作专门针对雷达信号数据进行分析处理、计算等操作的一台微型计算机, 因此也称作DPC-PC。DPC在逻辑功能上可分为两个部分, S模式雷达处理单元 (MRP) 及S模式雷达通信单元 (MRC) 。两者在信号传输上是承接的关系, 由MRP对TRC机柜中MMXC过来的回答报告进行处理, 将其生成航迹, 然后发送给MRC。MRC是对外的通信部分, 它将生成好的航点迹发送到ATC或者其他雷达站 (多雷达站网络) , 同时也接收其他雷达信号 (多雷达站网络) 。

DPC位于THALES RSM 970S雷达系统中的TOM机柜中, 是TOM机柜的主设备, 完成TOM机柜最主要的航迹输出功能。A、B通道各有一个。DPC前面板上有一左一右两个可打开的金属制小门, 左边是散热器, 右边是光驱以及复位、开关机开关, 以及显示DPC运行状态的LED指示灯。

DPC尾部面板上是多个不同的接口, 以实现与外部设备的各种能量供应及信息传递。其中较为重要的是三个网线插口J1、J2和J3, 分别连接MDRP、SWITCH SUP和SWITCH 1/2, 从而实现信息的内部处理、监控及对外的输出。图1为DPC前面板的外观。

在机箱内部物理构造方面, DPC-PC主板上装有奔腾四处理器、相应显卡及网卡, 处于网络信息安全的考虑及实际业务的需要, 原始配置能够胜任DPC进行数据处理的任务, 因此目前合肥THALES雷达站仍保留着厂家2007年安装时的原始配置。

2 DPC与外部设备的联系及数据交互

上文已经提及, DPC是整套雷达系统信息处理的核心。以DPC为核心, 建立了三个功能不同的局域网, 以实现信号处理、信号输出及对系统进行监控。它们分别是以太数据网、信号输出网及监控网。正是通过这三个局域网, DPC才能够与外界, 包括TOM机柜和TRC机柜的其余设备进行信息交换, 传输指令, 输送信号, 完成其信息处理的职责。图2为DPC-PC的外部设备系统图:

以太数据网 (Gigabit Ethernet LAN) 即连接DPC和MMXC的网络, 由网线直接连接在彼此的接口上构成。既实现了DPC与MMXC、TOM机柜与TRC机柜的物理连接, 也使MRP与MMXC之间能够进行双向数据交换。首先, 由MMXC接受处理的应答信号、SSR点迹信息等经过该局域网提供给MRP, 进一步将这些信息分配给MRP的子功能模块处理, 以完成点迹到航迹的相关工作;其次, MRP作为系统自检的中心, 在完成自身以及DPC-PC硬件部分的自检的同时, 还通过该局域网接收来自MMXC的自检报告。最后, 由于DPC是整套系统的“指令中心”, MMXC所需的、对接收机和发射机的一切控制指令均由MRP编写完成, 并由以太数据局域网传送。此外, 由MRP实现的点迹位置外推信息也经过该局域网反馈给MMXC。

信号输出网 (I/O LAN) 实现了整套雷达头系统处理完毕数据向终端部门的输出, 由TOM机柜上下两个通道各自配置的两个交换机完成。DPC经过相关后的航迹等信息, 通过其对外数据交换的功能模块MPC (Mode S Radar Communication) 发送到I/O LAN, 传至PLINEs, 实现雷达信号的对外输出。两个交换机中的数据可以通过I/O LAN实现交换, 从而实现两个通道的数据相互备份。雷达系统是双机热备份工作, 一旦通道突然切换, 如从A通道切至B通道, 可保证A通道的航迹处理信息完整的保留到当前工作的B通道中, 实现工作状态的无缝交接。除此之外, I/O LAN还有一个及其重要的功能, 实现了对标准UTC时间的引入, 即时间节点功能TSF (Time Stamping Function) 。两个NTP (Network Time Processor) 服务器分别位于两个通道, 通过GPS天线接收到的卫星时钟信息, 将同步信息引接入I/O LAN, 进一步可以上行送至DPC、MDRP及发射机, 下行送至PLINEs。NTP服务器内部仍有内部时钟, 一旦GPS天线受外部干扰等影响, 无法引入精准的外部时钟, NTP服务器可将内部时钟传到I/O LAN中, 仍可保证一个比较高的时间精度。

