机载雷达侦察信号处理和测向算法

机载雷达侦察信号处理和测向算法

姓名：辛小枫申请学位级别：硕士专业：电路与系统指导教师：冯小平

20090101

摘要摘要雷达侦察是利用雷达侦察设备探测、截获和测量敌方各种雷达电磁辐射信号的特征参数和技术参数，为电子战提供信息。由于雷达侦察系统面临复杂的信号环境，甚至接收到的电磁信号是专门设计以避免被侦察截获，因此，随着电子战信号的日益密集，信号形式的日益复杂，雷达侦察系统的信号处理研究有着重要的意义。本文对雷达侦察系统的后端信号处理进行了探索和研究，首先介绍了雷达侦察信号处理的理论知识，然后在此基础之上介绍了机载雷达后端信号处理系统的软件的设计及模块划分。详细论述了直方图法对雷达脉冲信号重复周期的测量和比幅法、相位法对辐射源信号方位的测量，最后给出了系统测试以及校正方案。实测结果证明，程序设计与选用算法可以满足系统要求。关键词：雷达侦察信号分选方位测量ＤＳＰＡｂｓｔｒａｃｔＲａｄａｒｒｅｃｏｎｎａＩｓｓａｌｌｃｅｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｔｅｒｃｅｐｔａｎｄｍｅａｓｕｒｅａ１１ｋｉｎｄｓｏｆｃｈａｒ乏ｌｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅｕｔｉｌｉｚｅｓｒａ【ｄａｒｒｅｃｏｍｌａｉｓｓａｎｃｅｅｑｕｌｐｍｅｎｔｒａｄａｒｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｒａｄｉａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓｉｎｆｂｎｎａｔｉｏｎｆｏｒｉｓｕｎｋｎｏ、ⅣｎｅｓｐｅｃｉａｌｌｙＷａｒ．Ｗｈａｔｔｈｅｒａｄａｒｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅｒｅｃｅｉｖｅｒｏｆｔｈｅｆａｃｅｓｅｌｅｃ仃ｏｍａｇｎｅｔｌｓｍｅｎｖｔｒｏｎｍｅｎｔ，ｆｕｔｌｈｅｒｍｏｒｅ，ｓｏｍｅｓｉｇｎａｌｓａｒｅｄｅＳｉｇｎｅｄｔｏｅｖａｄｅｂｅｉｎｇｉｎｔｅｒｃｅｐｔｅｄ．Ａｌｏｎｇｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙａｎｄｄｅｎｓｅｎｅｓｓｂａｔｔｌｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍｓｉｇｎａｌｓｉｎｔｈｅｍｏｄｅｍｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ．ｗａｒ（ＥＷ），ｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｒａｄａｒｐｌａｙｓａｌｌｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅ．ｏｒＴｈｅｍａｉｎｗｏｒｋｏｆｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｉｓｔｏｅｘｐｌｏｒｅａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｌｇｏｒｉｍｍｓｒａｄａｒｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅｒｅｃｅｉｖｅｒ．ＴｈｅａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｒａｄａｒｒｅｃｏｍｌａｉｓｓａｎｃｅｏｆｓｌｇｎａＪｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｋｎｏｗｌｅｄｇｅ，ｔｈｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｄｓｏｒｔｉｎｇｏｆｒａｄａｒｐｕｌｓｅｓｂｙ１１ｉｓｔｏｇ】！锄ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓａａｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｎｄｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｆｉｎｄｉｎｇｂｙＦ‘１ｎａｌｌｙｇｉｖｅｎｔｈｅｔｅｓｔａｍｐｌｉｔｕｄｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｎｄｐｈａｓｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ．ａｎｄ删ｕｓｔｍｅｔｈｏｄｓ，Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｓｕｃｈｍｅｔ｝ｌｏｄ觚ｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｉＳｆｅａｓｉｂｌｅａｎｄｍｅｅｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｋ吩唧ｏｒｄｓ：ＲａｄａｒｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅＳｉｇｎａｌｓｏｒｔｉｎｇＤｉｒｅｃｔｉｏｎｆｉｎｄｉｎｇＤＳＰ西安电子科技大学学位论文性（或创新性）声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名：星！！：捆西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密的论文在解密后遵守此规定）本人签名：导师签名：二犟日期！ｐ罗．；．ｒ第一章绪论第一章绪论１．１研究背景现代军事技术发展的一个重要趋势，就是各种武器装备越来越广泛地采用和依赖于无线电电子技术。电子战在２ｌ世纪战争中将起主导作用，海湾战争结束后，世界各国都高度重视电子战的作用，竞相发展高、新电子战设备。情报侦察是电子战的基础，是制定作战方针的主要依据。电子侦察是完成军事侦察的主要手段，在现代中雷达、制导、通信等方面的电子侦察传感器越来越多，通过电子侦察获取敌方雷达、制导、通信设备所发射的电磁信息、就能获得重要的军事情报。各种武器装备的性能发挥，战区的监视和警戒，各兵种协同作战的调配、联系、指挥和控制等，也都越来越多地依赖于雷达的效能，雷达的装备水平和效能发挥甚至左右着战局的发展。因此，在当前乃至今后很长的一段时间内，雷达对抗与反对抗都将成为电子战的一个主题。雷达侦察系统可以截获、分析、识别和定位作战区域内雷达和通信电台的电磁辐射信号，通过分析可以了解战场上的电磁态势和敌方的作战序列，为作战指挥提供直接的情报支援和决策依据，对战局的发展有着重大影响。随着微电子技术的发展，国内外军用雷达采用的信号形式日益复杂化，如频率捷变、脉内调频、调相、重频抖动、参差、采用类噪声的扩谱信号等，尽量破坏信号分选和识别所利用的信号规律性，增加了信号分类和交错处理的难度，使雷达截获系统的截获概率受到极大影响。另一方面，空间信号环境稠密而复杂，对于雷达信号来说，在特定条件下，空间信号密度可达到数十万脉冲／秒甚至上百万脉冲／秒。雷达技术的迅猛发展，对雷达侦察系统提出了严峻的挑战。因此，为适应当前及今后电子战／信息战发展的要求，必须加强对新雷达及其特征进行考察和分析，探索有效的雷达辐射源信号分析和识别技术，雷达侦察系统的处理方法的研究有着的重要意义。１．２研究现状及发展趋势八十年代以后出现了雷达接收机中频数字化的概念。这种接收机采用高速ＡＤＣ对宽带中频信号作为带通采样，雷达信号的幅度、相位等全部信息能以数字信息形式高精度地录取下来，从而可采用现代信号处理的方法来分析。现代信号处理的方法在雷达侦察信号处理中具有十分重要的作用。从８０年代中期雷达对抗领域的起步开始，雷达信号分选和识别等处理一直是科研、工程人员的重要研究课题。经过不懈的努力，己经探索出～些行之有效的方法，形成了２机载雷达侦察信号处理和测向算法许多较为成熟的估计算法和相关技术。雷达信号的分选方法主要有基于脉冲重复间隔（ＰＰｄ）的基准算法、统计直方图法，包括积累差直方图法和顺序差直方图法、ＰＲＩ变换法等。脉内细微特征分析方法主要有时域自相关算法、频域倒谱算法、调制域过零检测法、时频分析法，包括短时傅立叶变换、ＷＶＤ算法、小波分析等。目前，这些信号分选和特征提取算法大多有了一定的工程应用。但它们都存在一些缺陷，普遍存在的问题是各个信号分选针对某种重频类型具有较好的效果，但对于其它重频类型分析能力有限；特征提取方法也是如此，它们对某种调制信号分析能力强，而对其它调制类型信号的分析能力弱。此外，各个算法的估计精度和计算量小能兼顾，有些算法原理简单，易于实现，但分析能力有限；有些算法则是估计精度很高，但算法复杂，难于工程化实现。在现代雷达对抗环境中，信号环境变得密集而复杂，新雷达不断涌现，其抗干扰能力不断完善，所有这些都对雷达对抗的信号处理，尤其是信号的实时分选与识别提出了新的课题。如何使计算量既不庞大、复杂，又能够实现实时处理，这是有待深入研究的课题。１．３论文的主要内容及章节安排本轮文主要论述了西电与某研究所合作进行的科研项目一机载雷达侦察系统的部分研究工作。针对雷达侦察中的实际应用，实现了系统方案的设计。本文主要工作内容如下：①研究了雷达侦察的信号处理，包括雷达信号的预处理，主处理，已知雷达和未知雷达的分选。②多ＤＳＰ处理器并行工作下系统的软件设计以及实现。③研究了脉冲流分选的算法以及辐射源角度测量的算法。④对系统进行的调试和矫正的工作。本文的章节安排如下：第一章介绍了雷达侦察系统的背景、现状、发展趋势和论文内容的安排。第二章主要介绍了雷达侦察的信号处理，包括信号处理的基本流程和工作原理。重点介绍已知雷达信号的预处理、主处理和未知雷达信号的预处理、主处理。第三章介绍了系统组成与工作模式。首先介绍了整个系统的组成，然后介绍了各个工作模式的功能与工作模式间的切换。第四章为软件系统的设计部分。首先介绍了系统的软件开发环境，软件模块划分，然后详细介绍了软件中的流程控制管理模块和数据处理模块的算法和实现。第五章为系统测试与矫正，介绍了系统的测试环境、流程以及系统误差的矫正。第二章雷达侦察的信号处理第二章雷达侦察的信号处理雷达侦察系统的主要目标是对雷达信号进行截获与分析。这些系统通常工作在２ＧＨｚ到１８ＧＨｚ。雷达侦察接收机从雷达所发射的脉冲中获得有用信息，并把这些信息送给信号处理机，使其能根据给出的信息进行敌我识别以及威胁等级的识别，或者是引导武器对敌方进行攻击【ｌ】ｏ２．１对雷达侦察流程简介雷达侦察系统是一种利用无源接收和信号处理技术，对雷达辐射源信号环境进行检测和识别、对雷达信号和工作参数进行测量和分析，从中得到有用息的设备。实现对雷达辐射源信号环境进行侦察的典型过程如下：（１）由雷达侦察系统的侦察天线接收其所在空间的射频信号，并将信号反馈至射频信号实时检测和参数测量电路。由于大部分雷达信号都是脉冲信号所以典型的射频信号检测和测量电路的输出是对每一个射频脉冲以指定长度（定长）、指定格式（定格）、指定位含义（定位）的数字形式的信号参数描述字，通常称为脉冲描述字ＰＤＷ（ＰｕｌｓｅＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎＷｏｒｄ）。从雷达侦察系统的侦察天线至射频信号实时检测和参数测量电路的输出端，通常称为雷达侦察系统的前端。（２）将雷达侦察系统前端的输出送给侦察系统的信号处理设备，由信号处理设备根据不同的雷达和雷达信号特征，对输入的实时ＰＤＷ信号进行辐射源分选、参数估计、重频分选与跟踪、辐射源识别、威胁程度判别和作战态势判断等。信号处理设备的输出结果一般是约定格式的数据文件，同时供给雷达侦察系统中的显示、存储、记录等设备，通常称为雷达侦察系统的后端。随着高速数字电路和数字信号处理（ＤＳＰ）技术的发展，已经能够将带宽信号直接进行Ａ／Ｄ变换、保存和处理（数字接收机），使传统的测向、测频技术等与数字信号处理技术紧密地结合到了一起，不仅改善了当前系统的性能，并且具有良好的发展前景。２．２信号处理的基本流程和工作原理２．２．１雷达侦察常用分选特征参数介绍雷达对抗侦察系统后端的信号处理过程实质就是对接收机截获的实时脉冲流进行辐射源分选和识别的过程。其信号处理的顺序，～般先是信号分选，然后是信号参数分析，最后进行识别。但在实际上，有的需要交叉进行，有的则不能截然分开。例如在进行信号检测时，同时完成了对信号频率、方位测量的任务。在４机载雷达侦察信号处理和测向算法现代雷达对抗侦察信号处理设各中，有时需要分选、分析、识别往复进行，识别后在进一步分析，在进一步识别。通常用于信号分选的参数主要有五个：到达角（ＡＯＡ）、载频（ＰＦ）、到达时间（ＴＯＡ）、脉宽（ＰＷ），脉冲幅度（ＰＡ）和脉内调制特征（Ｆ）这些参数组合在一起描述脉冲被称为脉冲描述字。（１）到达角度（ＡＯＡ）到达角包括方位角和俯仰角。到达角度是雷达脉冲分选的重要参数。雷达截获接收机所能获取的目标辐射源参数中，脉冲到达角（ＤＯＡ）信息是一个与辐射源位置密切相关的信息。ＤＯＡ取决于雷达与侦察接收机的相对角度，一般为方位角，某些接收机中还可以获得俯仰角信息，在截获接收机运动的测量系统中（如离架后的反辐射导引头），ＤＯＡ信息也可能是一对正交的相位信息。因为短时间内要改变到达角，必须辐射源平台有很高的移动速度才能办到。不论辐射源其他参数如何变化，到达角在短时间内是基本不变的。