第四章 雷达侦察的信号处理 雷达侦察系统：截获，检测，测量，分选，估计，识别，决策 1． 前端： PDW 形成 2． 分选，参数估计，识别，威胁等级作战态势，决策 3． 数字接收机模糊了前后端的界限 § 4.1 概述 一． 任务、技术要求 1． 任务：分选、估计、识别、显示、控制 { }∞== 0),,,,,( iiPPWTOARFAOAi FAtfPDW iiiii tq 2． 要求 ⑴可分选、识别的雷达辐射源类型和可信度 调制类型： AM、 FM、 PM 工作类型：功能、用途、体制、状态 ⑵可测量和估计的参数、范围、精度 ⑶信号处理时间 spsp TT , ∑ = = N i i spisp TWT 1 ⑷可处理的输入信号流密度 三． 基本流程和工作原理 1．预处理 已知、未知信号预处理，实时、准实时处理 特征： ?? ? ?? ? 部雷达据雷达知识，分选出不匹配：未知雷达，根 部雷达已知雷达数据缓存区，匹配：已知雷达，放入 n m 速度要实时 2． 主处理： 已知雷达：序列相关性，统计估值，是否为已知辐射源 ?? ? 不是 是 建档。 不相当脉冲放回不匹配脉冲，再作处理。 未知雷达：专家系统识别 可信度： 多处理机系统 § 4.2 雷达信号时域参数的测量 一． TOAt 的测量 1．组成 P74， Fig4－ 3 2． 数字化测量。计数器，时间锁存 NS trs t 2=s 3． 同时到达信号： (1) upBww 221 ?- 视频电路来不及反应，不会引起脉冲中断， 这 时 TQS u?- 21 (2) upBww 221 <- j 交替时间内分布，分割成多个脉冲 测时电路设置在方位频率的滤波处理之后 二． PWt 的测量 与测时电路同时工作，前沿触发 ，后沿锁存，同时清零 N D= 2max tPWt N += S dors PW tt 2t d 三． pA 的测量 与测时电路同时工作。触发，延迟， A/D 锁存 § 4.3 雷达侦察信号预处理 g n kk g m jjii nD mCPDW 未知雷达信号流雷达信号的先验知识 已知雷达信号流已知雷达信号特征 fi fifi = =￥= }{ }{ }{ 1 11 一 . 已知雷达信号预处理 1． }{ jC 的生成 (1)有限维的特征子空间：信号特征与噪声、分辨率、容量 (2)空间聚敛性和时间平稳性 AOAQ f RF PWt F 2． 基本算法 分选具有唯一性，但 jC 之间不能互相交识 ] 3． 组成：分散原理式、集中管理式，全硬件实现 未知雷达流处理不重合：剩余脉冲 重合：高雷达脉冲流比较 fifi [ 集中管理式，优先编码，一个 PDW 只放入一个存贮区 非矩形子空间 (1)选通信号相或 .硬件复杂 (2)取小，取大，改变 C 的特征 < ?= .C .C )( j j j j i i i i vv vv C C i jAD 二 .对未知信号的预处理 nkkD 1}{ = nkkinjji PDWPDW 1,1, |}{}{ == fi 1． nkkD 1}{ = 的生成原则 (1) 完备性和正交性 . ji D 1 i ?F=W= = U In k jk DD 总可以唯一分选 (2) 避免分裂脉冲流 2． 常用的 kD (1) 矩阵的均匀分划，容量、分辨力、分裂 (2) 矩 阵的非均匀分划 3． 预处理的算法 4． 组成 § 4.4 对雷达信号的主处理 一． 对已知雷达信号的主处理 信号 mjjiPDW 1, |}{ = —— 已知雷达信号预分选结果 (1) PRIt 检验 j 雷达的存在 (2)若 j 雷达的存在，进一步参数估计 PRIPWRFQ ,,, 及其转移概率 sT ，扫描方式，工 作起止 (3)类型、功能、工作方式和威胁程度 1． 对已知雷达的 PRI 分选和检测 1--= iTOAiTOAiPRI ttt (1) PRIt 特性及其描述 a． 固定 PRI PRIiPRI tt = b． 参差 PRI stagger c． 抖动 jitterPRIt PRI .. 10%-1 0 抖动在iPRIiPRI Ttt d+= d． 参差抖动 e． 成组参差 f． 成组参差抖动 (2)已知 PRI 特征分选和检测 a． 硬件电路，延迟，重合 b． DSP 连续出现若干脉冲 2． 参数估计与测量 NijiPDW 0', }{ = 为经过预处理分选和主处理分选，检测后已知雷达的信号序列 (1) RF 转移概率矩阵 KKp · (2) PW 转移概率 (3) AoA (4) aS TT ,Q, a 3． 特性：正交系统 .rule . . .then . .if 二．