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1、外辐射源雷达信号处理,外辐射源雷达配置示意图,一、外辐射源雷达系统结构及关键技术 二、基于模拟电视信号外辐射源雷达信号处理 三、基于数字电视信号外辐射源雷达信号处理,外辐射源雷达结构及信号处理,一、外辐射源雷达系统结构及关键技术,（一）相关基本概念 （二）关键技术,1、视距内配置和超视距配置,考虑绕射后直视距离：,（一）相关基本概念,一、外辐射源雷达系统结构及关键技术,2、直达波和目标回波信号模型,直达波接收通道信号：辐射源直接照射到接收站信号，可作为参考信号，可能有多径成分,目标回波接收通道信号：包含直达波干扰和目标反射的信号,（一）相关基本概念,一、外辐射源雷达系统结构及关键技术,电视台或
2、调频广播台在方位上一般是360均匀照射，接收波束可以采用单波束或同时多波束与发射波束配合。,1、“三大同步”,（1）空间同步,保证收、发波束同时指向同一区域。,（二）关键技术,一、外辐射源雷达系统结构及关键技术,（2）时间同步,对直达波和回波进行相关处理，分析目标回波与直达波的到达时延。,采用高稳本振，残余的频率差通过相关处理去掉，不影响目标多普勒频率的测量,（3）频率同步,一、外辐射源雷达系统结构及关键技术,1、“三大同步”,（二）关键技术,2、直达波抑制与获取,空域滤波、通道均衡等,（2） 参考信号提取,（1）直达波抑制,从接收站配置、空域滤波、射频对消、视频对消等方面采取措施。,（二）关
3、键技术,一、外辐射源雷达系统结构及关键技术,3、微弱目标回波检测,（2）长时间相参积累（CAF）提高信噪比。,（1）大动态范围接收机，关键是AD信噪比要高。,（二）关键技术,一、外辐射源雷达系统结构及关键技术,二、基于模拟电视信号的处理实例,（一）模拟电视信号特点 （二）信号处理流程 （三）关键技术研究 （四）实时处理效果,1、电视伴音信号 带宽窄（有效带宽小于100kHz），分辨率差，测距无模糊； 2、电视图像信号 带宽宽，但存在64微秒行周期引起的距离模糊。,二、基于模拟电视信号的处理实例,（一）模拟电视信号特点,电视图像及伴音信号中频信号,1、电视伴音信号,二、基于模拟电视信号的处理实例
4、,（一）模拟电视信号特点,带宽窄，带宽时变，不存在测距模糊,二、基于模拟电视信号的处理实例,1、电视伴音信号,（一）模拟电视信号特点,自相关函数存在周期性峰值，峰间距64微秒，峰值间高度相差不多，且基底电平很高。,2、电视图像信号,二、基于模拟电视信号的处理实例,（一）模拟电视信号特点,二、基于模拟电视信号的处理实例,（二）信号处理流程,1、直达波抑制 2、互模糊函数（CAF）,二、基于模拟电视信号的处理实例,（三）关键技术研究,1.1 空域滤波 自适应波束置零，如SMI算法 先DOA估计，然后波束置零 1.2 时域对消 LMS、NLMS算法 维纳算法,二、基于模拟电视信号的处理实例,（三）关
5、键技术研究,1、直达波抑制,矩阵求逆（SMI）算法,式中， 为无干扰时导向矢量， 为天线阵列相关矩阵,阵列天线各单元加权矢量为,（三）关键技术研究,1、直达波抑制,1.1 空域滤波,二、基于模拟电视信号的处理实例,矩阵求逆（SMI）算法形成宽零陷,（三）关键技术研究,1、直达波抑制,1.1 空域滤波,未使用SMI算法,使用SMI算法，可空域滤波,二、基于模拟电视信号的处理实例,（三）关键技术研究,直达波通道、目标接收通道接收信号表示如下：,对消输出信号用矢量表示如下：,1、直达波抑制,1.2 自适应对消,二、基于模拟电视信号的处理实例,（三）关键技术研究,二、基于模拟电视信号的处理实例,（1）
