【正文】 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 概述 對(duì)雷達(dá)信號(hào)時(shí)域參數(shù)的測(cè)量 雷達(dá)偵察信號(hào)的預(yù)處理 對(duì)雷達(dá)信號(hào)的主處理 數(shù)字接收機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 概 述 雷達(dá)偵察系統(tǒng)是一種利用無(wú)源接收和信號(hào)處理技術(shù) ,對(duì)雷達(dá)輻射源信號(hào)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別、對(duì)雷達(dá)信號(hào)和工作參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和分析 ,從中得到有用信息的設(shè)備。實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)輻射源信號(hào)環(huán)境進(jìn)行偵察的典型過(guò)程如下 : 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 (1)由雷達(dá)偵察系統(tǒng)的偵察天線接收其所在空間的射頻信號(hào) ,并將信號(hào)饋至射頻信號(hào)實(shí)時(shí)檢測(cè)和參數(shù)測(cè)量電路 。 由于大部分雷達(dá)信號(hào)都是脈沖信號(hào) ,所以典型的射頻信號(hào)檢測(cè)和測(cè)量電路的輸出是對(duì)每一個(gè)射頻脈沖以指定長(zhǎng)度 (定長(zhǎng) )、 指定格式 (定格 )、 指定位含義 (定位 )的數(shù)字形式的信號(hào)參數(shù)描述字 ,通常稱為脈沖描述字PDW(Pulse Discreption Word)。 從雷達(dá)偵察系統(tǒng)的偵察天線至射頻信號(hào)實(shí)時(shí)檢測(cè)和參數(shù)測(cè)量電路的輸出端 ,通常稱為雷達(dá)偵察系統(tǒng)的前端 。 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 (2)將雷達(dá)偵察系統(tǒng)前端的輸出送給偵察系統(tǒng)的信號(hào)處理設(shè)備 ,由信號(hào)處理設(shè)備根據(jù)不同的雷達(dá)和雷達(dá)信號(hào)特征 ,對(duì)輸入的實(shí)時(shí) PDW信號(hào)流進(jìn)行輻射源分選 、 參數(shù)估計(jì) 、 輻射源識(shí)別 、 威脅程度判別和作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)判別等 。 信號(hào)處理設(shè)備的輸出結(jié)果一般是約定格式的數(shù)據(jù)文件 ,同時(shí)供給雷達(dá)偵察系統(tǒng)中的顯示 、 存儲(chǔ) 、 記錄設(shè)備和有關(guān)的其它設(shè)備 。 從雷達(dá)偵察系統(tǒng)的信號(hào)處理設(shè)備至顯示 、 存儲(chǔ) 、 記錄設(shè)備等 ,通常稱為雷達(dá)偵察系統(tǒng)的后端 。 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 隨著高速數(shù)字電路和數(shù)字信號(hào)處理 (DSP)技術(shù)的發(fā)展 ,已經(jīng)能夠?qū)拵盘?hào)直接進(jìn)行 A/D變換、保存和處理 (數(shù)字接收機(jī) ),使傳統(tǒng)的測(cè)向、測(cè)頻技術(shù)等與數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)緊密地結(jié)合到了一起 ,不僅改善了當(dāng)前系統(tǒng)的性能 ,并且具有良好的發(fā)展前景。 