对未知雷达信号的主处理 (1) 验证分析 fi PRIt ； (2)估计，测量 ； (3)识别，判断 1．对未知雷达信号的 PRIt 分选与检测 ：直方图统汁检验， 一级直方图，多级直方图 (1) t, , Im Im DaxPRinPR tt 多级直方图 固定 10 <<·= aa PRIt TV (2) PRI Stagger IPRI 存在 (3) PRI Jitter 容差 2.估计和测量 3.识别 § 4.5 数字接收机与数字信号处理 一 ． 数字接收机： 数字接收机是将输入信号直接进行 A／ D 变换、数据存储，再进行数字 信号处理的接收机。由于受到数字电路工作速度等的限制，目前尚不能直接进行射频信号 的 A／ D 变换和数据存储，一般需要采用变频器将其转换到某一基带 B，再进行处理。 单通道数字接收机： ? ? = 2,0 ckfB 多通道数字接收机： ? ? -= 2,2 ckck ffB 量化噪声： SNR＝ 6． 02N 十 1． 76dB 采样点数： 对多脉冲宽 运用：数字测频，测相，脉内调制分析 二 .数字测频 DFT FFT 单信号、载频、带宽 多信号、多点检测 三．数字测相 . 天线阵列 1． 互谱相关相位干涉仪测向 假设在 A／ D 采样时间内同时存在 m 个辐射源信号： 各天线阵元的输出信号为 : 然后进行 FFT 变换得到频谱： 2． MUSIC 算法的谱估计测向 以列向量 S 表示各 辐射源信号 矩阵 B 为各天线阵元对 S 的响应： R 是满秩正定矩阵，具有 P 个非零特征值： M 个大的特征值可求的 M 个入射信号， P-M 个小的特征值得到的是噪声 MUSIC 算法就是以 B 在噪声子空间的最小投影方向作为辐射源方向的估计。 1-p., . . ,, miUi = 分别为 p-m 个最小特征值构成的噪声特征向量。 四． 信号脉内调制的分析 1． 短时傅立叶变换： 每次取一段信号进行 FFT—— 时域二维分布 2． 瞬时自相关算法 )()()( t+·= * tStSTR (1) )()( 0 F+= tWACostS t0 2 2)( CosW AtR = (2) - = - = +F+-=+-= 1 0 00 1 0 00 ))(())(()( p i ii p i ii aitwCosAaitwCosAtS ptpt 000 00 0 2 10 2 ii ii 2 1 ])([21 )( tttt ttt t pt +￡￡+ +￡￡ ? -+ = - tt CoswA aawCosA tR ii (3) )21()( 20 tutWACostS += ]21[21)( 202 tuuWCosAtR ttt ++= 3． WIGNER 分布 瞬时自相关 FT，去噪，非线性运算 ( ) ttt dtstswtWD ? ? ?? ? ? +? ? ?? ? ? ?= ∫ 22, 对连续时域信号 S(t)和离散时域信号 S(n)的 WIGNER 分布 (记为 WD)分别定义为 ex: 2 .4 上机作业： 完成给定侦察数据的分选，识别结果，并给出参数统计结果 信号参数： 0.1us . 1usPRI . 2 . 2 0 =D=D=D=D tqMHzf 数据结构 pw unsigned TOAint unsigned . int AOA .unsigned RF 雷达信号： 1. usMHzRF 400PRI . us5.2PW . 46 AOA. 2300 0 ==== 固定 2. us01PRI . 800usPRI 83.73 78AOA 0.5usPW . us8.1PW . 6MHzRF . 2500 000 –=D=fi= –=D=–=D= MHzRF 3. us5PRI . 470us.PRI 0us34PRI 5A. 09AOA 0.5usPW . us1PW . 10MHzRF . 3300 21 00 –=D==–=D= –=D=–=D= OA MHzRF 4． iTier . 0us33.PRI 0us31PRI 01A. 270AOA 0.3usPW . us2PW . 10MHzRF . 3300 21 00 JOA MHzRF ==–=D= –=D=–=D= 5. . 0us56.PRI 0us60PRI 2. 351AOA 0.5usPW . us2PW . 10MHzRF . 3700 21 00 ==–=D= –=D=–=D= AOA MHzRF 信号产生： (1)时间 1.25us (2)单独产生 LongTOA . (3)排序 雷达数 mm=5,脉冲数 LM. M=1,2,3,4,5 m 雷达指针 n— 脉冲指针 p(5)当 ，。，。 脉冲指针