（２）载频（Ｉ心）载频频率也是雷达信号分选的一个重要参数，根据雷达在频率上的分布特点，现在辐射源脉冲频率的变化形式与脉冲重复间隔（ＰＩｍ一样多种多样，其目的也是为了抗干扰，解模糊等。其主要变化形式包括：常规频率、频率分级、脉组频率捷变、受控频率等。现在瞬时频率测量技术已经达到相当高的水平，利用频率分选还有一定的可靠性，由于雷达截获接收机具有高的测频精度，而频率参数主要取决于辐射源载频的变化能力，对于常用的固定频率雷达、频率分集雷达和相参频率捷变雷达，其ＲＦ集中载若干个离散的频率点上，聚敛性较好。少数非相参捷变频雷达具有连续的频率分布空间但是随着声表面波技术的发展，越来越多的捷变频率雷达投入使用，有的雷达变频范围超过百ＧＨＺ。使传统的信号分选算法出现了一定的困难。（３）到达时间（ＴＯＡ）到达时间是雷达信号分选中最重要的参数，早期的雷达，由于电磁环境并不复杂，并且固定载频信号占大多数。因此早期的信号分选方法大都采用到达时间这个单一参数处理，但是现代随着电磁环境越来越复杂，ＰＲＩ抖动，ＰｔＬＩ滑变，参差特殊雷达信号的出现，仅仅依靠到达时间项参数已经不能满足要求。ＴＯＡ的测量一般是雷达侦察系统以某一脉冲为时间基准，测量后续脉冲相对于此脉冲的时间间隔值，从到达时间可以推导出雷达的脉冲重复间隔（ＰＲＩ）。一般雷达的ＰＲＩ大致范围为１００ｕｓ．１０ｍｓ。（４）脉宽（ＰＷ）脉宽常常作为雷达分选的辅助分选参数。很多雷达脉宽相近或者相同和多径效应的产生使得脉宽作为雷达信号的分选参数很不稳定。但是在短时间内，接收到同一雷达的脉宽往往是稳定的，加之今年来在脉宽测量上的技术越来越成熟，第二章雷达侦察的信号处理５使得脉宽测量精度有很大的提高，脉宽也成为了雷达信号分选的重要参考。（５）脉冲幅度（ＰＡ）脉冲幅度指雷达脉冲到达信号的电压电平，根据辐射源的距离和天线角度不同。同一辐射源的脉冲幅度也会有很大变化，但是对于固定位置的辐射源，脉冲幅度的变化总是符合一定规律的，所以脉冲幅度经过分析后也能作为雷达信号分选的参数。（６）脉内调制特征（Ｆ）脉内调治特征包含雷达发射机对频率和相位的调制，以及对包络形状的调制等，脉内调制特征是雷达脉冲分选中一个非常必要、有意义的参数，但是由于目前绝大多数截获接收机都不具备脉内调制特征分析的能力，故在传统的雷达截获系统去交错方法中，很少付诸实际应用。随着数字化接收机技术的发展，脉内调制特征分析将广泛用于信号分选。对于具体的雷达对抗侦察机，并不是包含各种信号处理的全部内容。不同用途、不同性能的侦察机的信号处理设备，在组成、功能上都有很大的差别，现代侦察机的信号处理设备与以前的侦察机相比差别也很大。，２．２．２信号处理的基本流程和工作原理后端信号处理过程可以划分为信号预处理和主处理两方面，其基本流程和工作原理如下：信号预处理的主要任务是根据已知雷达辐射源的主要特征和未知雷达辐射源的先验知识，完成对实时输入｛肋∥）：ｏ的预分选。预处理的过程是：首先将实时输入的｛肋矿｝：。与已知的ｍ个雷达信号特征（已知雷达的数据库）｛ｃ，｝乞进行快速匹配，从中分离出符合｛ｃ，｝高特征的己知雷达信号子流｛肋彬。，｝７－＿ｌ，分别放置于ｍ个已知雷达的数据缓存区，由主处理单元按照对已知雷达信号的处理方法作进一步的分选、识别和参数估计，然后再根据已知的一般雷达信号特征的先验知识｛ｑ）为，对剩余部分｛肋彬，／）刍，再进行预分选，并由｛ｑ）乙的预分选产生ｎ个未知雷达信号的子流｛肋形。）：；。。另外放置于ｎ个未知雷达的数据缓存区，由主处理单元按照对未知雷达信号的处理方法进行辐射源检测、识别和参数估值。预处理的速度应与｛肋形）：。的流速度相匹配，以求尽量不发生｛肋矽）：。流的数据丢失。信号主处理的任务是对输入的两类预分选子流｛肋形，，｝二。和｛肋形，。）：；。做进一步的分选、识别和参数估计。其中对已知雷达辐射源子流｛肋形．。＞乙二，的处理是根据已知雷达信号序列｛ＰＤ彬ｊ）是，弘的相关性，对｛ＰＤ形ｊ）是。进行数据的相关分选，并对相关分选后的结果进行已知辐射源的检测（判定该已知辐射源是否存在），６机载雷达侦察信号处理和测向算法再对检测出的雷达信号进行各种参数的统计估值。一般情况下，｛ＰＤＷ，ｊ）乏，进行主处理的过程中，被主处理分选滤除出来的数据，将依照对未知辐射源｛ｑ）函的预分选方法补到对应的｛肋形。。｝乏。中。而对于未知雷达辐射源子流（肋形．。）：；。的处理主要是根据对一般雷达信号特征的先验知识，检验｛肋形土）肼．，中的实际数据与这些先验知识的符合程度，作出各种雷达信号模型的假设检验和判决，计算检验、判决结果的可信度，并对达到一定可信度的检出雷达信号进行各种参数的统计估值。无论是己知还是未知的雷达信号，只要检验的结果达到一定可信度，都可以将其实际检测、估计的信号特征修改、补充到｛ｃ彤；。｛Ｂ）是。中，使｛ｃ，＞：；。｛喀）是。能够自动地适应于实际面临的信号环境。其中识别出原来的未知雷达信号，将其特征补充到己知雷达信号｛ｑ准。中尤为重要，它不仅提高了整个信号处理的速度、质量，也可以获得更大的信息量和宝贵的作战情报。｛ＰＤ图２．１侦察信号处理的基本流程２．５雷达信号的预处理雷达信号预分选的目的是降低信号密度，以利于信号主处理设备作进一步的分选和识别。按照实现目的的不同，常常把雷达信号预分选分为信号稀释、分组预处理和匹配预处理。信号稀释就是将不感兴趣的信号从全脉冲中剔除，从而达到降低信号密度的目的。通常的信号稀释方法包括空域稀释、频域稀释、时域稀释、信号强度稀释等。第二章雷达侦察的信号处理７信号稀释可以采用硬件实现，也可以采用软件处理的方法实现。分组预处理是通过单、多参数分组滤波器，将全脉冲分成多组脉冲列。常见的单参数分组滤波器是基于信号载频进行设计，多参数分组滤波器是基于信号载频、脉宽等进行设计。全脉冲经过分组之后再迸行信号分选，这样既降低了信号密度，又降低了脉冲流的复杂性，更有利于信号分选。分组预处理通常采用硬件来实现。匹配预处理就是将ＰＤＷ与存储器中预存的辐射源参数进行匹配相关处理，当ＰＤＷ与我方已知辐射源匹配时，就进行信号稀释当ＰＤＷ与敌方重点威胁雷达匹配时，就可实现重点目标预分选。在高密度复杂信号环境下，匹配预处理如果用软件方式实现，就需要较大的运算量。雷达侦察预处理总的任务描述是：根据已知雷达的信号特征｛Ｃ，｝＝和一般雷达信号特征的先验知识｛饥｝：＝ｌ，将实时输入的信号流｛ＰＤ彬）：。分成ｍ个已知雷达辐射源子流｛ＰＤ形，，）‰和玎个未知雷达辐射源子流｛肋形乒）：；。，２．３．１对己知雷达信号的预处理子空间分划｛Ｃ，）名是对已知雷达信号进行预处理的基本依据。由于受到预处理时间的严格，在一般情况下，｛ｃ，）羔。是用来直接与｛肋彬）二进行快速匹配分选的，因此构成｛Ｃ，）乞的各维参数特征及参数的具体描述都必须与侦察机前端输出的ＰＤＷ参数特征及参数的具体描述保持一致；此外，Ｃ，必须表现出已知雷达，在ＰＤＷ的特征参数空间中详细的、具体的性质，以便于预处理能够尽快、准确地实现信号分选。因此｛Ｃ，）羔。的生成是对已知雷达信号预分选的关键。｛ｃ，）刍的生成原则是：（１）Ｃ，是｛肋形｝信号空间中一个有限维的特定子空间。该子空间包含了雷达侦察系统至今已知的雷达信号表现在｛ＰＤｌ４／。｝信号空间中的全部已知信号特征，即Ｃ，是对已知雷达．，经前端正常检测后形成的全体ＰＤＷ的概括和描述。这种概括和描述既要考虑到信号参数本身的特点，也要考虑到前端在ＰＤＷ形成过程中的检测原理以及噪声和误差的影响。（２）Ｃ，的特定子空间具有相对的空间聚敛性和时间平稳性，即Ｃ，在｛尸Ｄ形｝信号空间中的分布尽可能集中，且尽可能不在短时间内发生较大的改变（慢变化可以通过主处理对预处理中的Ｃ，补充、修改进行参数跟踪）。２．３．２对未知雷达信号的预处理子空间分划对未知雷达辐射源信号的预处理主要是根据雷达信号特征的先验知识，ＡＯＡ、ＲＦ、ＰＷ三参数的张成空间Ｑ制定出一种合理的预处理子空间分划慨）：∥然后８机载雷达侦察信号处理和测向算法如同对己知雷达信号的预处理一样，按照｛珥）：：。分选经过对己知雷达预处理之后剩余的尸Ｄ矿一面西丽，产生分选结果泗形ｊ羟。。。慨疑。的工作条件同｛ｑ）名。下，｛Ｄ。｝：：，的还需满足：（１）完备性和正交性。而是一样的，因此有关＜Ｃ，，芦ｍ的生成原则也｛取毙：。的生成原则。此外，在一般情况Ｕｑ＝Ｑ，皿厂、ｑ＝≯ｋ＝ｌＶｉ，ｊｆ＝１，…，ｎ；ｉ≠ｊ式（２．１）以保证任意输入的ＰＤＷ，都必将被唯一的分选到一个肋彬．。中。（２）尽可能使同一部雷达、在同一种工作方式下的ＰＤＷ在信号预分选后处于同一个分选子流ＰＤ形ｊ中。根据｛４毙：。的生成原则，在雷达侦察系统中，常用的空间分划｛皿）：：。有：（１）矩形均匀分划。ＯＡ０４．、吼‰、厶‰、厶‰、砟Ｗｍ、＂ｆＰＷ一分别为侦察系统对ｐ爿‰、庇、ｆＰ∥三参数的最小测量值和最大测量值，％们、％、札册为均匀分划时各参数的二进制量化位数，△８彳硎，％，△ｚ刖为各参数的量化区间宽度，则有：％矿丛皆Ⅳ，：生鱼二丝式（２．２）Ⅳ．：型鳖玉”△．【Ｐｗ…式（２．３）式（２．４）屿盱三参数的空间分辨：Ａ．Ｑ＝Ａ０一铡圆％＠ＡｔＰ矽最大可分选子流数：式（２．５）刀＝％伽׉×Ⅳｆ朋式（２．６）矩形均匀分划的重要参数是Ａ．Ｑ，Ａ．Ｑ过大，会使多个未知雷达信号混合在同一个预分选的子流中；△Ｑ过小，又会使同一个雷达信号分散在几个预分选的子流中，都将造成后续主处理的不便，采用均匀分划的优点是预处理十分简单。因此常被许多雷达侦察设备所采用。但是人们都很清楚，实际的雷达信号参数在频率和脉宽域内的分布并不是均匀的。均匀分划没有充分利用雷达信号参数非均匀分布的一般知识，显然不是最合理的。第二章雷达侦察的信号处理９（２）矩形非均匀分划。通常雷达信号的载频集中在Ｐ、Ｌ、Ｓ、Ｃ、Ｘ、Ｋｕ、Ｋａ等几个主要频段，脉宽集中分布在０．２～３ｇｓ范围内，其它频段和脉宽范围内的信号是很少的；同时，载频的绝对变化范围与其所在频段有关，低频段绝对变化范围小，高频段绝对变化范围大。因此，一种常用的非均匀分划准则就是：对参数分布集中的区间采用密集分划（△Ｑ小），对参数分布分散的区间采用稀疏分划（Ａ【２大）；在频率低段采用相对密集分划（掣０小），在频率高段采用相对稀疏分划（虢Ｆ大）。这种非均匀的分划方法显然比均匀分划更合理。根据上述准则严格制定矩形非均匀分划时，需要未知雷达信号参数分布概率密度函数∞。（Ｄ４伽）、ＣＯ：（岛）、ＯＪｓ０Ｐ矿）的先验知识。设％伽、％、Ｍ，，分别是对三参数的分划数，则在理想情况下，三维矩形非均匀分划｛俄｝：：。可通过求解下列积分方程组确定。慨蠢：ｔ３吼饵，８枞。）Ｑ【氏，如＋。）＠［－ｒ即ｆ％。）ｉ＝１，．．‘，％∞；ｊ『＝１，…，％；七＝ｌ，…，Ｍ胛式（２．７）ｅ“眯‰）硼』侧＝去∥哆（‰）％５瓦１江１，．一，％∥一础＝钆‰式（２．８）歹＝ｌ，…，‰；％＝屯式（２。９）Ｐ毗渺旷击七＝１，…，％；ｆＰ％＝ｆＰ‰式（２．１０）矩形非均匀分划对Ｑ空间的分划数刀同式（２．６）。ｑ（臼一例）、哆（磊）、ｑＯＰ彤）的知识可能是先验的，也可以在信号处理的过程中，通过对实际数据分布的统计而后验获得。由于ｃｏ，（０一伽）、ＣＯ：（知）、鸭０Ｐ∥）本身也不精确，所以工程中实际使用的非均匀分划主要是按照原则和经验制定的。２．３．３预处理的基本算法对已经生成的（Ｃ！，｝刍，预处理的基本预分选算法是：ｆ｛尸Ｄ形，息Ｍ（ＰＤＷ，）∈｛Ｃ息ｍ删∈１两瓦（补流），即Ｍ（ＰＤ怫ｕｍｑ引２ＪＤ式中Ｍ（肋形）是ＰＤ形在｛Ｃ，墨。子空间的投影，｛ＰＤ彬，』）卅＿。为｛肋形，』）刍的剩余１０机载雷达侦察信号处理和测向算法器式中，妒为空集。如果朋个已知雷达信号子空间｛Ｃ，疑。彼此都不相交：ｅ厂、ｑ暑≯Ｖｆｃｊ；ｊ＝１，…，ｍ式（２．１３）则从尸Ｄ形到｛肋彬，，）羔。的分选是唯一的，即任意的尸Ｄ彬至多只能符合一部已知雷达的信号特征。这种情况不会产生预分选的模糊（通常将不用信号子空间的相交成为模糊），是非常理想的。但在许多实际情况下，一个作战地域内同时工作着敌我双方大量的雷达，同波段、同方向、同脉宽，甚至同型号的雷达同时工作也是司空见惯的。因此，由（ｃ，）刍基构成的已知雷达信号子空间也会有些相互交织，甚至是部分重合的模糊情况。此外，即使是对已知雷达，｛Ｃ，）乌基的构成也是一个循序渐进的过程，雷达侦察系统也很难精确地掌握此时此地每一部已知雷达的具体工作参数。特别是在侦察系统开始工作的最初阶段，由于先验信息的不足，很难保证｛ｑ）羔。满足条件，这样，由肋彬到｛肋形√｝ｊＬ。的信号分选可能是多值的，即一个尸Ｄ彬可能被分选到满足式（２．１２）的多个已知雷达信号子流中，必须由主处理作进一步的分选处理。同时，在信号处理的全过程中，通过系统的自适应补充、修改，力求使｛ｃ，）羔ｌ逐渐接近式（２．１１）的条件。对已经指定的分划｛珥｝二，未知雷达信号预处理的基本分选算法是：脚一咖ｕ‰１Ｍ（ＰＤＷ小｛Ｄ。）㈧，…，疗｝Ｊ式（２．１４）式中Ｍ（肋形）是肋彬在｛ｑ冀；。的投影。由于慨羟：。满足完备性和正交性，保证了剩余子流中的任意肋形都将被唯一分选到某一分选数据缓存区中。２．４雷达信号的主处理雷达侦察设备中信号主处理的任务是：从预处理输出的｛ＰＯ％＞刍和｛肋％砼；。中进一步分选出每一部雷达的ＰＤＷ序列，估计和测量其详细的信号参数特征，识别和判断其雷达类型、功能、当前的工作方式和威胁程度等。尽管安装于不同作战平台的雷达侦察设备对主处理的技术指标和技术性能要求不尽相同，但其主处理机几乎都是以各种高速数字处理机为核心的。由于主处理的数据量大、处理算第二章雷达侦察的信号处理法复杂、要求的反应时间短，往往是单个处理器难以胜任的，因此在主处理机中常常采用多处理器同时工作。为了提高处理速度、精度和识别判断的可信度，主处理机也必须充分利用各种先验信息和知识。因此，主处理也分为对已知雷达信号的主处理和对未知雷达信号的主处理。２．４．１雷达信号的ｆ脚特性及其描述Ｐ，ＲＩ是指Ｉ司一雷达拥邻脉冲之Ｉ司的时间间隔序列：々删．＝ｔｒ０４一ｔｒｏＡ。经。