雷达对抗chapter4

第4章雷达侦察的信号处理董春曦西安电子科技大学信息技术系电子信息对抗与仿真技术教育部重点实验室4.1概述雷达侦察系统是一种利用无源接收和信号处理技术，对雷达辐射源进行检测、参数测量、识别和环境态势分析的设备。典型的侦察接收机输出具有{PDWi}i和{s(n)}n两种形式，分别来源于对输入射频脉冲信号的瞬时检测和参数测量系统以及对特定频带信号波形的数据采样系统，它们也被称为雷达侦察系统的前端在此基础上，对输入{PDWi}i和{s(n)}n数据进行处理的系统称为雷达侦察系统的后端或雷达侦察信号处理机4.1概述主要任务对雷达辐射源的检测和识别目的主要是发现雷达辐射源，然后估计该辐射源的工作参数、工作状态，识别其属性，判别威胁程度和作战态势等对雷达辐射信号的调制分析目的主要是根据雷达侦察系统的处理要求，精确测量和估计特定雷达信号的脉内、脉间调制方式和调制参数4.1概述主要技术指标1．可处理的辐射源类型和可信度雷达辐射源的类型一般分为信号类型和工作类型。信号类型是指发射信号的调制特性，可处理能力包括对这些调制类型的正确检测识别能力和对调制参数的正确测量能力。工作类型是指雷达的功能、用途、工作体制和工作状态等，它们与信号类型和参数具有非常密切的关系，同时也需要大量的先验信息、数据和知识。可信度是衡量信号处理质量的重要指标，包括对辐射源的检测概率，虚警概率，识别概率和正确判决的概率等。4.1概述主要技术指标2．可测量和估计的辐射源参数、参数范围和估计精度对{PDWi}i的处理带宽大，辐射源数量多，信号流密度高，处理时间短，因此其处理对象全面，适应范围很大，但测量参数偏少，测量精度偏低，常用作为系统的粗测和对精测的引导；对{s(n)}n的处理带宽较窄，同带内的辐射源数量少，信号流密度低，允许的处理时间较长，因此测量参数较多且测量精度较高，常用作为特定辐射源信号调制参数的精测4.1概述典型雷达侦察系统可测量和估计的辐射源参数、参数范围和精度参数名称计量单位参数范围估计精度参数来源辐射源方位()0~3603来自分选后PDW统计估计信号载频MHz500~400003/0.1来自分选后PDW统计估计/波形频率分析估计脉冲宽度s0.05~500210-2来自分选后PDW统计估计/波形时间分析估计脉冲重复周期ms0.01~100110-4来自分选后PDW相关统计/脉间波形分析估计天线扫描周期s0.005~60110-3来自分选后PDW相关统计4.1概述典型雷达侦察系统可测量和估计的辐射源参数、参数范围和精度参数名称计量单位参数范围估计精度参数来源脉内频率调制类型和参数参见第一章来自波形频率分析估计/分选后PDW相关统计脉间频率调制跳频范围，频率集合，转移特性等来自分选后PDW相关统计/脉间波形分析估计脉内相位调制码长，码宽，码序列等来自脉内波形分析估计重复周期调制调制范围，周期集合，转移特性等来自分选后PDW相关统计/脉间波形分析估计脉冲宽度调制脉宽集合，转移特性等来自分选后PDW相关统计/脉间波形分析估计4.1概述3．信号处理时间对指定雷达辐射源的信号处理时间Tsp对指定信号环境S中各雷达辐射源信号的平均处理时间TspavELINT系统允许有较长的信号处理时间；ESM系统要求的信号处理时间较短；RWR系统必须对各种直接威胁做出即时的反应，其信号处理时间更短。NispispaviTWT14.1概述4．可处理的输入信号流密度该指标是指在不发生前端输入的{PDWi}i或{s(n)}n数据丢失的情况下，单位时间内信号处理机允许输入的{PDWi}i或{s(n)}n平均脉冲数量max雷达侦察系统检测到的信号流密度取决于辐射源的数量N、每个辐射源的脉冲重复频率和侦察系统的检测能力4.1概述信号处理流程1．对输入{PDWi}i信号的处理1）．信号预处理4.1概述2）．