本章在討論前端對(duì)脈沖信號(hào)到達(dá)時(shí)間 (tTOA)、脈寬(τPW)和幅度 (AP)檢測(cè)與測(cè)量的基礎(chǔ)上 ,著重討論雷達(dá)偵察系統(tǒng)中的后端對(duì) PDW信號(hào)流的信號(hào)處理過(guò)程、原理和方法 ,最后簡(jiǎn)要討論與數(shù)字接收機(jī)技術(shù)有關(guān)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 信號(hào)處理的任務(wù)和主要技術(shù)要求 雷達(dá)偵察系統(tǒng)中信號(hào)處理設(shè)備的主要任務(wù)是 :對(duì)前端輸出的實(shí)時(shí)脈沖信號(hào)描述字流 {PDWi}∞i=0進(jìn)行信號(hào)分選、參數(shù)估計(jì)、輻射源識(shí)別 ,并將對(duì)各輻射源檢測(cè)、測(cè)量和識(shí)別的結(jié)果提供給偵察系統(tǒng)中的顯示、存儲(chǔ)、記錄和其它有關(guān)設(shè)備。 雷達(dá)偵察系統(tǒng)前端輸出的 {PDWi}∞i=0的具體內(nèi)容和數(shù)據(jù)格式取決于偵察系統(tǒng)前端的組成和性能。在典型的偵察系統(tǒng)中， 0{ ( , , , , , ) }i i i ii A O A R F T O A P W P i i iP D W f t A F?? ???(4―1) 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 式中 ,θAOA為脈沖的到達(dá)方位角 ,fRF為脈沖的載波頻率 。tTOA為脈沖前沿的到達(dá)時(shí)間 。τPW為脈沖寬度 ,AP為脈沖幅度或脈沖功率 。F為脈內(nèi)調(diào)制特征 。i是按照時(shí)間順序檢測(cè)到的射頻脈沖的序號(hào) 。 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 對(duì)信號(hào)處理設(shè)備的主要技術(shù)要求有 : 、 識(shí)別的雷達(dá)輻射源類型和可信度 雷達(dá)輻射源的類型一般分為信號(hào)類型和工作類型 。信號(hào)類型是按照雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的調(diào)制形式進(jìn)行分類的 ,各種典型的雷達(dá)信號(hào)調(diào)制形式如圖 4― 1所示 。 工作類型是指雷達(dá)的功能 、 用途 、 工作體制和工作狀態(tài)等 。雷達(dá)偵察系統(tǒng)所能夠分選 、 識(shí)別的雷達(dá)輻射源類型主要取決于偵察系統(tǒng)的功能和用途 。 通常 ,電子情報(bào)偵察系統(tǒng) (ELINT)可分選 、 識(shí)別的雷達(dá)輻射源類型較多 ,以便廣泛掌握各種雷達(dá)的作戰(zhàn)信息 。 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 電子支援偵察系統(tǒng) (ESM)可分選 、 識(shí)別的雷達(dá)輻射源類型主要是當(dāng)前戰(zhàn)場(chǎng)上對(duì)我方具有一定威脅的敵方雷達(dá) 。雷達(dá)尋的和告警系統(tǒng) (RHAW)可分選 、 識(shí)別的雷達(dá)輻射源類型主要是對(duì)我形成直接威脅的火控 、 近炸 、 制導(dǎo)和末制導(dǎo)雷達(dá) 。 可信度是考核信號(hào)處理設(shè)備分選、識(shí)別結(jié)果的質(zhì)量指標(biāo)。 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 圖 4―1 各種典型的雷達(dá)信號(hào)調(diào)制形式分類 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 、 參數(shù)范圍和估計(jì)精度 雷達(dá)偵察系統(tǒng)可測(cè)量和估計(jì)的輻射源參數(shù)包括由分選后的脈沖描述字 PDW中直接統(tǒng)計(jì)測(cè)量和估計(jì)的輻射源參數(shù) ,對(duì) PDW序列進(jìn)行各種相關(guān)處理后統(tǒng)計(jì)測(cè)量和估計(jì)的輻射源參數(shù) 。 