监控网 (Supervision LAN) 用于对雷达系统运行状态, 包括各类实时参数、数据格式的检查测试。该局域网由TOM机柜中的SWITCH SUP交换机构建, 实现对本地数据处理的监控, 包括两组DPC中的控制及报告信息以及天线编码器的信息等。这些实时数据传至LTM、IRIS设备, 通过CBP软件可随时查看, 达到对系统正常运行实现监控的目的。

3 DPC功能模块介绍

DPC主要功能按模块划分, 可分为波束管理、进程管理、航迹管理、数据链管理、通道自检管理、长环测试管理以及与S模式有关的改进的监视管理和各个外设接口功能的实现等等。如图3所示:

下文将按照应答信号的处理流程, 依次对主要的波束管理、进程管理以及航迹管理逐一作介绍。

3.1 波束管理 (beam management)

波束管理是DPC处理应答信号的开始。包括了MRP-MMXC接口、下一扇区管理、信号处理等子功能。应答信号经处理后移交至下一功能模块进程管理进行进一步处理。通过对波束中飞机应答信息内容及数量的统计。

3.2 进程管理 (scheduling management)

进程管理的作用是整理好已预测的航空器信息, 传送给波束管理功能, 以便下一扇区进行处理。并接收上一扇区波束扫描到的点迹, 分配到MRP的其他功能模块进行进一步处理。其子功能包括等待航空器数据选择功能、时间节点功能等。其主要目的是防止航空器穿越扇区时造成雷达系统出现衔接不畅的情况。当航空器即将穿越扇区, 进程管理功能提前准备好波束管理需要的信息, 确定下一扇区, 预测SSR点迹的信息将被送到波束管理功能模块进行处理。进程管理功能通过NTPS得到卫星传来的外部时钟, 将航空器点迹穿越扇区的时间准确送至航迹管理功能和MRC, 进行同步处理和延时计算。通过两个NTPS时间的比较, 如果时间差超过预设门限值, 一个错误代码将送至MRC以表示外部时钟不稳定。时间节点功能的自检报告同样送至通道自检管理功能进行处理。

3.3 航迹管理 (track management)

航迹管理的主要目的即实现点航迹的关联, 是整个MRP乃至TOM机柜的核心功能模块。同时, 也完成航迹参数的更新以及下一次波束扫描预测航空器位置的计算工作。子功能包括点迹输入、航迹形成、数据输出、反射区认定, 航迹外推等。通过进程管理功能接收到的SSR点迹信息 (包括点迹本身和扇区边缘信息) 在航迹管理功能中得到处理。如果扇区边缘信息在最大延迟时间内没有接收到, 就会生成一个错误代码。点迹关联将扫描到的多个点迹与某一个特定航空器联系在一起, 通过偏差修正形成航迹。如果某个点迹重复、异步、多路径轨迹, 或是出现在不存在预定航迹的空白区域, 则不会进行相关。点航迹关联处理是指将已经相关的点迹与预设的航迹相关联, 并解决冲突, 形成点航迹一一对应的结果。处理过程包括三个阶段:预相关、相关和正确关联。

预相关阶段的作用是通过对数据功能分区以及基础的地理学标准, 对可能相关的点航迹对进行初步筛选。

相关阶段包括两方面:航迹预测和可能性计算。每一条航迹根据每一个预相关后的点迹的时间进行外推, 通过一个速度方向不变的运动模型完成。对于每一个点航迹对, 会计算其概率值, 包括点迹实际位置与航迹预测外置的偏差、点航迹SSR二次代码的异同以及点迹高度和航迹高度的配对。通过每一点航迹对概率值的计算, 即可完成点迹到航迹的相关过程。值得一提的是, 当虚假点迹被相关成航迹时, 其SSR二次代码将被视为无效以使真目标得到相关处理。

正确关联的目的是解决关联过程中的冲突问题, 以使正确的航迹和点迹相关联。正确关联的准则是:需保证通过计算处理后得到的点航迹关联对中, 该点迹是最适合该航迹的, 且该航迹是最适合该点迹的。其选择根据源于相关阶段的概率值。在正确关联的最后阶段, 需保证航迹最多只有一个与其相关联的点迹存在。

DPC功能还包括数据链功能、通道自检功能等等, 这些功能模块分工明确, 却又密不可分, 按照流程顺序将TRC机柜送来的应答信号整理相关成航迹, 通过ATCC接口模块传送至PLINEs, 进而实现雷达信号的输出。