6、NLMS,式中， 是一个很小的正数，主要是为了防止输入信号能量过小时除法运算溢出，而特别引入的； 为步长因子。,（三）关键技术研究,1.2 自适应对消,1、直达波抑制,对消输出：,权值迭代：,二、基于模拟电视信号的处理实例,RLMS对消收敛过程,（三）关键技术研究,1、直达波抑制,1.2 自适应对消,二、基于模拟电视信号的处理实例,（2）维纳算法,直达波信号的自相关矩阵为，该矩阵有噪声的影响：,（三）关键技术研究,1、直达波抑制,直达波信号与目标接收通道信号的互相关向量为： 则对消系数为：,维纳解,1.2 自适应对消,二、基于模拟电视信号的处理实例,电视信号模糊函数（AF） 电视信号互模糊函数
7、（CAF）,2、互模糊函数,（三）关键技术研究,时延,频移,二、基于模拟电视信号的处理实例,电视伴音信号模糊函数,电视伴音信号的模糊函数比较理想，比较适合作为雷达辐射源,电视伴音信号互模糊函数,（三）关键技术研究,2、互模糊函数,二、基于模拟电视信号的处理实例,CAF 三维显示图,CAF 投影图,（三）关键技术研究,2、互模糊函数,二、基于模拟电视信号的处理实例,1、信号处理流程 2、对消处理结果 3、互模糊函数 4、恒虚警检测,（四）实时处理效果,信息上报,二、基于模拟电视信号的处理实例,对消后FFT,对消前FFT,（四）实时处理效果,2、对消处理结果,二、基于模拟电视信号的处理实例,对消前
8、后二维相关图 （相关处理时间1.6s）,3、互模糊函数,（四）实时处理效果,二、基于模拟电视信号的处理实例,（四）实时处理效果,二、基于模拟电视信号的处理实例,CFAR结果,凝聚后的点迹,4、恒虚警检测,二、基于模拟电视信号的处理实例,（四）实时处理效果,2007年在辽阳实验， 雷达P型显示器显示北京航线飞机点迹。,2架飞机,二、基于模拟电视信号的处理实例,（四）实时处理效果,（一）数字电视信号特点 （二）信号处理流程 （三）关键技术研究 （四）硬件支持平台 （五）实时处理效果 （六）低慢小探测,三、基于数字电视信号的处理实例,全向辐射； 连续波； 数字电视信号带宽宽：比调频广播高2个数量级，
9、自适应对消滤波器阶数高约1个数量级，运算量增加400500倍。,数字电视/调频广播频谱图,水平方向信号辐射图,（一）数字电视信号特点,三、基于数字电视信号的处理实例,信号处理流程示意图,（二）信号处理流程,三、基于数字电视信号的处理实例,1、天线阵 2、DBF 3、宽带信号自适应对消 4、宽带信号CAF,（三）关键技术研究,三、基于数字电视信号的处理实例,研制了DBF天线阵、多通道接收机和信号处理机等设备。,16单元天线阵,24通道接收机,1、天线阵,（三）关键技术研究,8单元天线阵,三、基于数字电视信号的处理实例,16单元天线阵3个波束的方向图,2、DBF,（三）关键技术研究,三、基于数字电
10、视信号的处理实例,难点：运算量巨大 数字电视信号带宽比调频广播高2个数量级，自适应对消滤波器阶数高约1个数量级，运算量增加400500倍。 解决方法 采用快速对消算法，当对消阶数为2000左右时，运算量比传统算法减小60倍以上! 效果 传统算法使用DSP需要几百片，采用快速对消算法使用一片FPGA就能实现多个波束的对消。,3、宽带信号自适应对消,（三）关键技术研究,三、基于数字电视信号的处理实例,信号处理面临的困难 解决措施 干扰强、杂波长 、运算量大 分数延时影响严重,分数延时示意图,长杂波示意图,分布式对消结构 多阶内插法,（三）关键技术研究,宽带强直达波干扰抑制,3、宽带信号自适应对消,
11、三、基于数字电视信号的处理实例,采用快速快速对消算法，当对消阶数为2000左右时，运算量比NLMS算法减小40倍以上； 传统算法使用DSP需要几百片，采用快速对消算法使用一片FPGA就能实现多个波束的对消。,运算量对比,（三）关键技术研究,宽带强直达波干扰抑制,3、宽带信号自适应对消,三、基于数字电视信号的处理实例,对消前,对消后,数字电视外辐射源雷达直达波干扰抑制效果,（三）关键技术研究,3、宽带信号自适应对消,宽带强直达波干扰抑制,三、基于数字电视信号的处理实例,微弱目标回波检测,难 点 （1）运算量巨大 （2）副峰干扰严重 （3）距离和多普勒徙动明显,解决措施 （1）CAF快速算法， 并