｛，脱｝岛为同一雷达的脉冲到达时间序列。几种典型的ＰＲＩ工作样式和数学描述如图２．２（１）固定Ｐ对ｆ∥７ｆ兰ｔｐｒｉＶｉ＝１，２，３…式（２．１５）其中‘卅。为一非时变的确定性常数。通常当ＰⅪ的最大变化量不大于其平均值的１％时，就认为该雷达具有恒定的ＰＲＩ值。（２）参差ＰＲＩｌ于肼ｉ＝Ｌｋ＋１Ｉ于一ｐｒｉｉ——三＝Ｏ，１…式（２．１６）ｔ口ｒｉＩ【ｉ＝Ｌｋ＋ｋ其中ｋ为周期参差数７川，…ｏ。为ｋ个确定性的常数，每经过ｋ个脉冲，各Ｐ砌的值循环变化一次。参差ＰⅪ脉冲列的重复周期称之为帧周期（或骨架周期），帧周期之内的各个小间隔称为子周期。（３）抖动ＰＲＩｔｐｎ＝ｔ，，ｆｏ＋６Ｔ，其中■。为‰的中心值或平均值，Ｖｉ＝１，２，３…式（２．１７）６ｒ，ｉ一般为在区间【－Ｔ，＋Ｔ】对称分布的随机序列。形成。的抖动的调制方式很多抖动范围Ｔ与中心值ｏ。的比值：６Ｔ川＝±≠一Ｔ式（２．１８）称为最大抖动量（简称为抖动量），以表现抖动的相对大小，其典型值为在ｌ％．１０％。（４）参差抖动ＰＲＩ１２机载雷达侦察信号处理和测向算法互钿＋够¨＝肌“１●工Ｌ＝０，１…ＩＩｒ■钒弼＋职勘ｔ几式（２．１９）它在参差Ｐ对的基础上增加了随机抖动６Ｚ。（５）成组参差ＰＲＩ锄＝ｋ蹦≤Ⅲ州…Ｌ＝０，１…；Ｍ＝乳净膏ｋｊｋ式（２．２０）磊ｒＭ＋ＺＮ－『＜ｉ＜Ｉ＿Ｍ＋ＺＮｊｊ４ｊａ１其中■是以ｏ，为周期连续发出的脉冲数；Ｍ是在ｋ个参差工作的。内发出的脉冲总数，且每发出Ｍ个脉冲，ｏ重复一次。（６）成组抖动参差ＰＲｌ么＋皿跳删七０，＝么＋回吣≤嘞ｊｊｊａＬ＝０，１…；胜∑Ｖｊ＝ｌ可以看出成组参差ｆ胛抖动可以概括前五种‘州工作样式，在雷达对抗和信号处理中，常以该式作为对一般雷达ｔ。特描述的通式。（７）滑变ＰＲＩ滑变ｆ。是雷达抗异步干扰的一种技术。滑变时，重频按照正弦、三角波或锯齿波方式有规律的变化。重频滑变信号的调制频率通常很低（数百Ｈｚ），其脉冲间隔的最小值与最大值的差值也不大，仅为２０．３０％。固定ＰＲＩ匠兰衄二：畦．第二章雷达侦察的信号处理参差ＰＲＩ贮衄二：畦如匀ＵＵ抖动ＰＲＩ参差抖动ＰＲＩ畦兰当二：一ＵＬｊ图２．２几种典型ｐｒｉ＿Ｔ＿．作样式的脉冲波形－－成组参差ＰＲＩ鞴匠兰口二：匪翔二如竺翔抖动ＰＲＩ．．２．４．２对已知雷达信号的主处理对已知雷达信号主处理的输入来自预处理输出的｛ＰＤＷ。。』｝ｊｔ。（对已知雷达信号的预分选数据），其处理的基本流程是：（１）利用已知雷达的脉冲重复周期ＰＲＩ信息，从｛肋形，，）名，中分选、检测／雷达的子流｛肋形：，）墨。，判断已知的ｊ雷达是否存在；（２）在ｊ雷达存在的条件下，由｛肋彬：，｝墨。进一步估计和测量／雷达的当前的各项信号参数特征，如ＡＯＡ及其变化、ＲＦ及其转移频率、ＰＷ及其转移概率、ｆ脚及其转移概率、天线扫描周期和扫描方式、工作的起止时间等；（３）根据ｊ雷达当前的信号参数特征与已知雷达工作特性的知识，识别和判断ｊ雷达当前的类型、功能、工作方式和威胁程度等，并形成各种必要的处理结果文件。对已知雷达ｆ倒特征的分选和检测就是利用己知雷达的｛ｔｅｒｎ。，ｒ）：：。，从｛ＰＤＷ，，，）盏中进一步分选出满足该ｒ脚特征的子流｛ＰＤ形’ｏ）墨。，然后根据｛ＰＤＷ’ｕ）三与己知ｔｅｎ特征的符合程度，判断该雷达信号是否存在，并给出该判１４机载雷达侦察信号处理和测向算法断相应的可信度。分选方法主要分为两类：采用数字逻辑电路的ｔｅｅａ分选滤波器和采用数字信号处理器的ｔｅｅａ分选滤波算法。在数字逻辑电路组成的ｆ脚分选滤波器中，通过对延迟线（一般采用ＦＩＦＯ）抽头和容差２Ｔ的编程控制，可以实现对已知雷达，脚分选滤波和检测的要求，且相应速度快。它的主要缺点是电路较庞大，使用不够灵活。因此，在许多侦察系统中采用软件处理方法。ｆ删分选滤波的软件算法。通常由软件实现的，删分选滤波与检测准则是：从任一肋％√起，如果在其后出现Ｎ个连续的周期都能与某雷达信号的‰特征相符合，则此尸Ｄ形，』便被作为该雷达的一个分选脉冲；如果在Ｔ时间内的分选脉冲多于检测门限Ｖ，便判为该雷达存在，否则为不存在。在该准则下，，脚分选滤波主要采用改进的自相关算法。设々啦．，匕为呐形，，妊。的到达时间序列，缸脚＂一ＴＪ９ｔｅｎ＂＋Ｔ，Ｊ；槲ｏＯ为歹雷达的ｔｊ，ｍ及容差。改进的自相关算法就是在此ｆ例及容差范围内对譬删，楚－－－０做Ｎ重自相关统计运算。该算法是将Ｎ重自相关统计运算分解为Ｎ次２重自相关统计的迭代运算，在每一次２重自相关统计运算的输出结果｛肋形：，＞：。中，都只保留满足下式条件的ＰＤＷ：∈知形：，）∈０ｋ一乃，‰加＋乃】ＰＤＷｉ；”ｉ１式（２．２２）芒ＰＤ彬：Ｊ｝萑０ｋ—Ｔｊ，ｔｐＲｌｌ，，ｄｒｒｊ】每一次的输出结果｛尸Ｄ彬０｝又作为下一次２重自相关统计运算时的输入。在经过Ｎ次迭代的最后输出｛ＰＤＷ，Ｉ，）盏，保留了连续Ｎ次满足式（２．２２）的全部ＰＤＷ。该算法的检测概率只和错误概率￡分别为：只＝（＜。甜∈鱼ｐ丹叱，一乃，。Ｗ，，＋巧】）］Ⅳ卟啡驯］Ⅳ式（２．２４）对已知雷达工作特性识别的主要依据是已知的雷达工作特性与信号参数的关第二章雷达侦察的信号处理系，其中经常采用的一种算法是称为ＩＦＴＨＥＮ结构的产生式规则推理算法。该条件集浓ｊ二为已知雷达ｊ各项检测和参数估计测量结果的集合，Ｌ为集合中各项结果的数量，则产生式规则推理算法的基本形式是将已知的雷达工作特性与信号参数的关系归纳为一组规则集｛互ｊ三，其中在精确推理中的每一条规则Ｅ都具有下面的描述形式：ＩＦ恪件集＝洚伸，条件２，．．·，条件刀，各条件∈饥比；：｝结论集：｛结论１，结论２，．．．，结论朋））ＴＨＥＮ即由对已知雷达信号与信号参数检测、估计测量的结果作为规则中的条件，产生对各种已知雷达和雷达工作特性等的识别结论。实际上由于许多结论相互间也有着千丝万缕的联系，每条规则推理时所产生的结论又可作为新的条件补充到｛瓦ｊ二中，被其它规则所引用，如此循环迭代，直到｛巨｝：ｌ作用于亿）乞。不再产生新的结论为止。非精确推理中的每一项条件和结论都是具有附加的可信度，并通过对规则本身的可信度和各项条件的可信度的计算，产生每一结论的可信度。随着人工智能技术的发展，已经涌现出大量的精确和非精确推理算法，使雷达工作特性识别成为当前十分活跃的领域。２．４．３对未知雷达信号的主处理对未知雷达信号的主处理的基本流程是：（１）采用脉冲重复周期ｔｅｍ分析技术，分析和检测未知雷达预分选数据｛肋彬ｊ）当中是否存在某种ｆ尸彤工作样式的未知雷达。如果判定该雷达存在，则从｛肋形上｝岛中分离出可能属于该雷达的ＰＤＷ序歹ｌＪ｛ＰＤＷ，），｝；ｏ中分离出可能属于该雷达的ＰＤＷ序列｛肋形二）二。并对剩余的序列｛肋彬－｝：。继续进行，聊分析，直到剩余序列不再能够检测出新的未知雷达信号序列为止。（２）对于分选出的｛ＰＤ彬：。，二进行各项信号特征参数的估计和测量，其估计和测量的方法同对已知雷达的特征参数估计和测量，并将结果迅速补充到已知雷达的预处理、主处理数据库中。（３）根据该未知雷达的检测和测量参数及其与一般雷达工作特性的知识，识别和判断该雷达的功能、工作方式和威胁程度等。在雷达侦察系统中，对未知雷达信号进信号ＰＲｌ分选与检测主要采用计算机选后第七个数据缓存区中的ＰＤＷ子流，【锄‰。，饥】为假设雷达的钿区间，Ａｔ软件算法实现，其中直方图统计检验法是一种较常用的算法。设｛尸Ｄ彬。）二为预分为，脚统计的量化时间，Ｔ为统计的时间长度，Ｎ为Ｔ时间内｛肋彬．。）盏中的子样１６机载雷达侦察信号处理和测向算法数，Ｍ为直方图统计时的钿分区数，即ＬＭ：胛ｆ垒生鱼１△ｆ式（２．２５）／为了讨论方便，防止出现，臃的高次交调，区间上限，聪。可按下式选择：ｔｅｎ。≤２ｆ删．式（２．２６）‰工作样式和参数范围的检验、估计可按下面格式进行。（１）固定‰的检测和ｆ删。区间的估计只（ｆ）≥矿（ｉ）Ｒ（ｉ）＜矿（ｆ）ｉ＝０…，Ｍ．１雷达存在，ｆＰ彤。∈｝聊曲＋ｉＡｔ，ｆ删曲＋（ｆ＋１）＆雷达不存在（２）参差ｆ脚的检测和‰，，ｊ＝ｌ，…ｋ，的区间估计Ｒ（ｆ）≥ｙ（ｆ）雷达存在，，删，∈ｐ删岫＋池，，删岫＋（ｆ＋ＯＡｔ）１竺０％Ｍ１雷达黝‰黝不存在ｉ＝…，｝引２２∞Ｉ式中，检测门限Ｖ应根据雷达对侦察机的照射时间和可能的钿参差数而适当选择。（３）抖动ｔｐｍ的检测和ｔｐｅ４范围的估计。艺ｋ（ｆ）≥矿（ｆ）∑尺（ｆ）≥矿（ｆ））雷达存在，ｔｍ，∈ｐ删．＋ｆ△“脚。＋（“．ｒ（ｉ））Ａｔ），∈ｐ删．＋ｆ△ｆ，ｒ脚。＋（“－雷达存在，式（２．２９）雷达不存在∑Ｒ（ｆ）＜ｙ（ｆ）巾，＝（导＋少；川，…，Ｍ—ｔ式中，区间积分系数卢应根据ｔｅｅｄ的抖动量适当选择。对于已经检测出的雷达信号，应根据检出的ｒ聊类型和参数范围，按照已知雷达改进的自相关算法，从｛肋彬．Ｉ｝二中进一步分选出满足该ｆＰ融类型和参数范围的子流｛肋形’。）二。由于在改进的自相关算法中，Ｍ重合是分成Ｍ次２脉冲重合完成的，所以在对未知雷达信号分选时的Ｍ可根据每次２脉冲重合分选前后｛尸Ｄ彬ｊ）二中数据量的变化而自适应选择（数量变化小则结束分选；数量变化大是Ｍ＝Ｍ＋１，继续分选）。为了减小多信号ｔｉｅｄ检测的交调，应将每次分选出的｛肋彬，ｔ｝羔。从原序列｛ＰＤ形，。｝ｏ，ｏ＝。中滤除，然后再对剩余的序列进行ｆ蹦直方图的统第二章雷达侦察的信号处理１７计和检测，直到结束。对未知雷达工作特性识别的主要依据是已有的一般雷达工作特性与信号参数的知识。由于这些知识综合了众多的理论分析、实践检验和专家思维方式，并将其演变成一种计算机可执行、可操作的软件程序和数据结构，因此普遍采用非精确推理算法，特别是产生式规则的非精确推理算法。第三章系统组成与工作模式概述１９第三章系统组成与工作模式概述３．１机载雷达侦察系统特点简介本设计中的机载雷达侦察系统具有如下特点：（１）作用距离远、截获时间短雷达接收的是目标对照射信号的二次反射波，信号能量反比于距离的四次方：雷达侦察接收的是雷达的直接照射波，信号能量反比于距离的二次方。因此，侦察机的作用距离远大于雷达的作用距离，一般在１．５倍以上，从而使侦察机可以提供比雷达更短的截获时间。（２）隐蔽性好向外界产生的信号辐射，容易被敌方的信号侦查设备发现，不仅可能造成信息的泄露，甚至可能招来致命的攻击。辐射信号越强越容易被发现，也就越危险。从原理上说，雷达侦察只接收外界的辐射信号，因此良有良好的隐蔽性和安全性。（３）获取的信息多而准雷达侦察所获取的信息直接来源于雷达的发射信号，受其它环节的“污染”少，信噪比高，因此信息的准确性较高。雷达信号待征分析技术，建立雷达库。雷达侦察本身的宽频带、大视场特点又广开了信息的来源，使雷达侦察的信息非常丰富。（４）覆盖频段广接收机采用频率步进搜索方式工作，其瞬时频带为３００ＭＨｚ，测频范围为２～１８ＧＨｚ。覆盖了绝大多数雷达的频段。（５）体积小，重量轻因为接收机采用频率步进搜索方式工作，接收机在某个测频和处理时间内，只检钡，ｔ］０８０００—２０００）／３００＂≈５４个瞬时频带的一个。所以极大的降低了模拟部分的体积和重量。可以方便的架置于不同平台上。但本系统也有一定的局限性，如：情报获取依赖于雷达的发射，单侦察站不能准确测距等。本身由于步进搜索方式工作脉冲截获概率不能达到１００％。因此，完整的情报保障系统仍然需要有源、无源多种技术手段配合，取长补短，才能更有效地发挥作用。３．２系统硬件组成概述信号处理器的４个通道，各通道具有相同的结构，为一个典型的数字接收机。每个通道的数字接收机包括１个高速ＡＤＣ采样单元、ＦＰＧＡ单元和ＤＳＰ处理器单元。２０机载雷达侦察信号处理和测向算法系统硬件组成如图３．１所示。ＬＩＮＫＵ图３．１系统硬件组成筒图ＡＤＣ芯片采用ＮＩ公司的ＡＤＣ０８Ｄ１０００器件，ＡＤＣ０８Ｄｌ０００是一款高速、高性能、单片８位双通道ＡＤＣ。它的高速性能特点允许用于采样速率高达１ＧＨｚ的高频采样，同时保持至少６个有效位数。转换后的数字信号送入ＦＰＧＡ，之后可由ＤＳＰ芯片将数据读取出来加以处理。ＦＰＧＡ是系统重要组成部分。主要负责对ＡＤ采样数据的预处理及输出ＤＡ回放数据。与ＤＳＰ间通过总线实现高速交换数据，ＦＰＧＡ之间通过互连线交换数据。采用的芯片是Ｘｉｌｉｎｘ的Ｖ－４系列。Ｖ－４ＦＰＧＡ是ＸＩＬＩＮＸ公司最新推出的基于ＩＰ核和客户模块的高性能ＦＰＧＡ开发平台。它为设计提供了完整的解决方案，主要用于无线通信、网络、视频和ＤＳＰ应用，以及ＰＣＩ、ＬＶＤＳ及ＤＤＲ接口等。它采用９０ｎｍ技术，可以以较低功耗高速运行，Ｖ－４系列可以大大提高可编程逻辑设计的容量，并且也是可编程门阵列的有力替代产品。ＤＳＰ主要用来实现干涉仪信号主处理部分，ＤＳＰ通过链路口互连，通过总线与ＦＰＧＡ连接。采用的芯片为ＡＤＩ公司的浮点处理ＤＳＰ芯片ＴＳ２０１［２１。其主要性能指标如下：（１）最高工作主频可达６００ＭＨｚ，指令周期为１．６７ｎｓ。支持单指令多数据（ＳＩＭＤ）操作。（２）链路口采用了ＬＶＤＳ技术，数据以ＤＤＲ方式传输，单向最大速率可达５００ＭＢ／ｓ，数据吞吐量４ＧＢ／ｓ。（３）４条１２８位数据总线与６个４Ｍｂ的内部ＲＡＭ相连。３４位的地址总线提供４Ｇ统一寻址空间。第三章系统组成与工作模式概述２１（４）４个链路口，每个链路口提供１．２ＧＢ／ｓ的传输速率。可同时进行ＤＭＡ传输。（５）用于通过共享总线提供无缝连接的片内集成总线仲裁控制。（６）片上ＳＤＲＡＭ控制器，片上ＤＭＡ控制器，提供ｌ４条ＤＭＡ通道。３．３系统的逻辑功能划分综合硬件结构特点和资源，根据系统设计要求，信号处理器的单个通道逻辑功能划分如下图所示：｛采样数据通道数字正交下变频ＦＰＧＡ传入ＰＤＷ相关数据ＰＤＷＩ拘Ｉ形成数字信道化和信道检测（多相滤波）上信号的分选上飞Ｑ～ｆＰＷ／ＰＡ上脉内参数分析（相位差分析）土辐射源角度的测量估计Ｊｒ上Ｊｒ生成报告ＰＤＷ的初步形成工作模式管理报告◆ＰＤＷ相关数据◆图３．２ＦＰＧＡ逻辑功能图图３．３ＤＳＰ逻辑功能图每个通道包括数字正交下变频、预处理部分和主处理部分。