电子对抗原理之雷达系统结构信号处理教材PPT(共-74张)

1一种典型的雷达系统原理框图频综发射机收发开关或环行器接收机数据处理显示终端天线扫描控制装置天线信号处理机监控终端2超外差式接收机原理框图接收机保护器低噪声放大器混频器正交相位检波器视频放大器射频信号至信号处理机射频部分中频放大器中频滤波器中频衰减器中频部分中频信号中频信号低通滤波器IIIQQQ正交相位检波信号视频部分滤波器中频滤波器本振3中频滤波器A/D低通滤波、抽取中频信号低通滤波、抽取Q)2cos(nTfII)2sin(nTfI数字中频接收机原理框图4接收机主要技术指标接收机保护接收机的工作频率范围、带宽中心频率噪声系数、灵敏度动态范围增益、增益控制镜像频率抑制比5接收机保护雷达系统工作时，可能会受到各种其它设备的干扰，而接收机一般只能正常接收微弱信号，过强的信号会损坏接收机；特别是前级低噪声放大器（LNA）比较脆弱，因此输入部分应加保护，对较强干扰信号（外部干扰或发射机泄漏）到保护作用采用限幅器或开关工作频率范围表示接收机正常工作时能接收的信号频率范围，主要由射频部分器件（LNA、混频器）的性能决定6接收机带宽接收机中心频率（IF）超外差式接收机中频部分的中心频率称为中心频率（IF），简称中频，中频的选择和发射波形、接收机的带宽以及射频频率有关。一般来说，接收机的带宽越宽，要求中频越高；接收机带宽一般是指3dB带宽，即接收机输出视频信号的3dB带宽7中频一般在10MHz至1GHz之间，常用的中频有6.5MHz（TV伴音中频）、10.7MHz（调频广播中频）、21.4MHz、30MHz、38MHz（TV图像中频）、40MHz、60MHz、70MHz、140MHz、210MHz等通信系统最常用的中频是70MHz8雷达接收机噪声的来源主要分为两种：内部噪声外部噪声内部噪声主要由接收机中的馈线、放电保护器、高频放大器或混频器等产生。接收机内部噪声在时间上是连续的，而振幅和相位是随机的，通常称为“起伏噪声”。外部噪声是由雷达天线进入接收机的各种人为干扰、天电干扰、工业干扰、宇宙干扰和天线热噪声等，其中以天线热噪声影响最大。接收机噪声9噪声系数接收机输入端信号噪声比与输出端信号噪声比的比值。iiooSNFSN接收机灵敏度表示接收机接收微弱信号的能力。灵敏度用接收机输入端的最小可检测信号功率来表示。minmin)/(ooiNSKTBFP10式中为接收机不发生过载允许输入的最大信号功率，为最小可检测信号功率。maxiPminiPmaxmin()10lgiiPDdBP表示接收机能够正常工作所容许的输入信号强度范围。信号太弱，它不能检测出来，信号太强，接收机会发生过载饱和。接收机的动态范围11接收机增益接收机增益指输出信号功率与输入信号功率之比，如下式所示：式中、分别为输出信号功率和输入信号功率。ioppGopip12接收机增益控制为了防止强信号引起过载，需要增大接收机的动态范围，就必须要有增益控制电路。一般雷达都有增益控制。自动增益控制（AGC）灵敏度时间控制（STC）电路用于雷达接收机克服近程杂波干扰，使近距离回波信号增益低，远距离回波信号增益高。灵敏度频率控制（SFC）杂波图（ClutterMap）增益控制增益控制方式13接收机的非线性失真非线性失真，如互调失真，交调失真，产生2次及高次谐波，3阶交调，高阶交调等有害信号。输入信号频率：f1、f2；谐波:2f12f23f13f2；3阶交调：2f1－f2，2f2－f1；1dB压缩点概念。14镜像频率抑制比理想情况下，I、Q两路信号组成复信号，其傅立叶变换在频域不存在镜像。但实际I、Q两路信号很难做到理想正交，这时会导致镜像频率的存在，I、Q两路信号理想部分与其镜像部分功率之比定义为镜像频率抑制比，简称镜频抑制比。