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 任务、技术要求 1.任务:分选、估计、识别、显示、控制 pD,=(,Jmm,rm,42,Fb。 2.要求 (1)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 (2)可测量和估计的参数、范围、精度 信号处理时间n元元=∑Wrn (4)可处理的输入信号流密度 三.基本流程和工作原理 1.预处理己知、未知信号预处理,实时、准实时处理 特征:匹配:已知雷达,放入已知雷达数据缓存区,m部雷达速度要实时 不匹配:未知雷达,根据雷达知识,分选出n部雷达 2.主处理: 是 已知雷达:序列相关性,统计估值,是否为已知辐射源 (不是建档 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 §42雷达信号时域参数的测量 m4的测量 1.组成P74,Fig4-3 2.数字化测量。计数器,时间锁存σ1= 3.同时到达信号 (1)w1-w2|22xB视频电路来不及反应,不会引起脉冲中断,这时|s1-Q2|≥Dr
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 ( , , , , , ) i i AOA RF TOA PW AP Fi PDW f t i i i i i q t 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 Tsp Tsp , å= = N i i Tsp WiTsp 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： þ ý ü î í ì 不匹配：未知雷达，根据雷达知识，分选出 部雷达 匹配：已知雷达，放入已知雷达数据缓存区， 部雷达 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 î í ì 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． TOA t 的测量 1．组成 P74，Fig4－3 2．数字化测量。计数器，时间锁存 N S t rs t 2 s = 3．同时到达信号： (1) w1 - w2 ³ 2pBu 视频电路来不及反应，不会引起脉冲中断，这时 S1 -Q2 ³uT
2)|=2-w2|<2B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 的测量 与测时电路同时工作,前沿触发,后沿锁存,同时清零 rpm=△2N5,P-√2 三.An的测量 与测时电路同时工作。触发,延迟,AD锁存 §43雷达侦察信号预处理 (PDW,i 已知雷达信号特征C,→已知雷达信号流 雷达信号的先验知识D21→未知雷达信号流 已知雷达信号预处理 1.{C}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 2.基本算法 PDW,}=1M(PDW)∈{C} PDW,∈ 〈PDW,}1M(PDW)∈UC C:∩C≡Hi≠j;,=1,…,m 分选具有唯一性,但C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 比较→ 重合:高雷达脉冲流 不重合:剩余脉冲→未知雷达流处理 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 D(4)= C1·C1V 二对未知信号的预处理 DA PDHL,3=1→{PDH,k}
(2) w1 - w2 < 2pBu 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． PW t 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 ×2 max t PW t N + = S rs do PW t t 2 dt 三． Ap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 k k g m j j i i D n C m PDW 雷达信号的先验知识 未知雷达信号流 已知雷达信号特征 已知雷达信号流 ® ® ® = ¥ = = { } { } { } 1 1 1 一. 已知雷达信号预处理 1．{ } C j 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 QAOA f RF PW t F 2．基本算法 分选具有唯一性，但C j 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 不重合：剩余脉冲 未知雷达流处理 重合：高雷达脉冲流 比较 ® ®[ 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 î í ì < ³ = C . C . ( ) j j j j i i i i v v v v C C i j D A 二.对未知信号的预处理 n Dk k 1 { } = n i k k n PDW i, j j 1 PDW , 1 { } { }| = ® =