预处理部分包含数字信道化处理、数字检波、ＴＯＡ估计、ＰＷ估计、ＰＡ估计、载波频率估计、脉内参数分析和ＰＤＷ形成等主要模块，正交下变频和预处理在ＦＰＧＡ内进行。各通道的高速ＡＤＣ采样得到的数据流的采样速率为６００ＭＳＰＳ、位宽８位，经过降速率后的数据流的速率为３００ＭＳＰＳ、位宽１６位。正交数字下变频输入是高速ＡＤＣ输出，其功能是实现将中频采样数据变换为正交零中频数据。由于ＡＤＣ中已经进行了１／２降速率处理，因此，整个下变频模块机载雷达侦察信号处理和测向算法处理的数据率都是３００ＭＳＰＳ。信道化滤波器采用基于ＤＦＴ多相滤波器的技术，极大降低了运算量，提高了实时处理能力。系统采样频率为６００ＭＨｚ，信号带宽为３００ＭＨｚ，如果采用３２点ＩＤＦＴ实现多相滤波器，则信道间隔为２冗／Ｄ，相应的模拟频率为９．３７５ＭＨｚ，即信道化输出的频率分辨率为９．３７５ＭＨｚ。信道滤波器输入的ＩＱ数据率为３００ＭＳＰＳ，当Ｄ－－３２时，由于进行了预抽取，因此后续多相滤波器和ＩＤＦＴ的数据率为３００／３２。频率估计器为３２信道。根据本系统情况，脉冲的平均到达间隔为１００９ｓ，脉冲占空比为１０：１。可见在一个本振驻留时间内，脉冲重叠的概率极小，可以不考虑同时到达信号处理的问题。所以后续的处理单元设定为２个通道。时域参数测量模块完成对雷达脉冲的到达时间（ＴＯＡ）、脉冲宽度（Ｐｍ、脉冲编号、脉冲幅度的测量任务。脉冲时域参数通常利用硬件测量，在本系统中，输入是采样后的零中频数据流，因此中采用数字化技术进行测量。脉内调制分析模块的输入是正交采样序列，它完成起始频率、调频斜率、调制识别和相位编码码组检测等分析任务。在本系统中，脉冲调制分析算法采用差分算法，其运算量在所有的调制分析算法中是最小的，因此特别适合于实时处理应用。ＦＰＧＡ经过时域参数测量模块和脉内调制分析模块得到了脉冲描述字的相关参数。发送给本通道的ＤＳＰ进行后续处理。在ＤＳＰ内才生成完整的脉冲描述字。本模块的输入数据分别来自脉冲时域参数测量模块、载波频率分析模块和相位分析模块，由于在ＦＰＧＡ中不适合作除法运算，所以在ＦＰＧＡ中并没有直接得到全部的脉冲描述字，而是有一部分中间参数，将参数传入ＤＳＰ中后再在ＤＳＰ中经过拼位和计算得到实际参数值。然后在ＤＳＰ内进行对脉冲描述字的主处理。主处理包含脉冲流分选、幅度比较选择、ＤＯＡ粗测、ＤＯＡ精测、辐射源识别、威胁告警等模块。ＤＳＰ内的信号处理内容将在以后的章节详细叙述。３．４系统工作模式概述机载雷达告警和测向引导系统由告警分系统和测向引导分系统组成。考虑到机载系统对体积、重量的，系统设计时采用的基本原则是在兼顾告警和测向引导功能的前提下，对射频通道、中频通道和高速采样模块的的硬件资源进行分时共享，缩减了体积和重量。系统中集成了三种电子战接收机功能，第一是比幅测向引导、第二是干涉仪测向、第三是雷达告警。比幅测向完成对雷达辐射源信号到达方向的粗测，并且引导干涉测向实现对雷达辐射源的精测。干涉仪测向测向完成对雷达辐射源信号第三章系统组成与工作模式概述到达方向的精测，并且完成对雷达辐射源的数据精处理。雷达告警分机完成对辐射源参数的测量、分析和识别，并且对重点威胁辐射源发出告警信号，干涉仪分机与比幅测向和雷达告警协调分时工作，比幅测向对干涉仪进行方位引导。雷达告警分机对干涉仪测向进行频率和参数引导，完成对有源雷达的攻击引导。３．４．１雷达侦察接收机工作的基本流程３．４侦察接收机工作的基本流程图雷达侦察接收机的具体工作流程为：首先通过雷达侦察系统的侦察天线接收敌方的射频信号，将接收信号反馈至射频单元，再通过雷达信号的下变频，将其变成零中频信号以便于后端处理。从雷达侦察系统的侦察天线至射频信号实时监测和参数测量电路的输出端。将雷达侦察系统前端的输出送给侦察系统的信号处理设备，在信号处理板上检测出雷达脉冲信号，提取雷达脉冲信号的各种参数，包括到达时间、脉冲宽度、载波频率、调频斜率、调制特征等。将这些参数传送给主处理模块，完成脉冲流的分选，然后把辐射源报告通过串口传送给通信控制单元，进行显示、存储、记录等。通过分析辐射源头报告上位机给出需要切换的模式和合理的本振驻留时间。整个的工作流程如图３．４所示。本文主要的工作是信号处理的主处理部分，在下面的章节中将给予详细的软件设计与实现介绍。２４机载雷达侦察信号处理和测向算法３．４．２雷达告警（粗测向）模式在雷达告警方式下，采用比幅测向方式工作，本振频率具有多种灵活的搜索方式。（１）快速（全面）搜索模式出于保证系统截获概率和截获时间的考虑，设置快速搜索模式。该模式可基于可靠搜索，在每个测频带宽上驻留雷达平均脉冲群的时间（平均脉冲数×平均重复周期）。由于增大了雷达主瓣照射期的频域驻留时间，以获取更多目标雷达的信息，从而提高了系统的截获概率和截获时间。该模式也可以目标雷达平均脉冲间隔进行频率步进，即以尽可能短的频率搜索周期提高单个脉冲的截获概率。现代雷达大多具有相参脉冲数多的特点，该模式正是利用脉冲群时宽较大这一特点，进行单个脉冲检测与测量，并可以获取高重频雷达的ＰＲＦ值，提高频域截获概率和截获时间。该模式可以由高前端截获概率搜索方式进行引导，在引导方式下，对单脉冲测频、本振频率跳变的时间有着严格的要求，还可以充分利用先前截获过程积累的关于目标天线扫描周期、ＰＲＦ等信息，以提高系统截获概率。要求信处控制接收机开关矩阵连接比幅测向用的四个天线阵元，依次控制频综工作在多种状态下（对应多个本振信号）。考虑到搜索过程中已知信息的不断增加，为了提高截获时间、截获概率等目的，设计了由操控上传给信处指定搜索序列的特定搜索方式。用以在复杂的电子环境中，锁定一个或多个特定信号源。（２）指定搜索模式在频域全面搜索基础上，根据威胁雷达所在频域分布的先验知识及当前检测、分类的情况，实施灵巧步进频率搜索。可以有效地提高频率搜索周期，也就相应提高了指定雷达的系统／前端截获概率和截获时间。各种模式下允许控制需处理信号的空域范围，用以增加需重点监视雷达库及未知雷达的信号处理时间。该模式属于辅助模式，配合其它主工作模式使用。在指定搜索模式下，要求信处控制接收机开关矩阵连接比幅测向用的四个天线阵元，依次控制频综工作在上位机指定的几个特定频率下。（３）解镜频率模式该模式作为辅助模式，用于确定已发现辐射源的准确频率。在该模式下，要求信处控制接收机开关矩阵连接比幅测向用的四个天线阵元，依次控制频综工作在上位机指定的几个特定镜频频率下。３．４．３干涉仪测向（精测向）模式当威胁判断结果表明有威胁雷达存在并需要进行监视和跟踪时，系统切换到第三章系统组成与工作模式概述干涉仪测向模式，需满足天线组切换、频率搜索窗切换、引导频率和方位确定、引导时间提前量确定、主动雷达天线伺服系统到达指定状态等一系列条件。干涉仪测向在高频段不模糊测角范围相比比幅测向的范围可能要小，但是显著提高了精度。由于之前比幅测向的引导，干涉测相可以指定辐射源分析，显著提高了处理的结果和精度。在干涉仪测向模式下，要求信处控制接收机开关矩阵连接比相测向用的四个天线阵元，依次控制频综工作在三种状态下（对应的本振信号符合解镜频的要求）。由于这三种频综的工作状态至少有两种状态可以满足频域截获条件，无论搜索模式下是否已经确认待精测向的辐射源频率，在该模式下也有解镜频的设计。用来得到信号源的准确信息。３．４．４维护（自检）模式为系统的测试、校准以及故障诊断设计了维护模式。作战人员可以利用维护模式对系统进行自检，维护人员可以利用该模式实现故障诊断（ＬＩⅢ级）。测试及校准信号可由接收机前端注入外部测试信号源输出的测试信号或由信号源辐射经天线直接进入产生。通过给接收机前端注入信号，可以隔离天馈线引入的幅相不一致性，有助于分离误差来源，分析测向误差的分布特征，分步校准，提高测向精度。整个校准过程的计算都是在信号处理器中进行的，按频率存储系统测量的结果，工作状态下可以利用存贮的数据进行实时校准，以提高测向精度，分成比幅、比相两种。在自检模式下，要求信处控制接收机开关矩阵连接频综给出的测试信号，依次控制频综工作在三种状态下（对应三种测试信号及其相应本振）。用以判断系统当前状态是否正常。３．４．５各个模式间的切换表３．１工作模式介绍表模式名称自检模式进入条件退出条件自检结束自动退出到搜索模式的默认情况主要功能系统启动时；界面手动选择时，由搜索或精测向模式进入系统启动并完成自检后自动幅相一致性校正、前端故障检测汇总在频域按照不同搜搜索模式手动选择时，由精测向或自检模式进入到精测向或者自检模式检测辐射源，并进行参数估计进入该模式的默认情况；界面界面手动选择时，退出索次序、驻留时间机载雷达侦察信号处理和测向算法界面手动选择时，由搜索模式进入，精测向模式需要在搜索精测向模模式截获辐射源信息、干涉仪式基线法线方向引导的基础上进入当规定时间内无法截获在指定频带、规定时自动退出到搜索模式驻留时间内检测辐（保持进入时搜索模式射源，并用比相法参数）；界面手动选择退精确测角出到自检或搜索模式图３．５工作模式切换图自检结束，自检模式自动转换到搜索模式；精测向模式在一定的时间内不能截获所需的信号则自动转换到搜索模式；由显示界面发出精测向的请求（包括所需的指向角信息），待主动雷达确认后（转台方位就位后），搜索模式自动转换到精测向模式，否则依旧保持在搜索模式，在此期间任何手动的模式转换命令都可以取消此次请求。指定搜索模式和解镜频率模式做为辅助分选模式由上位机判断是否需要进入，用来辅助确定辐射辐射源的具体参数。在不同工作模式下需要调用对应本振序列如图３．６。自检模式与搜索模式的本振序列存储在ＤＳＰ内，而解镜频，精测向模式所要调用的本振序列由上位机指令分析得到。上位机命令图３．６工作模式调用本振简图第三章系统组成与工作模式概述３．３．６系统运算量分析本系统接收的是雷达脉冲信号流，到达系统接收天线的脉冲流密度是５０万脉冲／秒，脉冲的平均到达间隔是五十万分之一秒，即２０烬。考虑到系统工作的基本条件：天线是全向的，接收机采用频率步迸搜索方式工作，其瞬时频带为３００ＭＨｚ，测频范围为２～１８ＧＨｚ。因此接收机在某个测频和处理时间内，只检测（１８０００．２０００）／３００≈５４个瞬时频带的一个。即实际到达信号处理器的脉冲流密度是接收机输入端的１／５４，即大约ｌ万脉冲／秒，或者说脉冲的平均到达间隔是万分之一秒，ｆｌＰｏ．１ｍｓ。考虑到大部分脉冲雷达的脉冲宽度在几十ｐｓ左右，因此其平均脉冲宽度约为１０１．ｔｓ左右，则脉冲流的平均占空比为１０：１，即从统计意义上看，在一个平均脉冲到达间隔内实际采集到的有效数据的平均时间为ｌＯＩ＿ｔｓ。因此在告警工作模式下，只要在ｌＯＯｐｓ时间内能够处理完成１０Ｉ－ｔｓ的数据，换言之，信号处理需要适应的数据率是采样率的五分之一，即可以实现准实时处理。第四章系统软件设计与实现第四章系统的软件设计与实现４．１软件开发环境介绍ＶｉｓｕａｌＤＳＰ－Ｈ－是美国模拟器件公司的ＤＳＰ开发工具ＣｒｏｓｓＣｏｒｅ系列中的一部分，是一种能提供有效项目管理的集成开发和调试环境，它使编程人员能够利用一个界面在编辑、编译连接和调试之间轻松切换。ＶｉｓｕａｌＤＳＰ＋＋的高级功能包括ＶｉｓｕａｌＤＳＰ＋＋内核（ＶＤＫ）、Ｃ／Ｃ＋＋编译器、先进的３Ｄ标绘工具、软件代码运行时间统计以及ＴＣＬ脚本支持。ＶｉｓｕａｌＤＳＰ＋＋开发环境具有以下特点［３１：（１）广泛的编辑功能通过使用多种语法高亮显示、拖放式、书签和别的标准编辑操作来创建和修改源文件，也可以查看由代码开发工具生成的文件。（２）灵活工程管理规定一个工程定义，它是用来识别文件、相关文件和用来编译工程的工具。创建工程定义或者修改它来满足不同开发的需要。（３）易访问的代码开发工具ＡＤＩ公司提供如下的代码开发工具：Ｃ／Ｃ＋＋编译器、汇编器、链接器和加载器。通过使用对话框而不是复杂的命令行脚本来规定选项。（４）灵活的工程编译选项控制文件级或工程级的编译。ＶｉｓｕａｌＤＳＰ＋＋能有选择地编译文件和工程、更新工程相关文件或者编译那些在初次编译后又修改的文件。观察工程编译进程的状态。（５）ｖｉｓｕａｌＤＳＰ＋＋内核（ＶＤＫ）支持为工程增ＪＪＨＶＤＫ支持来构造和安排开发应用。工程窗口的（Ｋｅｍｅｌ）ｌ勾核标签页能够操作事件、事件位、优先级、信标和线程。（６）灵活的工作区管理创建多达十个工作区并且在他们之问快速切换。为每一个工作区分配不同的工程便可以在～个会话框中编译和调试多个工程。同时ＶｉｓｕａｌＤＳＰ＋＋提供了以下的一些特性以缩短调试时间：（１）易用的调试环境对所有处理器的模拟器和仿真器或硬件评估和开发板都用一个共同的、方便的接口来调试。且可以在他们之间自由切换。（２）多语言支持可以调试用Ｃ／ＣＨ或汇编语言写的程序，用机器码观察程序。对于用Ｃ／ｃ＋＋写机载雷达侦察信号处理和测向算法的程序，可以用Ｃ肥Ｈ或Ｃ肥＋＋与汇编混合语言来观察源程序，并且显示局部变量的值和估计当前文本中的表达式（全局或局部）。（３）有效的调试控制在符号或地址处设置断点，然后单步调试程序以发现代码逻辑的问题。在寄存器、堆栈和存储器位置上设置ｗａｔｃｈｐｏｉｎｔ（条件断点）用来确定何时访问它们。（４）改善特性的工具使用跟踪、性能分析和线性或统计性能分析来鉴另ＵＤＳＰ应用的瓶颈问题，用来确定程序中需要优化的地方。使用绘图来观察数据阵列产生中断、输出和输人来模拟实时应用的情况。４．２系统软件模块设计要求实时处理大量的信号脉冲，满足对信号的实时处理ＤＳＰ并行处理系统软件必须包括【４】：数据处理模块和系统的流程控制管理模块。数据处理模块的任务分配一般遵循每个ＤＳＰ的运算应尽可能均衡，当流水线中某一段任务负载量大于其他段时会形成处理瓶颈而降低系统效率从而直接影响整个系统的实时处理能力。在系统中实时数据处理模块具体分解如下：用四片并行处理完成信号的实时处理，四片ＤＳＰ将同时进行本路数据的分选，然后将本路处理的结果发往主节点。当主节点进行测相处理时，其它３片ＤＳＰ将进行数据的矫正和存储。