這些參數(shù)的種類 、 范圍和精度是與雷達(dá)偵察系統(tǒng)的任務(wù) 、 用途密切相關(guān)的 。 典型雷達(dá)偵察系統(tǒng)可測(cè)量和估計(jì)的輻射源參數(shù) 、 參數(shù)范圍和估計(jì)精度如表 4― 1所示 。 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 表 4― 1 典型雷達(dá)偵察系統(tǒng)可測(cè)量和估計(jì)的輻射 源參數(shù) 、 參數(shù)范圍和估計(jì)精度 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 雷達(dá)偵察系統(tǒng)信號(hào)處理的時(shí)間分為 :對(duì)指定雷達(dá)輻射源的信號(hào)處理時(shí)間 Tsp和對(duì)指定雷達(dá)輻射源信號(hào)環(huán)境中各雷達(dá)輻射源信號(hào)的平均處理時(shí)間 。 Tsp是指從偵察系統(tǒng)前端輸出指定雷達(dá)輻射源的脈沖描述字流 {PDWi}∞i=0,到產(chǎn)生對(duì)該輻射源分選、識(shí)別和參數(shù)估計(jì)的結(jié)果 ,并達(dá)到指定的正確分選、識(shí)別概率和參數(shù)估計(jì)精度所需要的時(shí)間。 spT第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 是對(duì)指定雷達(dá)輻射源信號(hào)環(huán)境中 N部雷達(dá)輻射源處理時(shí)間的加權(quán)平均值 ,其中加權(quán)系數(shù) Wi可根據(jù)各輻射源對(duì)雷達(dá)偵察系統(tǒng)的重要程度分別確定 。 spT1Nisp i s piT W T?? ?(4― 2) 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 對(duì)雷達(dá)偵察系統(tǒng)信號(hào)處理時(shí)間的要求也是與偵察系統(tǒng)的功能和用途密切相關(guān)的 ,在一般情況下 。 ELINT系統(tǒng)允許有較長(zhǎng)的信號(hào)處理時(shí)間 ,甚至可以將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄下來(lái) ,以后再作非實(shí)時(shí)的信號(hào)處理 。ESM系統(tǒng)往往需要介入戰(zhàn)場(chǎng)的作戰(zhàn)指揮 、 決策和控制 ,必須完成信號(hào)的實(shí)時(shí)處理 ,要求的信號(hào)處理時(shí)間較短 。 RHAW系統(tǒng)必須對(duì)各種直接威脅作出立即的反應(yīng) ,其信號(hào)處理的時(shí)間更短 。 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 雷達(dá)偵察系統(tǒng)的信號(hào)處理時(shí)間主要是對(duì)輻射源信號(hào)分選 、 識(shí)別和參數(shù)估計(jì)的處理時(shí)間 。 顯然 ,其可分選和識(shí)別的輻射源類型越多 ,測(cè)量和估計(jì)的參數(shù)越多 ， 范圍越大 ， 精度越高 ,可信度越高 ,相應(yīng)的信號(hào)處理時(shí)間也就越長(zhǎng) 。 但影響更大的是偵察系統(tǒng)中有關(guān)雷達(dá)輻射源先驗(yàn)信息和先驗(yàn)知識(shí)的數(shù)量和質(zhì)量 ,先驗(yàn)信息和先驗(yàn)知識(shí)越多 ,它們的可信度越高 ,則處理時(shí)間就越短 。 偵察系統(tǒng)實(shí)際所能夠達(dá)到的信號(hào)處理時(shí)間除了其本身的能力之外 ,也取決于其所在的雷達(dá)輻射源信號(hào)環(huán)境 ,輻射源越多 ,信號(hào)越復(fù)雜 ,相應(yīng)的信號(hào)處理時(shí)間也越長(zhǎng) 。 