1.{D4}=1的生成原则 (1)完备性和正交性∪D4=9D,∩D=≠j总可以唯一分选 (2)避免分裂脉冲流 常用的D (1)矩阵的均匀分划,容量、分辨力、分裂 (2)矩阵的非均匀分划 预处理的算法 4.组成 §44对雷达信号的主处理 对已知雷达信号的主处理 信号{PDH,}——已知雷达信号预分选结果 (1)tm检验j雷达的存在 (2)若j雷达的存在,进一步参数估计Q,RF,PW,PRI及其转移概率T,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PR分选和检测 4-1o4-1 (1)rm特性及其描述 a.固定PRI t r b.参差 PRI stagger i= Lk+1 C.抖动 ton. PRl.iter 抖动在1-10% d.参差抖动 成组参差 f.成组参差抖动 p+8T:M≤<LnM,+N R+8"LM+N≤<LMn+∑N
1． n Dk k 1 { } = 的生成原则 (1) 完备性和正交性. D i j 1 i = W = F ¹ = U I n k Dk Dj 总可以唯一分选 (2) 避免分裂脉冲流 2．常用的 Dk (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 m PDWi ,j j 1 { }| = ——已知雷达信号预分选结果 (1) PRI t 检验 j 雷达的存在 (2)若 j 雷达的存在，进一步参数估计 Q, RF, PW, PRI 及其转移概率 Ts ，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 = - PRIi TOAi TOAi t t t (1) PRI t 特性及其描述 a．固定 PRI PRI PRIi t = t b．参差 PRI stagger c．抖动t PRI jitter PRI . . t PRIi = t PRI0 +dTi 抖动在1 -10% d． 参差抖动 e． 成组参差 f． 成组参差抖动
(2)已知PR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 初始状态:输入序列{m,8。已知达的4m及其容差m,7,4,+k L为重合次数mmpm和m=m图m+r =0 =:+1,n=1 X=4mA -IToa,X是 i-i+1,=M N=m-1L=L-1L>0 结束状态:轴出序列名m,为分选结果,m为满足L重合的数据数量 2.参数估计与测量 PDWi}=。为经过预处理分选和主处理分选,检测后己知雷达的信号序列 (1)RF转移概率矩阵Pk (2)PW转移概率 (3)404 (4)Ts, Q,, T 特性:正交系统订.,then..rule 对未知雷达信号的主处理 (1)tpm分析→验证;(2)估计,测量:(3)识别,判断 1.对未知雷达信号的t分选与检测:直方图统汁检验,一级直方图,多级直方图 (1)t1mh, t,Mt多级直方图 固定v=Txa0<a<1 (2) Stagger prI PRl,存在 (3) Jitter PRI容差
(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 N PDW i j i 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 K K p ´ (2) PW 转移概率 (3) AoA (4)TS Ta ,Q , a 3．特性：正交系统 if . . .then . . .rule 二．对未知雷达信号的主处理 (1)t PRI 分析 ® 验证；(2)估计，测量；(3)识别，判断 1．对未知雷达信号的 PRI t 分选与检测 ：直方图统汁检验， 一级直方图，多级直方图 (1) , , t t PR Im in t PR Im ax D 多级直方图 固定 = ´a 0 <a < 1 PRI t T V (2) Stagger PRI PRI I 存在 (3) Jitter PRI 容差
2估计和测量 3.识别 §45数字接收机与数字信号处理 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:B=0.5 多通道数字接收机: ) 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 FFT DFT 〔k) 单信号、载频、带宽=k2 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: , (t)= A exp[-j(o t -+g)2 各天线阵元的输出信号为 x(t)=∑()exp|-j≠d,sinj=0,1,…,p-1 然后进行FFT变换得到频谱: F(k)exp-j≠d,sin F k 2.MUSC算法的谱估计测向 以列向量S表示各辐射源信号 ST=((t),s2(t),…,sm=1(t) 矩阵B为各天线阵元对S的响应:
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： ÷ ÷ ø ö ç ç è æ = 2 0, ck f B 多通道数字接收机： ÷ ÷ ø ö ç ç è æ = - 2 , 2 ck ck f f B 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 FFT DFT 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：