系统控制管理软件主要维持处理接点的正常运转，基于此系统要求保证４块ＤＳＰ同步运行，每次进行测相的４路数据必须完全对应。主节点上的控制管理程序将完成工作模式字和结果的接收和转发以及监控各个节点上的ＤＰＳ状态。而其他ＤＳＰ上的控制管理程序将主要协调计算过程和数据传输过程的切换。把软件划分为两部分，后可以使得管理开发以及调试起来，这样不但简化了系统研制阶段的工作，更重要的是今后增加新的运算指令算法流程，或改进个别算法时只需要改动个别子程序，更容易实现。４．２．１数据处理模块设计４．２．１．１默认门限的选取由于雷达接收机内部的杂噪和复杂的电子环境，需要一组门限将非雷达脉冲，或者无法进行分选的雷达脉冲数据剔除。当门限选取过底时，容易造成虚警，并且为系统后端的处理增加了压力。当门限选取过高时，可能剔除雷达脉冲造成漏报，降低了辐射源的发现概率【５】ｏ第四章系统软件设计与实现在前端实现剔除杂噪的主要参数有脉宽和脉冲幅度。又由于脉冲幅度过低时，脉宽往往也不满足门限。所以本系统内主要使用了脉冲幅度来剔除杂噪，脉冲宽度为辅助。图４．１中为各个本振下的脉冲幅度门限图，纵坐标为归一化的幅度值，横坐标为本阵编号。取得方式是将信号无输入情况下，将接收机前端在各个本振下出现的噪声数据幅度进行统计。取其概率分布函数在９７％的点作为默认脉冲幅度的门限。由图分析可知频率越高，系统内部的杂噪幅度越小。该门限辅助以脉宽做为第二级门限，经测试可以除去系统内部产生的杂噪，使系统正常运行。图４．１各本振下脉冲幅度的门限图４．２．１．２雷达信号的预处理１．ＦＰＧＡ内时域参数测量畸３时域测量包括脉宽（ＰＷ）测量和脉冲重复周期（ＰⅪ）的测量，时域测量在ＦＰＧＡ中利用数字化技术实现。ＡＤ两路输入为两路正交中频信号，经过Ｃｏｒｄｉｃ算法，即幅相解算之后获得幅度和相位信息，其中利用幅度信息测得时域参数，原理图如下：检测门视频脉瓣荨厂］厂］时钟叫叫叫叫叫叫叫叫ｕ＿视频脉冲ｌＩＩｌ图４．２时域参数测量原理３２机载雷达侦察信号处理和测向算法脉冲信号进入ＦＰＧＡ首先进行门限判定，将不规则的脉冲信号进行整形变为规则脉冲信号。整形后，在脉冲信号上升沿启动脉宽计数器和重复周期计数器，在此个脉冲信号下降沿锁存脉宽计数器并且在下个脉冲信号上升沿锁存重复周期计数器；由此可以得到脉宽和重复周期的量化值Ｎ和Ｍ，再知道７－作时钟，可以计算得出脉宽和重复周期。在时域参数测量过程中，两次计数分别在脉冲到达时和脉冲结束时，要在上升沿时锁存到达时，在下降沿时锁存结束量，所以此时要对视频脉冲信号进行处理，在上升沿时整形出一个宽度为一个时钟周期的脉冲，在下降沿时整形出一个同样宽度的脉冲，然后在时钟上升沿且这两个小脉冲为高时分别计数到达时和结束时，如下图：雷搿麓厂］厂］糕厂］厂］周期波形ＢＩＩｌＩ器挪ｒ］厂］厂］厂］ＦＰＧ时Ａ钟＿Ｔ＿作ＵＵＬＪＵＬｊＵＵＵＵ图４．３脉窬测量ＦＰＧＡ宴现图波形Ａ延时一个周期后得到波形Ｂ，波形Ａ取反与Ｂ相与得到上升沿整形脉冲，波形Ｂ到取反与波形Ａ相与得到下降沿整形脉冲，在工作时钟上升沿且上升沿脉冲和下降沿脉冲为高时进行计数即可准确记数，而误差率可以达到一个采样时钟的周期，这个方法是计数器常用方法之一；２．ＦＰＧＡ脉内时域参数测量通过ＡＤ采样得到ＩＱ两路，通过正交下边频和信道化经过幅相解算得到幅度ＰＡ和相位信息序列妒（一），相位信息序列妒（玎）接用于后面相位差分；对｛驴（疗）｝，ｎ＝ｌ，．．．，Ｎ．１，进行一阶差分得到差分序列９，００＝认玎）一爹（玎一１）＋２ｋｎ：，ｎ＝０，ｌ，２，…，Ｎ－２；式（４．１）令Ａ－－２石ｆｏ＋Ｂ／２，Ｂ＝Ｉｚｔ２，再设ｃ，ｄ分别为以下值：ｃ＝去∑妒（力；式（４．２）第四章系统软件设计与实现ｄ＝丽ｊ去面蓦仰（力）：则０一一式（４．３）铲牛或隐专，拥削式∽５，或者利用二阶差分的性质进行估计：胁般怒：慧：：：：裂’咖）＇，ｎ一０５１，＊ｏｏＭ；仁嚣㈣，或悖１专，加射卜志孙矿功”‘ｋ瓦ｍ≯一１…得至ｌＪｆ＝一１（彳一ｅ／２），∥＝兰２，其中ｆ为脉内信号频率（Ｈｚ），ｔ为采样频率的倒数；２ｒｏｔｔｐ为调频斜率，是线性调频信号中的主要参数，对于常规脉冲信号来说，ｐ一般为零或接近于零；通过以上公式计算，并合理分配ＦＰＧＡ和ＤＳＰ中的的算法，可以准确得到脉内信号频率和调频谐率，实现对信号的脉内调制参数测量的目的。３．ＤＳＰ内脉冲描述字（ＰＤＷ）的得到ＦＰＧＡ读到的数据ＦＰＧＡ经过时域参数测量模块和脉内调制分析模块得到了脉冲描述字的相关参数，ＦＰＧＡ传入ＤＳＰ脉冲数据定义如下：ｔｙｐｅｄｅｆｓｔｒｕｃｔ＿ＦＰＧＡＤＡＴＡ｛ｉｎｔＣｌｍ；Ｈ信道号１Ｃｏｕｎｔｔｉｍｅ＿ｈ；／／记数周期高位ＴＯＡ的高８位ＩＣｏｕｎｔｔｉｍｃ＿＿．１；／／记数周期低位ＴＯＡ的底８位ｌｏｎｇｌｏｎｇｌｏｎｇＩＣｏｕｎｔＰＷ；／／？咏冲宽度的记数ｌｏｎｇｌｏｎｇ１ＰＡＬ；Ｈ脉冲幅度底位ＩＰＡＨ；ｆｆ脉冲幅度的高位ｌｏｎｇ１ＣｆｌＬ；／／∑＠（功一召）的低位ｌｏｎｇ１ＣｆｌＨ；／／∑＠（，１）一Ｂ）的高位ｌｏｎｇｌｏｎｇ１Ｃｆ２Ｌ；／／角度序列的二阶差分累积和∑卢（”）的低位ＩＣｆ２Ｈ；／／角度序列的二阶差分∑卢（”）的高位机载雷达侦察信号处理和测向算法１ＣｏｕｎｔＰｈａｓｅ；／／相位累加次数Ｎｌｏｎｇｉｎｔｌｐｈａｓｅ０：１６；／／相位ｉｎｔｌｐｈａｓｅｌ：１６；／／相位ｉｎｔｌｐｈａｓｅ２：ｌ６：∥相位ｉｎｔｌｐｈａｓｅ３：１６；／／相位｝ＦＰＧＡＤＡＴＡ；因为数据速率在信道化后降为９．３７５ＭＳＰＳ，所以记数点的时间间隔ｔ＝１／９．３７５＝０．１０６６７（心）。Ｃｌａｎ为信道化后的信道号。Ｃｏｕｎｔｃｙｃｌｅ为ＦＰＧＡ内记数周期，高位低位合并即得到到达时ＴＯＡ。１ＣｏｕｎｔＰ为ＦＰＧＡ内脉冲宽度的记数。真实脉宽ＰＷ为脉冲宽度的记数与记数点的时间间隔ｔ的乘积。ＰＡ为ＦＰＧＡ内归一化后的脉冲幅度，需要在ＤＳＰ中进行高低位合并。已知ＦＰＧＡ传入角度序列的／∑。－２◇（刀）一Ｂ）和／∑。－３ｐ（刀）和相位累加次数Ｎ的信息，带入式（４．６）可以得到信道内频率ｆ０和调频斜率．“。真实频率ｆ可由当前本振频率、信道、信道内频率ｆｏ计算得到。脉冲相位ｌｐｈａｓｅ０－３用来计算相位差进行比相测角。４．２．１．２雷达信号的分选雷达信号分选的实质就是从侦察系统截获的大量随机交叠脉冲流信号中分离出各个雷达脉冲序列，筛选出需要信号的过程。脉冲重复间隔（Ｐ对）是雷达辐射源分选最可靠的特征参数，它的变化范围与雷达工作性能、工作等有密切的联系。所以ＰＲＩ的分选在雷达脉冲流分选中有重大作用，雷达脉冲处理往往用其他参数的分选做为预分选，ＰＲｌ分选做为最后的精分选。４．２．１．２．１雷达信号的预分选雷达信号预分选的目的是降低信号密度，以利于信号主处理设备作进一步的分选和识别。ＤＳＰ内的工作流程为：（１）对ＦＰＧＡ内读入脉冲描述字信息进行拼接和计算，得到完成的脉冲描述字，并进行筛选。（２）对各个脉冲的ＰＷ（脉冲宽度）、厶（载波频率）、Ｕ＿－ｆ（载波斜率）以集合划分进行编号并剔除划分外的干扰脉冲。第四章系统软件设计与实现（３）再判断各脉冲编号与已知辐射源是否匹配，如果匹配不成功分配进入剩余脉冲序列，匹配成功则标记后继续进行下个脉冲的匹配。（４）进行剩余脉冲序列的匹配，如果在同个划分区域中的脉冲个数大于３个，则把每个脉冲的位置、编号、到达时间、ＰＤＷ信息记录下来，并把满足条件划分的区域个数记录下来。（５）判断是否有脉冲串满足进入ＰＲｌ分选条件。满足则进入主处理，不满足则将脉冲放入缓存区，为下次匹配积累脉冲个数。图４．４预分选理流程图４．２．２．１．２雷达信号的主分选雷达辐射源信号分选的模型结构是利用脉冲到达方位（ＤＯＡ）、载波频率（１心）、脉宽（ＰＷ）等参数，通过预先设置适当的参数容限及参数区间划分来进行雷达辐射源的分选１７１。在各种信号的分选模式中，ＰＲｌ分选是各种分选方法都需要经过的步骤，因此其他参数的分选都可以看作预分选，ＰＲｌ分选是最终的精分选【ｓ１。１．雷达脉冲处理的基准算法基准算法就是时间轴上随机地取一个脉冲到达时间作为基准，设置预设波门进行分选。假定有Ａ，Ｂ，ＣＺ部交织在一起的雷达信号。如果以４脉冲作为基准脉冲，以４，４之间的间隔■＝‰一‰为假象脉冲自ｑＰＲＩ来不断的预设窗口，就可以成功的选出脉冲列Ａ的各个脉冲。将成功的脉冲从脉冲流中扣除，则剩下的３６机载雷达侦察信号处理和测向算法脉冲就得到了稀释，从而有利以后各列脉冲的分选。但是若以４，尽的间隔用来分选，或以骂，垦的间隔以４脉冲作为基准点来分选可以看出不可能分选出正确的脉冲序列。只有以尽脉冲为基准点时且，马的间隔才能再次得到正确的脉冲序列。虽然理论上只要出现三个具有相等间隔的脉冲就能确定一个脉冲序列。但由于时间信号是有可能交叠的，在复杂的电子环境下，在任意两个脉冲后出现一个其他的脉冲符合到达时间的情况是可能出现的。因此以连续出现三个等间隔脉冲作为成功发现一个脉冲列的准则，就容易产生虚警。相反，以更多个连续等间隔数作为成功发现脉冲序列准则，虽然虚警的概率降低了，但由于采样的时间，对于某些脉冲重复周期长的雷达脉冲信号，由于采样时间有限，在采样时间段内不能得到足够的脉冲数，从而被认为不是一个真正的脉冲序列，将会造成漏报的后果。一般以连续出现４，５个为成功发现脉冲的判断标准，少于这个数便认为不是真实的脉冲序列。停止预分选窗口，再以新的间隔进行分选。基准算法的步骤大致划分为：（１）选出可能的ＰＲＩ值从数据缓存器内选择第一个脉冲作为基准脉冲，并找出第二个脉冲，将这两个脉冲的ＴＯＡ差值作为假想的ＰＲＩ值，将此ＰＲＩ值与雷达可能出现的最大ＰＲＩ值和最小Ｐ砒值比较，如果这两个脉冲的ＴＯＡ差值小于雷达可能的最小Ｐ刚值，选取再下个脉冲将其与基准脉冲的ＴＯＡ差值作为假想值，若如果这两个脉冲的ＴＯＡ差值大于雷达可能的最大ＰＲＩ值，则将变换基准脉冲继续此流程。若在范围内说明这个值有可能是雷达的ＰＲＩ，可以进入套数的过程。（２）脉冲列分选首先考虑抖动，ＴｏＡ测量误差等条件确定ＰＲＩ容差，然后以假想的ＰＲＩ向前预置窗口，如果窗口内有脉冲，则继续预置窗口，连续选中４个则可以认为成功分选出了一个脉冲序列，然后继续选中该序列的全部脉冲。如果连续若选中的脉冲少于４个，则认为不是一个脉冲列，程序返回确定新的ＰＲＩ，再进行新的一轮分选过程。（３）将成功分选出的脉冲列从缓存器中扣除，将脉冲流稀释。再将分选出的脉冲序列储存，以用于后续处理。（４）判断剩余脉冲序列是否可以继续分选，然后重复进入步骤（１）。第四章系统软件设计与实现３７图４．５基准算法流程图这种固定ＰＲＩ的算法，事先无法知道该时间间隔成功的可能性，而且不断的预置，将浪费大量的时间。不满足实时性要求，而且当干扰脉冲增多，或者雷达脉冲数变大时，算法性能急剧下降。此外通过大量的仿真结果可以看出，这种算法只对信噪比较高的固定重频雷达有较好的分选效果，对参差抖动等重频类型的雷达脉冲以信噪比较低的雷达脉冲无法得到满意的效果。但该算法在于信号环境并不复杂的情况下其简单容易实现，也有着广泛应用。２．直方图统计法：统计直方图法是指对于接收到的ＰＤＷ进行统计分析，统计出所要参数出现频次，当相关参数出现的频次超过设定门限时，就认为对应的脉冲列可能够成雷达信号。基于脉冲间隔的直方图法主要有：累积差值直方图法（ＣＤＩＦ）和序列差值直３９机载雷达侦察信号处理和测向算法方图法（ＳＤＩＦ）两种．累积差值直方图算法（ＣＤＩＦ）（ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅＨｉｓｔｏｇｒａｍ），是一种基于周期性脉冲时间相关原理的一种改进算法，其基本原理是通过累积各级差值直图来估计原始脉冲序列中可能存在的ＰＲＩ，并根据该ＰＲＩ来进行序列搜索。ＣＤＩＦ算法的步骤如下：计算相邻ＴＯＡ的差值，即计算ＴＯＡ（ｎ）一ＴＯＡ（ｎ—１），形成第一级差值直方图，然后确定门限，设直方图的自变量为，，：假定总的采样时间ＳＴ，贝ＵＣＤＩＦ直方图的最优检测门限为Ｔ（ｙ）＝ｘ×（ＳＴ／ｙ），其中ｘ是可调系数，一般取ｘ＜ｌ。接着从最小的脉冲间隔起，将第一级差值直方图中的每个间隔的直方图值以及二倍间隔的直方图值与检测门限相比较，如果两个值都超过检测门限，则以该间隔作为ＰＲＩ进行序列搜索。假如序列搜索成功，ＰＲＩ序列将会从采样脉冲列中扣除，并对剩余脉冲列从第一级差值直方图起形成新的ＣＤＩＦ直方图，该过程会一直重复下去直到缓冲器中没有足够的脉冲形成脉冲序列。如果搜索不成功，则以本级直方图中下一个符合条件的脉冲间隔值作为ＰＲＩ进行序列搜索，假如本级直方图中没有符合条件的脉冲间隔值，则计算下一级的差值直方图，并与前一级差值直方图进行累加，然后重复以上步骤。ＣＤＩＦ算法较常规重频分选算法具有对干扰脉冲和脉冲丢失不敏感的特点。ＣＤＩＦ算法需要将直方图中每个ＰＲＩ间隔的直方图以及二倍ＰＩＬｌ间隔的直方图的值与门限比较，若两个值都超过门限，才进行搜索。这是针对二次谐波存在的情形，即存在足够数目的间隔为ＰＲＩ的三个脉冲序列而不只是存在足够数目的间隔为ＰＲＩ的两个脉冲序列的情形而设计的。ＣＤＩＦ算法并未对脉冲抽取算法进行改进，仍采用传统的抽取算法，在当大量脉冲丢失时，谐波被检测出来了，而真ＰＲＩ反而没有被检测出来，因此在序列搜索中可能分离出虚假序列，在大量脉冲丢失时，原始数据已经不可靠，分离出虚假脉冲列并非重频分选算法的问题。对脉冲丢失不太严重的ＰＩＬｌ序列，ＣＤＩＦ法有较好的估计精度，当ＰＲＩ抖动量较大时，ＣＤＩＦ法检测结果并不理想；当脉冲丢失严重时，ＣＤＩＦ法检测到的是谐波。同时ＣＤＩＦ法统计需要大量的差值级数，即使很简单的情况也是如此。这样ＣＤＩＦ法计算量较大不适合工程的需要。序列差值直方图算法（ＳＤＩＦ）（ＳｅｑｕｅｎｔｉａｌＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅＨｉｓｔｏｇｒａｍ），是一种在累积差值直方图算法（ＣＤＩＦ）基础上的一种改进算法，其步骤如下：首先，计算相邻两脉冲的ＴＯＡ之差构成第一级差值直方图，计算门限，然后进行子谐波检测，若只有一个值超过检测门限，则把该值当作可能的ＰＲＩ进行序列搜索。