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 可處理的輸入信號(hào)流密度是指在不發(fā)生 PDW數(shù)據(jù)丟失的條件下 ,單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)處理機(jī)允許前端最大可輸入的 {PDWi}∞i=0平均數(shù) ——λmax。雷達(dá)偵察機(jī)前端輸出的信號(hào)流密度主要取決于信號(hào)環(huán)境中輻射源的數(shù)量 ,偵察系統(tǒng)前端的檢測(cè)范圍、檢測(cè)能力以及每個(gè)輻射源的脈沖重復(fù)頻率、天線波束的指向和掃描方式等。通常 ,星載、機(jī)載的 ELINT系統(tǒng) ,所要求的 λmax可達(dá)數(shù)百萬(wàn)個(gè)脈沖 /秒 ,機(jī)載 ESM、 RHAW系統(tǒng)的 λmax為數(shù)十萬(wàn)個(gè)脈沖 /秒 ,地面或艦載偵察設(shè)備的 λmax為數(shù)萬(wàn)至數(shù)十萬(wàn)個(gè)脈沖 /秒。 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 信號(hào)處理的基本流程和工作原理 雷達(dá)偵察系統(tǒng)信號(hào)處理的基本流程如圖 4― 2所示 ,其中各部分的基本工作原理如下 。 信號(hào)預(yù)處理的主要任務(wù)是根據(jù)已知雷達(dá)輻射源的主要特征和未知雷達(dá)輻射源的先驗(yàn)知識(shí) ,完成對(duì)實(shí)時(shí)輸入 {PDWi}∞i=0的預(yù)分選 。 預(yù)處理的過(guò)程是 :首先將實(shí)時(shí)輸入的 {PDWi}∞i=0與已知的 m個(gè)雷達(dá)信號(hào)特征 (已知雷達(dá)的數(shù)據(jù)庫(kù) ){Cj}mj=1進(jìn)行快速匹配 ,從中分離出符合{Cj}mj=1特征的已知雷達(dá)信號(hào)子流 {PDWi,j}mj=1,分別放置于 m個(gè)已知雷達(dá)的數(shù)據(jù)緩存區(qū) , 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 由主處理單元按照對(duì)已知雷達(dá)信號(hào)的處理方法作進(jìn)一步的分選、識(shí)別和參數(shù)估計(jì) 。然后再根據(jù)已知的一般雷達(dá)信號(hào)特征的先驗(yàn)知識(shí) {Dk}nk=1,對(duì)剩余部分 再進(jìn)行預(yù)分選 ,并由 {Dk}nk=1的預(yù)分選產(chǎn)生 n個(gè)未知雷達(dá)信號(hào)的子流 {PDWi,k}nk=1,另外放置于 n個(gè)未知雷達(dá)的數(shù)據(jù)緩存區(qū) ,由主處理單元按照對(duì)未知雷達(dá)信號(hào)的處理方法進(jìn)行輻射源檢測(cè)、識(shí)別和參數(shù)估值。預(yù)處理的速度應(yīng)與 {PDWi}ni=0的流密度相匹配 ,以求盡量不發(fā)生 {PDWi}∞i=0流的數(shù)據(jù)丟失。 ,1{}mi k kPD W ?第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 圖 4―2 偵察信號(hào)處理的基本流程 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 2. 信號(hào)主處理 信號(hào)主處理的任務(wù)是對(duì)輸入的兩類預(yù)分選子流{PDWi,j}mj=1和 {PDWi,k}nk=1作進(jìn)一步的分選、識(shí)別和參數(shù)估計(jì)。其中對(duì)已知雷達(dá)輻射源子流 {PDWi,j}mj=1的處理是根據(jù)已知雷達(dá)信號(hào)序列 {PDWi,j}mj=1的相關(guān)性 ,對(duì){PDWi,j}mj=1進(jìn)行數(shù)據(jù)的相關(guān)分選 ,并對(duì)相關(guān)分選后的結(jié)果進(jìn)行已知輻射源的檢測(cè) (判定該已知輻射源是否存在 ),再對(duì)檢測(cè)出的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行各種參數(shù)的統(tǒng)計(jì)估值。