155信号处理机雷达信号处理流程信号处理机结构信号处理机指标165.1雷达信号处理流程雷达信号处理机的任务是对感兴趣的目标信号进行检测并提取出目标参数（距离、方位角、高低角、径向速度等）A/D脉冲压缩滤波CFAR处理目标参数提取175.2雷达信号处理机结构一般结构总线结构自定义CPCI：并行总线，总线速度高VME：机箱槽多，系统可靠性好VXS：P0口为高速插头，高速交换架构VPX：高速交换架构，7排高达6.25Gb/s的高速I/O连接器，支持多种互联标准RapidIO、PCIE、AdvancedSwitching,InfinBand其它：PCIE为串行总线，速度高18信号处理机结构（例1）FPGAXC6VLX240T-1FFG1156I12BIT500MSPSADC12D500RFACACAD9520CLK10MHzOSCCLKCLKFPGAXC6VLX240T-1FFG1156IPCI_EXPRESSSWITCHPEX8616J30JSPICLKXP1P2P3P4P5P620XLVDS8xRocketIOACAC12BIT500MSPSADC12D500RF12BIT500MSPSADC12D500RFACACACAC12BIT500MSPSADC12D500RFDDR3128M*32bitDDR3128M*32bitCLKCLKFPGAXC6SLX150TFGG676PHY4XSRIO4XSRIOCLKCLK4XPCIe2XPCIe串行FLASH4XPCIeSRIO_EXPRESSSWITCHCPS-14326xRocketIO8xRocketIO4XSRIOTMS320C66781GBDDR3EMIF4XSRIO2xSGMIITMS320C6748BZCEA4456MHzEMIFTMS320C6748BZCEA4456MHz串行FLASH串行FLASHIOIOIOIOIO10MHzPMC接口FPGAFPGAPps出PpsFPGA4xRocketIO20XLVDSBCDBCDAA4XSRIO4XSRIO4XSRIO4XSRIO19信号处理机结构（例2）FPGA#AVirtex-7V585T-1FF1761IFPGA#BVirtex-7V585T-1FF1761IDSP#ATMS320C6678DSP#BTMS320C6678IDTSRIOSwitchCPS-143288E6131GBESwitchDDRIIISDRAM128MX32X2DDRIIISDRAM128MX64SRIO4XSRIO4XSRIO4XSRIO4X四组SRIO4XP1DDRIIISDRAM128MX64DDRIIISDRAM128MX32X21000BASE-X/2P4NORFLASH1GbEMIFEMIFGTX/8GTX/16P5GTX/16P2NORFLASH1GbRJ45LVDS/24P6LVDS/24P3INTINTGTX/4P6GTX/4P3I2CP0S6LX9ARM1000BASE-T/2P4LVDS/26P4(20)P3(4)LVCMOS/21LVCMOS/21LVDS/49HyperLinkPLL100MP062.5MP0205.3信号处理机指标A/D器件关键指标：采样速率、小信号带宽、有效位数（或动态范围）、谐波失真、杂散A/D器件电器指标：电源电压、时钟（单端或差分）、数据输出（并行、串行，单端或差分）有效位数和动态范围的关系A/D动态范围的计算动态范围和时钟抖动、频率的关系无杂散动态范围（SFDR）通道隔离度、通道一致性典型A/D芯片指标介绍及测试：AD公司14位AD，最高采样速率400MHz，小信号带宽1.4GHz，动态范围60dB，谐波失真-60dBA/D板指标2122AD922423AD922424数字信号处理板指标输入输出接口：LVDS、RocketIO、LINK口、I/O带宽（MB/s，Gb/s）运算能力，IPS（指令/s），FLOPS（浮点操作/s），OPS（操作/s）存储量，MB25TS201:4.8GIPS@600MHz3.6GFLOPS@600MHz14.4GOPS@600MHz内存24MbC6455：1GHz处理速度，内存16Mb，PCI/HPI接口，3.125GbpsRapidIO接口C6678:8核，1～1.25GHz，每周期定点32MAC，每周期浮点16FLOP，PCIExpressGen2、SerialRapidIO，内存68Mb266数据处理显示终端终端完成人机交互功能，它接收信号处理机发送来的目标参数，进行有效的数据处理，将提取的目标信息、系统状态以及其它多种有益的辅助信息以直观、合理、有效的方式呈现给用户（操作员）显示器控制器信号处理数据处理机输入接口通信接口伺服机构27雷达显示器分类A型，距离显示器，水平方向表示距离，垂直方向表示信号强度。B型，距离—方位显示器，水平方向表示方位，垂直方向表示距离E型，距离—仰角显示器，P型，环视显示器，也称平面位置显示器（PPI），其距离由径向距离表示，J型，圆周扫描的距离显示器28A型和A/R型B型29E型P型J型30光栅显示器目标三维显示窗高度-时间窗距离-时间窗地图信息航迹信息本地操作命令区战术操作命令区信息提示及键盘输入区状态窗显示或隐含地图1操作命令提示信息317雷达监控设备监控设备主要作用：控制系统工作模式、工作参数等；显示系统工作状态、故障位置。显示器监控计算机通信接口各分系统32一种典型的雷达系统原理框图频综发射机收发开关或环行器接收机数据处理显示终端天线扫描控制装置天线信号处理机监控终端33雷达系统指标工作频率发射机功率和效率天线形式、增益和扫描方式接收机灵敏度、动态范围、通道数终端显示方式电源功耗探测范围（最小、最大作用距离）和脉冲重复频率、波形的关系高度覆盖范围34雷达系统指标（续）精度：测距、测速、测角分辨力：距离、速度、角度（距离分辨率与波形/带宽有关）数据率抗干扰能力：频率、波形捷变，重频参差，副瓣对消，副瓣匿影，空域滤波等可靠性：MTBF400小时电磁兼容性环境适应性体积、重量机动性能（架设、撤收时间）35雷达面临的威胁及对抗措施电子干扰反辐射武器：反辐射导弹、反辐射无人驾驶飞机超低空飞行器：具有掠地、掠海能力的低空、超低空飞机和巡航导弹隐身飞行器：隐身飞机、隐身无人机、隐身巡航导弹、隐身舰船等，雷达散射面积比常规兵器小20～30dB36低截获概率：低截获概率雷达（伪随机信号，降低发射功率）、双（多）基地雷达波形捷变、频率捷变、极化捷变、超低副瓣超宽带（UWB）雷达、毫米波雷达对抗电子干扰：空域滤波、副瓣对消、副瓣逆影对抗反辐射武器：控制开关机时间、使用雷达诱饵、双（多）基地雷达对抗超低空飞行器：机载雷达、气球载雷达、毫米波雷达等对抗隐身飞行器：米波雷达、双（多）基地雷达雷达对抗措施37雷达探测基本理论和基本定位技术38频综发射机收发开关或环行器接收机数据处理显示终端天线扫描控制装置天线信号处理机监控终端39主要内容1目标雷达特性2模糊函数3匹配滤波4脉冲压缩技术5检测准则6恒虚警处理技术7雷达距离方程8基本参数测量技术9基本定位方法401目标雷达特性指目标在雷达发射电磁波作用下所表现出来的物理性质。散射波的性质将不同于入射波的性质，这是由于目标对入射电磁波的调制效应所致。目标雷达特性主要取决于1）目标尺寸和雷达波长间的关系；2）目标结构形状；3）雷达发射信号的极化方式等。极化方式：水平、垂直、线极化、右圆极化、左圆极化、椭圆极化。目标隐身技术：吸波材料、外形隐身。41目标散射特性瑞利区，波长目标尺寸，点目标谐振区，波长与目标尺寸相当，有谐振频率，谐振频率与目标尺寸结构有关，点目标光学区，波长目标尺寸，1）对光滑表面表现光学特性，散射强度与角度关系很大；2）金属表面不连续部分产生后向散射。带宽窄，仍是点目标大带宽，距离分辨率目标尺寸，线目标、面目标，一个目标在距离上/方位上占据多个单元，分辨率足够高，可分辨其多个强散射点。c