当多个辐射源同时出现时，第一级差值直方图可能会有几个超过门限的ＰＲＩ值，并且都不同于实际的ＰＲＩ值，此时不进行序列搜索，而计算下一级的差值直方图，然后对可能的ＰＲＩ进行序列搜索。若能成功的分离出相应的序列，则从采样序第四章系统软件设计与实现３９列中扣除，并对剩余脉冲列从第一级开始形成新的差值直方图，在经过子谐波检验后，如果不止一个峰值超过门限，则从超过门限的峰值所对应的最小脉冲间隔起进行序列搜索，最后进行参差鉴别。ＳＤＩＦ算法不对不同级的差值直方图进行累积，而只检测当前级的差值直方图，其算法流程如图：图４．６ＳＤＩＦ算法流程图由于直方图的峰值与两脉冲之间的间隔成反比，在观察时间一定时，脉冲间隔越大，观察到的脉冲数量越少，因而门限值与输入脉冲的总数Ｅ成正比，与脉冲间隔ｆ成反比：ｐ（ｒ）＝ｘＥ／ｆ中，ｘ是小于ｌ的常数。输入脉冲数很多，并且有多部雷达同时存在，相邻脉冲的间隔就可以认为是随机事件。即脉冲前沿可以认为是随机Ｐｏｉｓｓｏｎ点，将有限的观察时间丁分为你ｎ个脉冲子间隔，则在时间间机载雷达侦察信号处理和测向算法隔ｆ＝ｆ２－ｔｌ内有Ｋ个随机Ｐｏｉｓｓｏｎ点出现的概率为：ＰＩｏ）＝坠｝口‘７，其中Ｋ：允＝ｎ／Ｔ，它表示在单位时间内的脉冲子间隔数，相邻两脉冲间隔为ｆ的概率近似为ｐ。（ｆ）：Ｐ嘶，它即为第一级差值直方图的大致形式。由于直方图实际上是一个随机事件的概率分布函数的近似值，所以较高级差值直方图呈指数分布形式。构成第Ｃ级差值脉冲组数量为（Ｅ—Ｃ），即观察时间内一共有（Ｅ—Ｃ）个时间发生。Ｐｏｉｓｓｏｎ流的参数Ａ＝１／ｋＮ。我们概括出ＳＤＩＦ算法的最佳检测门限函数为死。删０）＝ｘ（Ｅ—Ｃ）ｅ１俐，其中Ｅ为脉冲总数，Ｃ为差值直方图的级数，ｋ为以小于ｌ的正常数，Ｎ是脉冲总数。常数Ｘ由试验确定，实际上，若丢失脉冲发生的概率分布也为Ｐｏｉｓｓｏｎ分布，则可以改变常数ｘ的大小来适应它。３．其他一些常见的分选方法【９】ＰＲＩ变换法：前面讨论的重频分选算法都是以计算接收脉冲序列的自相关函数为基础。由于周期信号的相关函数仍然是周期函数，因此前面所讨论的算法容易出现谐波问题。在有脉冲丢失的情况下，这种现象十分严重。为了检测出正确的ＰＲＩ，ＣＤＩＦ和ＳＤＩＦ算法采用计算部分的自相关函数来避免子谐波。基于ＰＲＩ变换域的脉冲重复间隔估计由于加入变换因子使得子谐波几乎能够被完全抑制。ＰＲＩ变换中相位因子的引入虽然几乎完全抑制了出现在自相关函数中的子谐波。但是，ＰＲＩ变换是以增加运算量来抑制谐波的，其运算量较ＣＤＩＦ和ＳＤＩＦ方法增大了许多。基于小波理论的重频分选算法：小波理论是近年来发展起来的一门新兴学科，其应用遍布各个领域，已成为一种非常有力的数学工具。参考文献中提出了利用连续小波变换的方法，是一种全新的思路，该方法的实质是将脉冲列的谱分的足够细，然后用小波检测，此时检测的是脉冲列的脉冲重复频率。经过小波变换或者小波包变换，具有最大能量的序列将被分选出来，由于小波变换和小波包变换的横轴带有频率和时间信息，峰值所对应的横轴坐标与脉冲列的脉冲重复频率成正比。因此通过多重小波分解或小波包分解可以得到较为理想的脉冲重复频率。但无论是将连续小波变换还是离散小波变换应用于重频分选都还处在探索阶段，有很多问题并不符合实际。４．重频分选的算法的选择所有重频分选技术都应以能否具备以下适应现代信号环境的特点作为评定其性能优劣的标准（１）实时测量。雷达信号的到达是随机的，不能预知的，而且信号存在的时间短暂，脉冲数量不多，因此重频测量技术必须具有瞬时测量能力和自适应能力。（２）能适应密集交迭的多信号环境，且无分选的模糊，即不发生虚假的分选第四章系统软件设计与实现４ｌ结果。（３）能适应信号的复杂变化和多种形式。实际信号环境中雷达信号并非是理想的脉冲列，而是具有许多失真或形成复杂信号结构，有①脉冲抖动，由于雷达定时器不稳定而造成的抖动量一般不超过３％，精密雷达几乎不抖动。②脉冲跳变，包括随机跳变和规律性的调制，是雷达的抗干扰措旌。跳变量一般都较大。③参差脉冲列，两列或多列ＰＲＩ相等的脉冲列不在同一时刻到来便可以形成参差脉冲列，脉冲Ｄｏｐｐｌｅｒ雷达发射的参差脉冲信号有两参差和三参差信号。④多脉冲信号，周期性的发射多个脉冲。⑤发射回波，一般比较小，出现在真脉冲之后，间隔较小。⑥干扰脉冲，常会遇到单个干扰脉冲，有时还会有干扰脉冲簇出现。⑦脉冲丢失，是实际情况中常会出现的情况，主要是多脉冲列的重合及接收机性能不佳等原因造成的。ＣＤＩＦ用脉冲间隔直方图分析方法来分选复杂雷达信号，准确性高，可靠性好，可有效克服脉冲重频，分频，倍频的问题。但是，有很多缺陷，主要是：算法运算量很大，即使对于很简单的情况，所需差别也很大；其检测门限不是最佳检测门限；大量脉冲丢失时，会检测出谐波，而不是ＰＲＩ的真值；不能对ＰＲＩ随机变化的信号进行分选。ＳＤＩＦ法Ｌ匕ＣＤＩＦ法更快，更清晰，因为它只有当前差，并与门限比较，无需用两倍ＰＲＩ值与门限比较。该算法具有最佳检测门限，在大量脉冲丢失时，它采用次谐波校验仿真虚假检测，适合于常规、捷变和重频参差雷达信号分选。所以本程序使用了ＳＤＩＦ来完成对重频的分选。但是ＳＤＩＦ法的门限因为需要先验值的支持，在不同条件下需要带入不同的参数，难以判断。而没有合适的门限则会造成大量的虚警和漏警，考虑到系统的实际处理能力和正常信号环境，在程序中选用了出现次数的排名作为门限，默认为当前本振下ＰＲＩ出现次数在前三位的为过门限值。输入一部３参差雷达，ＰＲＩ初始值为０．３ｍｓ以Ｏ．２ｍｓ步进，ＳＤＩＦ法方仿真得到１阶直方图如图４．７，ＰＲＩ在０．３ｍｓ，０．５ｍｓ，０．７ｍｓ处出现峰值。根据１阶有多个峰值则进行２阶处理，２阶直方图如图４．８，在０．８船，ｌｍｓ，１．２ｍｓ处出现峰值。利用峰值无法套得正确脉冲则进入３阶直方图，３阶直方图如图４．９，此部雷达的估计周期为０．３＋０．５＋ｏ．７＝１．５（ｍｓ），在１．５ｍｓ处出现唯一峰值，套数成功。机载雷哒侦察信号处理和测向算法蚕Ｄ“ｈ幽４７ＳＤＩＦ法的ｌ阶直方嘲Ｉ；｜Ｉ图４８ＳＤＩＦ法的２阶直方圈囤４９ＳＤＩＦ挂的３阶直方图４．２１３信号到达角的测量到达角足能够从敌方雷选获得的十分重要的信息，因为雷达的位置不能在非常短的时间早有显著的变化。但是到达角信息也是最难得到的信息，要得到它需要多付天线和接收机。钡４量到达角的两种常用方法是基于幅度和相位的比较，另一种方法是利用飞机运动产生的多普勒频移．但这种方法与相位测量系统有非常密切的关系。如果要对同时出现的多个信号进行到达角测量，问题将变得更加复杂。在比幅系统中，从天线到接收机输出，所有接收机的幅度必须匹配，这种方法的ＡＯＡ分辨率为－＋１５度，比现代电了战应用所要求的差很多。往往用作比相测第四章系统软件设计与实现４３角的引导。而比相系统通常能达到ｌ度的ＡＯＡ分辨率，它满足了现代电子战的要求。４．２．１．３．１比幅测角模块１．比幅法测角算法比幅测向就是用多个的天线产生多个的毗邻波束覆盖３６０度方位，对同一雷达信号来说，总有一对相邻波束分别输出最强和次强的信号，通过比较这对相邻波束输出信号包络幅度的相对大小就可以确定雷达方位。通常用四天线、六天线或八天线，无论天线的多少，它们的工作原理相似，差别在于测向精度和设备量随天线的增加而提剖１０】。通常比幅法测向采用宽带螺旋天线，其方向图可用高斯函数来近似，如图所示。当天线方向图由高斯函数近似时，可得由两相邻天线测得的信号到达角０的表达式为：９：堕Ｒ或ｐ：豆．Ｒ６０，４８（０，／２）式（４．７）≤。刷憝１’Ｕ灌７＜－／一图４．１０四波束高斯形方向图其中吼为天线的半个波瓣宽度．ｐ，为相邻天线轴线的夹角，Ｒ为两相邻天线输出的信号对数功率比。由式（４．７）可以看出，只要测得功率比值Ｒ，就可以求出入射信号角度。程序中功率的计算为本路所有属于同一个辐射源的脉冲功率之平均。正常情况下同个截获辐射源脉冲个数最多的路，既为辐射源的主要方向。２．比幅法测角的系统矫正比幅法测向技术的误差包括系统误差和随机误差两个部分。系统误差是由测向系统的元器件的局限性引起的误差。（１）在宽波段测角系统中波束宽度会随着工作频率的变化而变化。（２）波束的倾斜角０，会随着频率而变化。（３）引起系统误差的最主要的误差源是通道失衡引起的误差。机载雷达侦察信呼处理自ｌ测向算法圈＾１１未矫正的四天线高斯形方向幽如图４１１所示，信号源静止不动，干涉仪转台转动２周，纵坐标为信号幅度，横坐标为转台转过角度。４通道测得幅度曲线在２周转动中基本重台。说明系统比较稳定。幅度差为系统误差。通过多次测量证明务同定本振Ｆ，系统误差总是闻定的。由式（４７）可看出在理想情况下．天线圈应该越接近高斯分布测角效采越好。可以得到矫正后天线必须满足条件（１）辐射源在相邻两天线正中时，这两路幅度比Ｒ接近ｌ。（２）当辐射源正对某天线时，其相邻两路天线幅度应该尽量小。在角度不同象限，取矫正参数乘以幅度满足条件（１），同时尽量满足条件（２）。联立方程得到各象限矫币参数。用ｍａｔｌａｂ仿真后的矫正过四天线高斯形方向图如下：图４１２矫正过的四大线高斯形方向酗４．２．１３．２比相法测角１比相测角算法相位干涉仪测向技术是用若干个天线接收同一雷达信号，通过比较天线间信号的相位差来测量雷达信号的入射方位ＬｎＪ。如图４１３所示是单基线相位干涉仪原理图，假设一辐射源信号与侦察天线轴线第四章系统软件设计与实现４５夹角为Ｏ，两天线间距为Ｌ，在已知雷达信号频率耐（波长旯＝ｃ／ｆ，ｃ为光速），利用鉴相器测出相位差后，就可由角度变换装置测得雷达的方位角口＝ａｒｃｓｉｎ【赤】。图４．１３单基线相位干涉仪原理图由于单基线干涉仪的视角范围和测角精度之间存在矛盾，实用的相位干涉仪是多基线相位干涉仪，考虑到频段覆盖从２ＧＨｚ，－一１８ＧＨｚ，为兼顾测向范围和测向精度，本方案中干涉仪测向采用四天线三基线，考虑天线尺寸和载机平台要求，以及分数阶解相位模糊的要求，选择基线如下：Ｚ。＝Ｏ．０７ｍ，，，－－０．１６ｍ，，，＝０．４１ｍ。短基线决定不模糊测角范围，而长基线决定测角精度，频率越高则不模糊测角的范围越窄。系统在满足１０ＭＨｚ测频误差条件下，影响测角精度的主要因素为测相精度。相位差①的测量值饥是以２万为周期的，即一７ｒ＜识＜万，如果某信号到达两天先得相位大于２万则出现相位模糊，从而导致角度模糊问题。由于天线最大一侧的最大无模糊相位差为万，所以基线ｔ对应最大无模糊角为ａｒｃｓｉｎ［－≥】。Ｚｌｌ在理想无噪声条件下，基线‘对应的相位差值能为仍＝（１）（ｍｏｄ２１ｒ）＝２１ｒｌ，ｓｉｎ０／元（ｍｏｄ２ｒｅ），ｉ＝１，．．．，Ｍ式（４．８）令七｜表示用基线ｔ测向的模糊数，将上式转换成目标方位角正弦的形式为ｓｉｎ０＝七ｊＡ／ｔ＋Ａ饿／（２石‘），ｆ＝１９－ｏｏ，．Ｍ式（４．９）仿照多频连续波测距雷达技术，现取一基本基线乇，并取ｔ＝ｔｏ／鸭，带入上式可以整理得（ｍ为参差比）ｌ鬻＝ｔ％＋嘉喇＝１，．．∥式（４．１０）机载雷达侦察信号处理和测向算法令Ａ／ｔｏ＝Ｐ，ｓｉｎＯ／Ｐ＝三，，：－－－－ｑ，ｉｍｉ／（２万）表示为归一化的相位测量差值，则上式可以表示为三＝墨％＋‘，ｉ＝１，．．．，Ｍ式４为为一个除数为整数的实数域内的同余方程，若砚互素根据剩余数定理，式４在由ｍ＝ｎ：。砚所决定最大无模糊范围内有唯一解。解模糊其实就是解出毛的过程。在程序中解模糊流程图如下：输入：（１）三条基线的三路相差（２）本振，通道，带内频率（３）每个本振的上下边带的校正参数假设信号毒上边带▲一，一一‘一一～～‘、、．＿－～▲求出频率，波长提取矫正参数ｌ图４．１４干涉仪最小二乘法解除模糊流程图程序使用最小二乘法来求解真实解，在解除模糊的同时进行了解镜频的工作。具体步骤如下：（１）假设在上边带。计算频率，进行相差的矫正。（２）根据脉冲频率求出波长，再根据基线长度可以得到最短基线模糊角度的范围。（３）采用枚举的方法假设模糊次数，利用基线比例求得其他两根基线的可能角度。（４）可能角度与实测角度的均方误差最小时。则解得模糊数。第四章系统软件设计与实现４７（５）在下边带重复次步骤。（６）比较上下边带的均方误差，解得边带。解得边带和模糊数可以精确求出相位妒，代ｘｏ＝ａｒｃｓｉｎ［ｉ当百】，可以得到辐己冗Ｌ｜九射源对应天线的水平角度。２．比相测角矫正相位的系统误差可能由以下几个方面引起【１２Ｊ：（１）引起系统误差的最主要的误差源是各通道路径不等长引起的误差。（２）某些器件的相位特性，．会随着频率而变化。由于系统误差的最主要的误差源是各通道路径不等长引起的误差，所以在不同频率下相位差值是变化的，如图４．１５是在辐射源正对干涉天线条件下，信号源频率由８０００ＭＨｚ间隔５ＭＨｚ步进至８２４０ＭＨｚ系统的内的相位差。为了矫正方便，在ｍａｔｌａｂ中采用直线拟合实际相位差，这样每个本振下只需要记录起点和斜率两个校正参数。校正要求矫正直线上的点与实际测量相位差点满足均方误差和最小，保证辐射源正对干涉天线时，矫正后的各路相位同时为零。图４．１５中曲线为辐射源正对干涉天线时，通道０与通道１的相位差，直线即为ｍａｔｌａｂ拟合出的结果，纵坐标为角度，横坐标为采样点数。经过统计两曲线差最大值不超过１０度，９０％在５度以内。图４．１５相位矫正曲线４．２．２流程控制管理模块设计４．２．２．１系统的初始化ＤＳＰ芯片加电复位之后都处于预先设定的状态，无论是状态寄存器还是控制寄存器都有一个确定的数值。ＤＳＰ芯片复位之后，需要进行初始化以适应不同的需求。机载雷达侦察信号处理和测向算法系统的模式切换和循环开始也需要固定的数据区初始化。系统的初始化包括可编程中断、串口等的初始化和链路口等的初始化。复位后主要初始化部分如下：ＳＹＳＣＯＮ寄存器的初始化，用来设定总线宽度流水深度和通讯协议方式，以和ＦＰＧＡ同步，保证数据传输的准确性。