一般情況下 ,在對(duì) {PDWi,j}mj=1進(jìn)行主處理的過(guò)程中 ,被主處理分選濾除出來(lái)的數(shù)據(jù) ,將依照對(duì)未知輻射源 {Dk}nk=1的預(yù)分選方法補(bǔ)到對(duì)應(yīng)的 {PDWi,k}nk=1中。 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 對(duì)未知雷達(dá)輻射源子流 {PDWi,k}nk=1的處理主要是根據(jù)對(duì)一般雷達(dá)信號(hào)特征的先驗(yàn)知識(shí) ,檢驗(yàn) {PDWi,k}nk=1中的實(shí)際數(shù)據(jù)與這些先驗(yàn)知識(shí)的符合程度 ,作出各種雷達(dá)信號(hào)模型的假設(shè)檢驗(yàn)和判決 ,計(jì)算檢驗(yàn)、判決結(jié)果的可信度 ,并對(duì)達(dá)到一定可信度的檢出雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行各種參數(shù)的統(tǒng)計(jì)估值。無(wú)論是已知還是未知的雷達(dá)信號(hào) ,只要檢驗(yàn)的結(jié)果達(dá)到一定可信度 ,都可以將其實(shí)際檢測(cè)、估計(jì)的信號(hào)特征修改、補(bǔ)充到 {Cj}mj= {Dk}nk=1中 ,使 {Cj}mj={Dk}nk=1能夠自動(dòng)地適應(yīng)于實(shí)際面臨的信號(hào)環(huán)境。 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 其中識(shí)別出原來(lái)的未知雷達(dá)信號(hào) ,將其特征補(bǔ)充到已知雷達(dá)信號(hào) {Cj}mj=1中尤為重要 ,它不僅提高了整個(gè)信號(hào)處理的速度 、 質(zhì)量 ,也可以獲得更大的信息量和寶貴的作戰(zhàn)情報(bào) 。 信號(hào)處理的時(shí)間緊 ,任務(wù)重 ,要求高 ,所以現(xiàn)代的偵察信號(hào)處理機(jī)往往是一個(gè)多處理機(jī)系統(tǒng) ,采用高速信號(hào)處理軟件和開發(fā)工具編程 ,并可通過(guò)多種人機(jī)界面交互各種運(yùn)行數(shù)據(jù)和程序信息 ,接受人工控制和處理過(guò)程的人工干預(yù) 。 信號(hào)主處理的輸出是表現(xiàn)對(duì)當(dāng)前雷達(dá)信號(hào)環(huán)境中各已知和未知雷達(dá)輻射源的檢測(cè) 、 識(shí)別結(jié)果 、 可信度與各項(xiàng)參數(shù)估計(jì)的數(shù)據(jù)文件 。 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 對(duì)雷達(dá)信號(hào)時(shí)域參數(shù)的測(cè)量 對(duì)雷達(dá)射頻脈沖到達(dá)方位角 (θAOA)和載波頻率 (fRF)的檢測(cè)、測(cè)量分別由雷達(dá)偵察系統(tǒng)的測(cè)向天線、測(cè)向接收機(jī)和測(cè)頻天線、測(cè)頻接收機(jī)完成。雷達(dá)射頻脈沖的時(shí)域參數(shù)主要是指脈沖的到達(dá)時(shí)間 (tTOA) ,脈沖寬度(τPW)和脈沖幅度 (AP)。在具有脈內(nèi)調(diào)制分析處理能力的偵察系統(tǒng)中 ,還可測(cè)量脈內(nèi)調(diào)制特征 (F)。 第 4章 雷達(dá)偵察的信號(hào)處理 tTOA的測(cè)量 雷達(dá)偵察系統(tǒng)中對(duì) tTOA的測(cè)量原理如圖 4― 3所示 ,其中輸入信號(hào) si(t)經(jīng)包絡(luò)檢波 、 視頻放大后為 sv(t),將 sv(t)與檢測(cè)門限 UT進(jìn)行比較 ,當(dāng) sv(t)≥UT時(shí) ,從時(shí)間計(jì)