e-iddgtiabo e-iTd oing, ,,.e-icdo in m-1 e r"(dp-ransm-1 R=EXX=BE「SS+E[WW] R是满秩正定矩阵,具有P个非零特征值:≥≥4-2-1>0 M个大的特征值可求的M个入射信号,PM个小的特征值得到的是噪声 MUSC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。 GML(B,)=max b(ω,日)V、Vb(a,日) b(a4,0) eA, Cos(wo(t-it)+a, 7)=>A,Cos(wo(t-it)+a+a, r) 2/=0)y A-CosWot+(a iTa≤t≤ira+T A COSwoT iro+T≤t≤iro+t (3)S(()=ACos(W,t+uT) R(O)=-ACosWot+ut+utt 3. WIGNER分布
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。 U ,i m, . . .,p-1 i = 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 ) * R T S t S t (1) ( ) ( ) S t = ACos W0 t + F t0 2 2 ( ) CosW A R t = (2) å å - = - = = - + = - + F + 1 0 0 0 1 0 0 0 ( ) ( ( ) ) ( ( ) ) p i i i p i i i S t A Cos w t it a p A Cos w t it a p 0 0 0 0 0 0 2 0 1 2 i i i i 2 1 [ ( ) ] 2 1 ( ) t t t t t t t t t p + £ £ + £ £ + ç ç ç ç è æ + - = - t t A Cosw A Cos w a a R t i i (3) ) 2 1 ( ) ( 2 0 S t = ACos W t + ut ] 2 1 [ 2 1 ( ) 2 0 2 R t = A Cos W t + ut +utt 3． WIGNER 分布
瞬时自相关FT,去噪,非线性运算 HD()=1 t+-ld 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 r1τi WD(t, w)= sIt+ ?lexp(- jor)dt rmk WD(n, k)=>s(n)s(n+ m)expi ex:24 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:△∫=2MHz.△θ=2°△PRI=1us,△r=0,1us 数据结构 RF . unsigned int AOA unsignedint TOA unsigned pw 雷达信号:1.RF=2300MHz.AOA=46°.PW=2.5us.固定PRI=400m RF=2500MHz.ARF=±6M,PW=1.8us,△PW=±0.5us AOA =78 73→83 PRI= 800us. APRI=+lOus RF=3300MHz ARF=±10MH W=lus.△PW=±0.5us AOA=90 .AAOA=55 PRI, =430us . PRI,=470us APRI =tus 4 RF=3300MHz △RF=±10MH APW=±0.3us AOA=270 . AAOA= +10 pRl=310us PRL=330us, JiTier RF=3700MHz △RF=±10MH △PW=±0.5us AOA=135.A40A=+ PRl=600us,PRI= 650us 信号产生:(1)时间125us (2)单独产生 TOA Long (3)排序 雷达数mm=5,脉冲数LM.M=1,23,4,5 m雷达指针n脉冲指针 p(5)当,。,。脉冲指针
瞬时自相关 FT，去噪，非线性运算 ( ) t t t WD t w s t s t ÷d ø ö ç è æ ÷ + ø ö ç è æ = - ò 2 2 , 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： 2 . 2 . PRI 1us . 0.1us 0 Df = MHz Dq = D = Dt = 数据结构 RF .unsigned int AOA. unsigned int TOA unsigned pw 雷达信号：1. RF 2300MHz . AOA 46 . PW 2.5us . PRI 400us 0 = = = 固定 = 2. AOA 78 .73 83 PRI 800us . PRI 10us 2500 . RF 6MHz . PW 1.8us . PW 0.5us 0 0 0 = ® = D = ± RF = MHz D = ± = D = ± 3. AOA 90 . A 5 PRI 430us .PRI 470us . PRI 5us 3300 . RF 10MHz . PW 1us . PW 0.5us 1 2 0 0 = D = ± = = D = ± = D = ± = D = ± OA RF MHz 4．AOA 270 . A 10 PRI 310us .PRI 330us . iTier 3300 . RF 10MHz . PW 2us . PW 0.3us 1 2 0 0 OA J RF MHz = D = ± = = = D = ± = D = ± 5. AOA 135 . 2 PRI 600us .PRI 650us . 3700 . RF 10MHz . PW 2us . PW 0.5us 1 2 0 0 = D = ± = = = D = ± = D = ± AOA RF MHz 信号产生：(1)时间 1.25us (2)单独产生 TOA. Long (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