触发中断信号ＩＮＴＣＴＬ寄存器的初始化，用来设定触发信号的方式，当触发时ＤＭＡ自动读取ＦＰＧＡ指定位置的数据。ＬＩＮＫｌ２０－３接收发控制寄存器ＬＲＣＴＬ和ＬＴＣＴＬ的初始化，需要保证４片ＤＳＰ的链路口通信协议统一。主要中断服务程序的初始化，包括外部触发信号和ＤＭＡ与链路口中断服务程序的初始化。保证中断到来时，都有设定相应的中断服务程序，若允许中断，但并未设定中断服务程序，则会造成系统的异常。串口读写复位的初试化。需要保证复位脉冲的时间以满足复位要求。实现串口的正常读写。定时器ＴＭＲＩＮ０．１的初始化。用来控制本振驻留时间，和本振的切换。另外还需要初始化中断向量和循环内数据缓存区等需要在程序运行时改动的部分。４．２．２．２系统的模式控制定义工作模式字如下：ｔｙｐｅｄｅｆｓｔｒｕｃｔ＿ＫＥＹＷＯＲＤ｛ｕｎｓｉｇｎｅｄｔｒａｎｓ＿ｒｉｇｈｔ—ｆｌａｇ：８：／／通信正常是否正常的判断位ｕｎｓｉｇｎｅｄｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ—ｆｌａｇ：１：／／是否在进行精测向的标志ｕｎｓｉｇｎｅｄｍｏｄｅ＿ｃｈａｎｇｅ＿ｆｌａｇ：２：／／是否更改工作模式的标志ｕｎｓｉｇｎｅｄｓｔａｒｅ＿ｃｈａｎｎｅｌ—ｆｌａｇ：ｌ：／／比相测角选择信道的标记，在干涉模式下标记目标信道ｕｎｓｉｇｎｅｄｓｅｌｆ＿ｉｎｓｐｅｃｔ—ｅｎａｂｌｅ：１：／／标记是否自检验模式１自检验模式ｕｎｓｌｇｎｅｄｓｔａｒｅ＿ｃｈａｎｎｅｌ：８：／／比相测角情况下所选择的信道ｕｎｓｉｇｎｅｄＡＤ＿ｒｅｓｅｔ—ｆｌａｇ：１：／／判断ＡＤ是否需要复位ｕｎｓｉｇｎｅｄｂｅｎｚｈｅｎ—ｓａｖｅ：１０：／／保留ｕｎｓｉｇｎｅｄｌｏｎｇｔｉｍｅｉｎｔｅｒｖａｌｌ—Ｌ：／／需要更新的本振的驻留时间ｕｎｓｉｇｎｅｄｌｏｎｇＰＤＷ＿ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｎｕｍ；／／当前工作时间下能处理的最大ＰＤＷ个数ｕｎｓｉｇｎｅｄｌｏｎｇｔｈｒｅｓｈｏｌｄ：／／下次应该切换的门限第四章系统软件设计与实现４９／／此后的数为不传向其它３片ＤＳＰ的ｄｏｕｂｌｅｊｉａｏｚｈｅｎｇ＿ａｎｇｌｅ；／／当前数据的惯导编号ｕｎｓｉｇｎｅｄｕｎｓｉｇｎｅｄｂｅｎｚｈｅｎ—ｎｅｘｔ：８；／／当前放入接收机缓存的本振ｂｅｎｚｈｅｎ～ｄａｔａ：８；／／当前数据的本振ｓｔｅｐ：８；∥标记当前程序是否需要强制跳出等数的循环ｕｎｓｉｇｎｅｄｗｏｒｋｕｎｓｉｇｎｅｄｂｅｎｚｈｅｎ＿＿ｃｈａｎｇｅ＿ｆｌａｇ：１；Ｈ是否到替换本振的标志ｕｎｓｉｇｎｅｄｍｏｄｅ：３；／／当前工作模式ｕｎｓｉｇｎｅｄＡＧＣ：ｌ；ｕｎｓｉｇｎｅｄｓｅｌｆｔｅｓｔ——ｓｕｃｃｅｓｓｆｌａｇ；）ＫＥＹＷＯＲＤ；每个循环的开始和结束用工作模式字来传递工作模式从ＤＳＰ０向其他３片，工作模式字的具体参数由程序分析上位机命令来判断，从而保证４片ＤＳＰ在工作模式上的同步。由ＤＳＰ０传向其它３片的工作模式字如下：ｔｒａｎｓ＿ｒｉｇｈｔｆｌａｇ为工作模式字发送正常的校验位。若发生异常，说明通信产生问题。ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ＿ｆｌａｇ标志是否进行在比相测角算法。ｌ为进行，Ｏ为当前进行比幅流程。ｍｏｄｅ＿ｃｈａｎｇｅ＿ｆｌａｇ标志是否需要进行模式的切换。１为需要，０为不需要ｕｎｓｉｇｎｅｄｓｔａｒｅｃｈａｎｎｅｌ＿ｆｌａｇ为比相测角选择信道的标记，在干涉模式下标记目标信道。因为ＦＰＧＡ内进行了信道化，可能有频谱较宽的雷达脉冲同时在多信道有出现。需要统一比相的信道，保证测角的准确性。ｕｎｓｉｇｎｅｄｓｔａｒｅ＿ｃｈａｎｎｅｌ为比相测角选择的信道，当比相测角选择信道的标记为１时，ＤＳＰ内只处理本个信道的数据。ｕｎｓｉｇｎｅｄｌｏｎｇＰＤＷ＿ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｎｕｍ为当前工作时间下所能处理的最大ＰＤＷ个数，超过个数后将产生脉冲的丢失。ｕｎｓｉｇｎｅｄｌｏｎｇｔｈｒｅｓｈｏｌｄ为当前本振下应该切换的门限，在不同本振点前端增益不同，由此设定了一组默认门限，功率不过门限的信号默认为噪声。由ＤＳＰＯ传向ＦＰＧＡ的工作模式字如下：ｕｎｓｉｇｎｅｄｂｅｎｚｈｅｎ＿＿ｎｅｘｔ当前放入接收机缓存的本振，接收机需要提前通知应该切换的本振，以保证正常切换。ｕｎｓｉｇｎｅｄＡＧＣ功能为调整前端增益控制，当信号过弱时或过强时可以进行调整，保证截获概率和保护接收机。机载雷达侦察信号处理和测向算法４．２．２．３比幅测角的流程比幅模式下在同个本振下，有２个或以上脉冲的频率、脉宽、调治类型卡在相同的门限中则认为出现了雷达信号。本振驻留时间一般较短，一般功能为搜索辐射源和引导比相信号。图４．１６比幅模式流程图（１）ＤＳＰ０分析上位机需要进入比幅状态，则根据模式选择相应本振序列。并通过工作模式字同通知其他３片开始工作。（２）４］寺ＤＳＰ对ＦＰＧＡ传入数据进行预分选并根据比幅算法计算出幅度。（３）ＤＳＰ０接收ＤＰＳｌ．３的脉冲流数据，进行比幅测角，并生成报告发给上位机器。（４）判断当前模式是否继续，进入步骤（１）４．２．２．４比相测角的流程比相模式下在同个本振下，有２个或以上脉冲的频率、脉宽、调治类型卡在相同的门限中，且有３个以上的脉冲满足相同的ＰＲＩ间隔，则认为出现了雷达信号。本振驻留时间一般较长，一般功能为精确定位与测量辐射源信息。特别需要注意的是用来计算角度的相位必须是同时刻的，这样才能保证计算的准确。（１）ＤＳＰ０分析上位机命令，找到需要进行比相测角的信号源所在本振。一般为３个镜频本振轮流切换。（２）选出信号所在主信道，因为ＦＰＧＡ内的信道化，频谱宽的雷达脉冲会在多个信道出现，需要选出最合适进行测角的信道来进行计算。第四章系统软件设计与实现（３）ＤＳＰ０通知ＤＳＰｌ．３所选择的信道，４片ＤＳＰ只处理这个信道内的数据，保证比相结果的准确。（４）ＰＲｌ分选，将辐射源的信号选择出来。在此步骤将循环等待ＤＳＰ０传入的相位数据。（５）计算相位差，ＤＳＰｌ．３将相位差传递给ＤＳＰ０。（６）进行比相测角，生成报告。（７）判断当前模式是否继续，进入步骤（１）一一定时器确定切换该本振在若干本振时问内，从Ｍ个信道中选出脉冲信号最强、个数最多、脉宽最大，的最佳比相信道定时器确定切换该本振通知选择的信道图４．１７比相模式流程图在程序中定义相位单元为ｔｙｐｅｄｅｆｓｔｒｕｃｔｊＮＴＤＡｌｒＡ／／传送的相位数据｛ｕｎｓｉｇｎｅｄｌｏｎｇｄｏｕｂｌｅｕｌＴｏａ；／／至Ｕ达时间ｄＰｈａｓｅ［４］；／／ＦＰＧＡ传入相位｝ＩＮＴＤＡＴＡ；机载雷选侦察信号处理和洲向尊法如图４１８在程序运行时，保证ｕｌＴｏａ相等情况Ｆ，对应相位才有计算相位差的价值ｘ，口叠蟊｜墨●叠ｊ臣互墨工●日盈■■……＾Ⅱ口墨■口衄岛嗣一Ｈ一·ｕ…·０Ⅲ００…‘３Ⅲ８５２㈣８７ｍ１ｏ…１｛）３ｉ１‘一ｄ一ｅ１】ｊ“０ｍ００一ｏ０……２４７…ｄ｛０｛））…Ⅲ３７一ｉ１７３５８一【２］ｕ一’ｄ…９Ⅲ…１１２ｔ）０ｘ００００ｄｆｂ‘｛嵋ｊＥ二二２８７３５１５７８８…）），）·【３】·［‘】·［ｓ】·［６】｛（（｛豳４１８相位点匹配例剀４，２２５奉振切换的流程系统通过判断卜位机信息得到当前工作模式、本振序列本和振驻留时问。当奉个奉振开始时，启动定时器并切换本振。当前本振计算ｒ个本振截获的脉冲信息，这样可以为分选提供足够的脉冲。上个奉振的辐射源脉冲分析完成后，判断本振驻留时间是否超时，超时说明上个本振有大量脉冲信号，超过了接收机处理能力。则上个本振所能处理的最大脉冲个数，保证在本振驻留时间内完成运算，从而提高其他本振下的截获概率。若未到达本振驻留时间则进行等待，以保证当前本振下的截获概率。判断本振驻留时间和最大处理脉冲的工作在ＤＳＰ０中完成。并通过工作模式字分发向其他３片，保证４片ＤＳＰ的ｌ司步。隔４１９本振驻留时间控制流程圈第四章系统软件设计与实现５３４．２．２．６数据库更新与报告的生成●是Ｉ垫仝里竺塑塾望｜图４．２０辐射源更新流程图以数字电子计算机为基础，用存储介质按一定数据结构保存各种雷达的特征参数及对抗措施的数据记录保持系统。是现代雷达对抗系统不可缺少的组成部分，主要用于对辐射源进行自动识别和威胁判断，以采取相应对抗措施。雷达数据库各种情报来源而获得的敌方雷达战术技术性能参数和相应的各种干扰样式等数据的集合。雷达数据按用途可分为辐射源识别数据、告警数据、干扰资源和对策库饴号手。如图４．２０所示辐射源更新步骤：（１）当粗测或精测发现可能为辐射源的脉冲组时，首先判断是否噪声，若不是噪声则与已知辐射源内信息进行比较。（２）因为现代雷达频率、脉宽和ＰＲＩ等都可能进行跳变，所以角度作为最稳定的信息进入辐射源识别。若当辐射源信息库内未记录精测角度，就用粗测角度进行匹配。若辐射源信息库内已经进行过精测向，则用精测角度匹配。若无匹配角度则认为发现新辐射源。将本个脉冲组信息加入辐射源库。若有匹配角度则进入步骤（３）。（３）若进行过精测则判断ＰＲＩ的值是否与已发现的辐射源匹配，若未进行过ＰＲｌ分选直接进入脉宽进行匹配。（４）当角度匹配成功，ＰＲＩ与脉宽之一匹配成功时则认为是已知辐射源。加入已知辐射源。若都不匹配成功则加入更新辐射源。当角度匹配度较高时，只要求ＰＲＩ与脉宽匹配其中之一匹配，就认为是已知辐射源，则可以防止将捷变频雷达或跳变ＰＲＩ雷达划分为多部。机载雷达侦察信号处理和测向算法辐射源数据更新报告定义如下：ｔｙｐｅｄｅｆｓｔｒｕｃｔＲＥＰＯＲＴ＿ＥＭＩＴ＿ＤＡＴＡ＿ＮＥＷ／／辐射源更新的报告｛ｕｎｓｔｇｎｅｄｕｎｓｉｇｎｅｄｕｎｓｉｇｎｅｄｅｍｉｔ—ｎｕｍ：８；／／辐射源编号ｓａｖｅ：８；／／保留ｃａｐｔｕｒｅｎｕｍ’１６；／／被捕获次数ｕｎｓｉｇｎｅｄａｍｐｌｉｔｕｄｅ＿ａｎｇｌｅ：１６；ＥＬＬ幅度角度ｕｎｓｉｇｎｅｄｐｈａｓｅ＿ａｎｇｌｅ：１６；／／比相到达的方向角ｕｎｓｉｇｎｅｄｆａｓｔ—ｂａｎｄｗｉｄｔｈ：８；／／捷变频带宽ｕｎｓｉｇｎｅｄｆｒｅｑｕｅｎｃｅ＿ｎｕｍ：８；／／频点数ｕｎｓｉｇｎｅｄＰＷ—ｂａｎｄｗｉｄｔｈ—ｎｕｍ：８；／／脉宽带宽记数ｕｎｓｉｇｎｅｄｂｅｎｚｈｅｎ：８；／／本振编号ｕｎｓｉｇｎｅｄＰＲＩｎｕｒｎＡＧＣ：８；／／ＰＰｄ数和对应的ＡＧＣｕｎｓｉｇｎｅｄＰｍｉ：８；／／调制类型ｕｎｓｉｇｎｅｄｂａｎｄｗｉｄｔｈ：８；／／脉内带宽ｕｎｓｉｇｎｅｄＰＷ：８；ｕｎｓｉｇｎｅｄａｍｐｌｉｔｕｄｅ＿ｂｅｎｚｈｅｎ＿ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ＿Ｈ：１６；＃ＬＬ幅本振上频率ｕｎｓｉｇｎｅｄａｍｐｌｉｔｕｄｅ＿ｂｅｎｚｈｅｎ＿ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ＿Ｌ：１６；／／Ｌ匕幅本振下频率ｕｎｓｉｇｎｅｄｕｎｓｉｇｎｅｄｐｈａｓｅ＿ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ｌ６；／／比相频率ＰＲＩ：１６；／／ＰＲＩ｝ＲＥＰＯＲＴ＿ＥＭＩＴ＿ＤＡＴＡ＿ＮＥＷ；报告上传的角度幅度等信息都为最新更新的，上位机器可以根据辐射源编号更新雷达库内信息，建立和完善雷达库内的内容。４．２．２．７系统的通讯控制与ＤＳＰ系统相关的通信控制主要包括ＤＳＰ与ＦＰＧＡ的数据通信，ＤＳＰ间的数据通信和ＤＳＰ与上位机间的数据通信。１．ＤＳＰ与ＦＰＧＡ的数据通信１１３】ＦＰＧＡ与ＤＳＰ之间的通信是通过在ＦＰＧＡ内部的ＲＡＭ来实现的。在ＦＰＧＡ中得到雷达脉冲描述字（ＰＤＷ），包括：信道化后的信道号Ｃｈｎ，脉冲到达时的记数周期Ｃｏｕｎｔｔｉｍｅ，雷达脉冲计数尺。，重复周期ＰＲＩ，脉冲宽度ＰＷ，频率ｆ，调谐频率（有符号位）ｐ，调制类型Ｋ，和脉冲相位ｐｈａｓｅ；由于在ＦＰＧＡ中不适合作除法运算，所以在ＦＰＧＡ中并没有直接得到全部的脉冲描述字，而是有一部分中间参数，将参数传入ＤＳＰ中后再在ＤＳＰ中经过拼位和计算得到实际参数值。第四章系统软件设计与实现ＤＳＰ是统一内存管理，而ＦＰＧＡ是接到ＤＳＰ的异步存储区上的，起始地址是０Ｘ３８００００００，在ＦＰＧＡ将各个参数已经写入双口ＲＡＭ之后，向ＤＳＰ发一个握手信号，通知ＤＳＰ可以读取参数，这个信号就启动了ＤＳＰ的中断服务程序，读入各个参数值，并进行储存，其中ＦＰＧＡ中双口ＲＡＭ写入模块以及ＦＰＧＡ与ＤＳＰ的主要连接示意图如下：图４．２１ＦＰＧＡ与ＤＳＰ通信因为ＦＰＧＡ内进行了信道化，而为了保证多个信道同时有数据到来时可以正常处理，在本系统中ＦＰＧＡ内设置了２块不同地址的双口ＲＡＭ，和２个中断服务程序用来读取ＲＡＭ中的数据。而为了防止中断的嵌套导致的数据错乱，ＤＳＰ内需要进行中断调用的互斥。即在中断服务程序１执行时禁止调用中断服务程序２，中断服务程序２先执行时禁止调用中断服务程序１。以防止将不同脉冲块的数据写入同个脉冲描述字。２．ＤＳＰ间的数据通信【１３Ｊ１３ＤＳＰ间的主要通信内容包括：工作模式字，各通道分选后的辐射源信息，比相测角时的个通道脉冲的相位。ＤＳＰ问的数据通信主要是通过链路口完成的，ＴＳ２０１可以链路口实现全双工工作，极大的提高了系统的传输数据效率。由于内同个链路口中断的对应的中断向量是唯一的，同时为了避免在程序运行时重新设定中断服务程序造成的错误。在ＤＳＰ内专门开辟了内存空间来暂存其它ＤＳＰ所传输过来的数据，再通过分析报头判断内容放入相应的内存区域。ＤＳＰｉ传送数据向ＤＳＰｊ的通讯流程如图４．２２。因为在ＤＳＰＯ内进行比幅测角和比相测角的计算，所以将要收到另外３路ＤＳＰ传来的数据。为了避免竞争总线和中断嵌套引起的混乱，应设定处理机制，判断数据传输是否正常，是否需要再次发送数据，保证系统的正常运行。