12、用大规模FPGA 实现 （2）副峰抑制方法 （3）徙动补偿算法,（三）关键技术研究,4、宽带信号CAF,？,三、基于数字电视信号的处理实例,CAF快速算法FPGA实现框图,（1）快速算法,（三）关键技术研究,4、宽带信号CAF,三、基于数字电视信号的处理实例,数字电视信号特有的信号帧结构，当作为外辐射源雷达照射源时，其模糊函数存在较多副峰，副峰可能引起虚警，为避免副峰干扰引起的虚警，需要采取有效措施抑制副峰干扰。,（2）副峰抑制,（三）关键技术研究,4、宽带信号CAF,单载波模式的数字电视信号帧结构,三、基于数字电视信号的处理实例,数字电视信号模糊函数,副峰抑制后数字电视信号模糊函数,（三）关
13、键技术研究,宽带信号CAF：副峰抑制,三、基于数字电视信号的处理实例,（3）徙动补偿,（三）关键技术研究,基于包络插值和分数阶傅里叶变换的相参积累算法,4、宽带信号CAF,三、基于数字电视信号的处理实例,目标仿真参数： 速度1000m/s； 加速度-10m/s2 ； 积累时间0.4s 。,宽带信号CAF：徙动补偿,（三）关键技术研究,目标,三、基于数字电视信号的处理实例,系统结构示意图,（四）硬件支持平台,三、基于数字电视信号的处理实例,（四）硬件支持平台,三、基于数字电视信号的处理实例,（四）硬件支持平台,三、基于数字电视信号的处理实例,（四）硬件支持平台,三、基于数字电视信号的处理实例,辐
14、射源：中央电视塔，33频道，3kW； 实验场地：北京理工大学良乡校区图书馆楼顶； 基线距离：24km ； 数字电视信号基带带宽：7.56MHz ； 回波接收天线增益：约20dB ； 实时实现：自适应对消、CAF、CFAR和目标凝聚处理；,（五）实时处理情况,国内首先实现了基于数字电视辐射源的实时处理 于2011年1月23日实时探测到约85Km处民航机； 目前探测距离超过200km,三、基于数字电视信号的处理实例,北京地区数字电视发射塔位置分布图,（五）实时处理情况,理工大学良乡校区图书馆楼顶,三、基于数字电视信号的处理实例,回波信号,对消后回波信号（对消增益32dB）,实时处理B显截图,CAF
15、,（五）实时处理情况,三、基于数字电视信号的处理实例,实时处理B显图2，目标飞远，距离约100km 横轴为时延单元数，纵轴为多普勒单元数,（五）实时处理情况,三、基于数字电视信号的处理实例,采用GPU方案和FPGA方案功耗对比,（五）实时处理情况,三、基于数字电视信号的处理实例,外辐射源雷达获得的螺旋桨转速信息,光学设备获得的 图像信息,（六）低慢小探测,三、基于数字电视信号的处理实例,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。20.8.1820.8.18Tuesday, August 18, 2020 2、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。03:23:2203:23:2203:238/1
16、8/2020 3:23:22 AM 3、越是没有本领的就越加自命不凡。20.8.1803:23:2203:23Aug-2018-Aug-20 4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。03:23:2203:23:2203:23Tuesday, August 18, 2020 5、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。20.8.1820.8.1803:23:2203:23:22August 18, 2020 6、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2020年8月18日星期二上午3时23分22秒03:23:2220.8.18 7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2020年8月上午3时23分20.8.1803:23August 18, 2020 8、业余生活要有意义