机载雷达侦察信号处理和测向算法ＤＳＰｉ链路口Ｄ姒传输开始ｒ＿——叫响应链路口传输中断Ｄ姒传输完成中断服务程序标记当前数据传输完成ｌＤａｔａ．ＪＤＳＰｊ链路口传输中断服务程序启动Ｄ姒自动读取数据存入指定内存响应Ｄ姒中断Ｄ姒传输完成中断服务程序断报头，杰目应内存区图４．２２ＤＳＰｉ向ＤＳＰｊ传输数据流程图３．ＤＳＰ与上位机的数据通信ＤＳＰ需要传送辐射源更新报告，幅相一致性计算报告（自检信息）给上位机，并接收上位的模式字命令和惯导信息。上位机通过串口ＲＳ４２２接口向ＦＰＧＡ存储区发送命令，由ＦＰＧＡ转发ＤＳＰ与上位机之间的内容。串口按位（ｂｉｔ）发送和接收字节。尽管比按字节（ｂｙｔｅ）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信【ｌ引。在利用传口通信时发送命令需要前先发送特定字节，特定字节为自定义的命令起始标志，后面再发送命令信息。接收时，先要接收命令起始标志，接到起始标志后，后面开始接收并解析命令。接收起始标志采用比较的方法，用接收到的数据与事先定义好的起始标志相比较，当两者相等时，认为找到命令起始标志，然后开始接收后面的数据，进行命令解析。由于传口传输的速度，所有的报文必须打包，保证传输速率的最大利用。４．３代码优化１．数据在系统中如何描述数据是很重要的。最好重排数据以期望的“宽度”进行数据读取，通过每次读取的优化来实现数据访问次数的最优化【１６】。值得注意的是，具有指向ｍａｌｌｏｃ行的列指针的二维数组结构的缓冲区设计通常会引起性能上的退化，所以有时候我们可以用二维数组来代替动态的内存分配。在编程时，经常遇到的一个问题是，是应该使用指针还是数组。对于当今功能强大的优化编译器而言，经过对比试验，指针的效率大大高于数组，所以在本系统中数据库的更新全部采用链表的方法。２．循环采用循环的优势在于：减少了代码的长度。指令数越少，程序所需要的存储器空间越少，同时也减少了从主存中读取指令花费的时间，另外，也可以节省每第四章系统软件设计与实现５７次对指令进行翻译的时间。但循环也会给整个程序带来不必要的开销，基本上，编译优化器的工作就是解开循环。优化器会将代码展开，然后进行重新编排，以避免发生停顿，或者实现向量化运算。最常用的两种基本优化技术是向量化和软件流水。所谓软件流水是一种用于安排循环内的指令运行方式的技术，它的目的是使得循环的多次迭代能够并行的执行。软件流水的实现是基于循环中的代码有多个步骤，和ＤＳＰ硬件流水的原理～样，利用ＤＰＳ处理器的功能单元和通用寄存器这些大规模的硬件资源，使得不同迭代的不同步骤在同一周期内并行地执行。通过软件流水的优化，可以将循环中各个的迭代，合并到一个机器周期中，大大提供循环代码的效率，极大的实现指令的并行性。一般来说我们不在循环内加过于复杂的条件判断，把条件判断尽量移到循环体的外部，有时候宁可增加代码的大小，也要让条件判断在循环的外部，保证流水优化可以顺利进行。３．流程任务的分配本系统中使用的４片ＴＳ２０１，一般遵循每个ＤＳＰ的运算应尽可能均衡，当流水线中某一段任务负载量大于其他段时会形成处理瓶颈而降低系统效率从而直接影响整个系统的实时处理能力。合理的任务系统流程可以保证流水，大大提高整个系统的效果。第五章系统测试５９第五章系统测试接收机系统组装完成后要对系统进行测试，即验证信号处理是否能正常进行。为此，我们主要测试接收机对辐射源识别的性能和辐射源的参数测量的精度。５．１测试设备和环境测试设备如下：１．机载雷达干涉仪样机一套２．２．１８Ｇ标准信号源的ｌ台３．２．１８Ｇ各波段波导数个４．交流稳压电源一台５．转台一台测试环境：信号源与机载雷达干涉仪样机相隔１００米水平放置，干涉仪置架于转台上。半封闭空间防止空间电磁环境的干扰。５．２系统测试５．２．１基本参数的测量连接干涉仪样机，由交流稳压电源提供１１０Ｖ交流电压。标准信号源依次变换频率与脉宽发送单脉冲信号。基本参数测量结果如下：表５．１基本参数测量记录表序号ｌ２３４信号源脉宽２０泌１００ｐＳ信号源频率３１７０ＭＨＺ干涉仪输出脉宽２０Ｉｔｓ１００ｐｓ１９９ＬｔＳ干涉仪输出频率３１７０ＭＨＺ５１２０ⅣⅡ｛Ｚ５１２０ＭＨｚ２００∞１０，ＵＳ９１７０ＮｍＺ１０２５０ＭＨＺ９１６９ＭＨＺｌ１０脚０２５０ＭＨｚ变化不同频率和脉宽多次，记录得到干涉仪在无干扰测频误差在１ＭＨｚ内，脉宽测量误差在３％内。５．２．２比幅测向模块的测试１．当自检模式下，干涉仪使用５号本振４１３０ＭＨｚ，内部自检信号源频率３１７０ＭＨｚ时。干涉仪测得内部信号源天线图如下：机载省达侦察信号处理和洲向算法Ｕｎｔｉｔｌｅｄ３００．０ｊ２０００ＪｊＪ１０００００１．０００．０２．００００３．０００．０４．０００．０幽５ｌ白检模式四天线方向图上图纵坐标为幅度的归一化量．横坐标为统计的脉冲个数，四路幅度在多个点相等说明无噪声情况下干涉仪相位测算萨常。２转台均速度转动，信号源频率８１２０ＭＨｚ，干涉仪使用２６号本振频牢９１７０ＭＨｚ，，天线图如下：Ｕｎｔｉｔｌｅｄ３００．０２００．Ｏ１００００００．０１００．０２００．０３０００４００．０圈５．２朱拨正四天线方向幽上图纵坐标为幅度的归一化量，横坐标为转台转过的角度，每点统计脉冲个数２０００个，在噪声下扰较小情况下，干涉仪幅度测算正常。但由于未校正导致４路通道幅度失横。３比幅测角转台均速度转动时，信号源频率８】２０ＭＨｚ，Ｔ涉仪使用２６号奉振频率９１７０ＭＨｚ，转台惯导一比幅角度图如下。第五章系统测试６１ＵｎｔｉｔｌｅｄＯ．Ｏ１ＯＯ．０２００．０．３００．０４００．０图５．３转台惯导．比幅角度图上图纵坐标为干涉仪比幅计算出的角度，横坐标为转台转过的角度，每点统计脉冲个数２０００个。可以看到转动角度的变化趋势，和干涉仪比幅测角得的变化趋势基本同步。多次试验证明在噪声较小的情况下，测角精度在１５度以内。并且可以看出测角误差大的地方，多集中在天线图的象限变换处。５．２．３干涉测向模块的测试１．当自检模式下，干涉仪使用５号本振４１３０ＭＨｚ，自检信号源频率３１７０ＭＨｚ时。干涉仪测得内部信号源的四路相位差图如下：０．Ｏ５００．０图５．４自检模式相位差图１。０００．０上图横坐标为相位差的未解模糊值，纵坐标为统计脉冲个数，无噪声干扰情况下，干涉仪能得到正常的相位差输出。２．转台静止，信号源频率在８０００．８２４０ＭＨ步迸，干涉仪使用２６号本振频率９１７０ＭＨｚ，相位差图如下：机载雷选侦察信号处理和测向算法Ｕｎｔｉｔｌｅｄ２．Ｓ一００｝～——～■＝二ｊ＝＝触—≤＝二二＝一１，００００２，００００３．００００４．００００一２５０．０圈５．５未校正相位差图上罔横坐标为相位差的未解模糊值，纵坐标为统计脉冲个数，噪声干扰较小情况下，干涉仪能得到正常的相位差输出。可以看到因为频率的变化相位差也出现了变化。３转台均速度转动时，信导源频率１０２４０删ｚ，干涉仪采用２６号本振频率９１７０ＭＨｚ，转台惯导一比相角度图如卜ＵｎｔｉｔｌｅｄＳＯ０７５０１０００１２５０幽５．６转台惯导－比相角度图上图纵坐标为干涉仪比相计算出的角度，横坐标为转台转过的角度，每点统计脉冲个数１０００个。可咀看到转动角度的变化趋势，和干涉仪比相测角得的变化趋势基本同步。多次试验证明在噪声较小的情况下．无模糊角度可以到达２５度左右，测角精度在Ｉ度以内。结束语６３结束语本文是在某实际项目的基础上完成的。雷达对抗侦察设备从随机交错的信号流中分离出各单部雷达信号，并计算出参数，确定所获雷达的类型和属性。雷达信号分选与识别主要由数字信号处理器和数字电路来实现。信号分选是信号分析与识别的前提，信号识别和参数获取是雷达对抗系统信号处理的目的，也是采取各种电子对抗措施的依据。本论文是在基于ＡＤＳＰ－ＴＳ２０１Ｓ的基础上实现了某雷达侦察系统的信号处理算法和角度的测量。本论文的目的是提出一种脉冲流分选算法，并基于这种算法对辐射源的角度进项测量。论文的开始，介绍了雷达侦察的信号处理算法的一些理论知识，在此基础上，介绍了信号处理模块的软件实现以及脉冲流分选检测和角度的算法。最后给出了系统调试的内容、步骤和调试中需要注意的事项。通过对测试结果的分析，证明该处理算法可以基本满足系统需求。但是要实现对雷达脉冲流的准确而合理的分选，还需要有很多的理论支撑。由于ＳＤＩＦ这种算法对固定ＰＲＩ脉冲列的分选具有良好的效果，对于信号密度不太高的信号环境不太适用，需要很多的经验参数和环境参数来设定门限。对于捷变频雷达和变ＰＲＩ雷达在截获后的归类，也需要更多经验参数和更好的划分方法，以保证辐射源的完整识别归类。完善上述的不足之处，是下一步研究工作的重点。限于作者水平有限和时间紧迫，文中错误和不足之处在所难免，在此诚恳地希望各位专家和老师提出宝贵的批评和意见。致谢６：５致谢首先，衷心感谢我的导师冯小平教授。本文的完成得到了冯老师的悉心指导和热情鼓励。冯老师渊博的知识、严谨求实的治学态度和勤奋的工作精神给我留下了深刻的印象，使我懂得学习和工作不仅仅是掌握知识的过程，更重要的是对待学习、对待工作的态度以及学习工作的方法。在此向冯老师致以最真诚的敬意和谢意！衷心感谢教授在我学习期间给予的耐心帮助，丰富的知识和求实的为人品格给我留下了深刻印象。同时，感谢鲍丹老师与何树权总工程师在我的理论学习和科研实践的过程中给了我很大的帮助，他们渊博的理论知识和丰富的工程实践经验，使我在研究工作中受益匪浅。感谢已毕业的诸位师兄，师姐，在我刚进实验室时，有很多不懂的东西，都是他们逐渐地教给我的，对我作用很大，他们是：纪春国、蔡恒松、王晶、程小震、张博和刘思阔、刘海君等。也感谢张伟、张鹏凯、张立、赖礼楚、丁伟亚、王丽、杨照宏、耿佳佳、姚颖、杨伟程、李华、孙建伟等同学，和他们相处的日子里，我深刻的体会到团队合作的重要性和集体的巨大力量。论文的完成离不开他们的帮助，从他们那里我得到很多工作上和学业上的帮助，也从他们的工作成果和敬业精神中获得了前进的动力。特别的感谢我的父母及家人，他们为我的成长付出了太多的心血而不求任何回报，我将尽自己的最大努力回报我的父母和家人。感谢关心过我的亲人和朋友，所有这些亲情和友情是我一生要珍惜的财富。参考文献６７参考文献［１】赵国庆．雷达对抗原理．西安：西安电子科技大学出版社，１９９９【２】ＡＤＳＰ·ＴＳ２０１２００４．ＴｉｇｅｒＳＨＡＲＣＰｒｏｃｅｓｓｏｒＨａｒｄｗａｒｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅ，Ｉｎｃ【３】ＡＤＳＰ－ＴＳ２０２００４．１ＴｉｇｅｒＳＨＡＲＣＰｒｏｃｅｓｓｏｒＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇＲｅｆｅｒｅｎｃｅＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅ，Ｉｎｃ【４】刘书明，苏涛，罗军辉．ＴｊｇｅｒＳＨＡＲＣＤＳＰ应用系统设计．北京：电子工业出版社．２００４【５】邹顺．雷达信号分选与细微特征分析．西安：西北工业大学硕士学位论文，２００６【６】薄志华，杨莘元，杨楠．雷达脉冲分选算法的研究．应用科技．２００５年第９期【７】刘渝．雷达信号分选研究以及硬件实现．成都：电子科技大学硕士学位论文，２００３【８】赵长虹．重频分选与跟踪算法的研究．西安：西安电子科技大学硕士学位论文，２００３【９】王石记，司锡才．雷达信号分选新算法研究．系统工程与电子技术，２００３【１０】沈福民，贾永康．相位测距中的解模糊技术闭．西安电子科技大学学报，１９９７［１１】斯蒂芬．Ｅ．利普斯基．微波无源测向成都：电子工业部第二十九研究所，１９９３．［１２】林象平．雷达对抗原理．西安：西北电讯工程学院出版社，１９８５。【１３】袁俊泉，黄甫堪．基于ＦＰＧＡ与ＤＳＰ的实时数字信号处理系统设计．系统工程与电子技术，２００４年第“期【１４】李广军，王厚军．实用接口技术．成都：电子科技大学出版社，１９９８【１５】张雄伟．ＤＳＰ基础与应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社，２０００【１６】王群，史林．基于ＶｉｓｕａｌＤＳＰ＋＋的中频信号模拟器的软件设计．现代电子技术．２００４年第１４期［１７】王丽娟，徐军，戴宝华等．Ｃ程序设计．西安：西安电子科技大学出版社，２０００【１８】ＭＡＸ３２３２３ＶＴＯ５．５ＶＭＵＬＴＩＣＨＡＮＮＥＬＲＳ－２３２ＬＩＮＥＤＲＩＶＥＲｆＲＥＣＨＩＶ－ＥＲＤｅｃｅｍｂｅｒ２００１．ＭＡＸ，Ｉｎｃ【１９】张卫杰．ＤＳＰ在雷达信号处理中的应用．世界电子元器件，２００５年第８期【２０】王石记，司锡才．雷达信号分选新算法研究．系统工程与电子技术，２００３【２ｌ】罗军辉，罗勇江，白义臣等．ＭＡＴＬＡＢ７．０在数字信号处理中的应用．北京：机机载雷达侦察信号处理和测向算法械工业出版社．２００５【２２】楼顺天，陈生潭，雷虎民．ＭＡＴＬＡＢ５．Ｘ程序设计语言．西安：西安电子科技大学出版社．２０００作者在硕士期间参加的课题和发表的论文作者在硕士期间参加的课题和发表的论文一、参加科研情况机载雷达侦察系统。二、发表论文情况【１】一种基于ＡＤＳＰ．ＴＳ２０１的多ＤＳＰ系统的设计与实现．电子元器件应用．２００９年第６期机载雷达侦察信号处理和测向算法

作者：

学位授予单位：

辛小枫

西安电子科技大学

1. 阮安路.许自富.刘东.Ruan Anlu.Xu Zifu.Liu Dong 雷达侦察装备辐射源识别与测向检测系统的设计[期刊论文]-电子测量技术2008,31(3)

2. 罗来源 未来信息战中的通信情报与获取[会议论文]-19983. 付奎生.张晓阳 红外导引头射后截获技术浅析[会议论文]-2008

本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y1668152.aspx