信号主处理两类预处理输出子流和作进一步的分选、检测、参数估计和识别等处理已知雷达辐射源的主分选利用已知雷达的脉间特征信息，从中挑选符合已知雷达辐射源脉间信息特征的，进行已知雷达辐射源的检测（判定该已知辐射源是否存在），再对检测出的辐射源进行各种参数的统计估计。对未知数据的处理根据一般雷达信号脉间的先验知识，检验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计等4.1概述2．对输入{s(n)}n信号的处理分析脉内的幅相调制方式并测量调制参数。雷达信号的幅度调制信息包括：脉冲包络的宽度，前后沿斜率，顶部起伏特性和包络频谱特性等。雷达信号的相位调制信息包括：频率调制方式和调制参数，相位调制方式和调制参数等。4.2对雷达信号时域参数的测量tTOA的测量包络检波视频放大门限检测N位时间计数器时间锁存器计数时钟tTOA输出4.2对雷达信号时域参数的测量PW的测量门限检测脉宽计数器脉宽锁存器计数时钟PW输出反相器迟延t4.2对雷达信号时域参数的测量NSt2rstNStt2dorsPW4.2对雷达信号时域参数的测量AP的测量门限检测AP锁存器PW输出ADC迟延Sv(t)VT0000P12012,0int12VsVVsVVsVVsAvNvNvvN4.3雷达侦察信号的预处理输入数据为侦察设备前端输出的脉冲描述字流{PDWi}i，需要删除的无用数据、已知雷达辐射源的数据和可能存在的未知雷达辐射源数据预处理的目的是为了将{PDWi}i快速而准确地分配到三个不同的队列中，这种信号处理方法也称为信号分选（signalsortting）。4.3雷达侦察信号的预处理对无用数据的删除无用数据的特征集合nppE1nppppEEFfEppp1PWRFAOAEEMiiii,PDW,WPDWPDPDW4.3雷达侦察信号的预处理对已知辐射源数据的预处理通常选择AOA，fRF，PW和F作为Cj的特征参数基，并用各已知雷达信号在上述参数基上的投影生成CjmjjjjCCFfCjjj1PWRFAOA,iCmjCCMjiijii,,,1,,WPD,WPDPDWWPD,4.3雷达侦察信号的预处理如果m个已知雷达信号的子空间彼此都不相交，则选择具有惟一性1mjjC,,,1,2,ijCCijijm4.3雷达侦察信号的预处理对未知雷达辐射源数据的预处理首先是尽可能将来自同一雷达辐射源的PDW分划在一起，然后才是尽可能将来自不同雷达辐射源的PDW分划开各子空间之间还需满足一定的完备性和正交性kiDDDDkilkk,,1ilkDDMkikii,,,1,,WPD,PDWWPD,4.3雷达侦察信号的预处理的生成原则对到达角一般采用以测角误差为单位的均匀分划，对载频采用以波段为单位的非均匀分划，对脉宽采用以对数为单位的均匀量化，脉内调制特征则专门作为一种分划kD参数名称AOAfRFPWF量化单位与分划方式3~5全方位均匀分划按照波段P/L/S/C/X/Ku/KA等分划s，按照脉宽区间0.5/1/3/10/100/100等离散分划按照脉内调制单载频/chirp/相位编码/频率分集等分划4.3雷达侦察信号的预处理预处理机的组成多参数关联比较器的预处理机4.3雷达侦察信号的预处理预处理机的组成多参数关联比较器的预处理机4.3雷达侦察信号的预处理预处理机的组成存储器映射的预处理机4.3雷达侦察信号的预处理预处理机的组成DSP阵列的预处理机4.4雷达侦察信号的主处理主处理的作用与技术分类主处理的任务是：从预处理分选后输出的已知和未知辐射源数据和中，利用尚未使用的PRI等其它参数特征，进一步分选出每一部雷达的PDW序列，进行辐射源检测，利用PDW序列的变化，估计该信号序列在脉间的调制特征，天线扫描特征等，从而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。主处理机一般以高速DSP为核心，且采用多处理器并行工作。为了提高处理速度、精度和识别判断的可信度，主处理过程也必须充分利用各种先验信息和知识4.4雷达侦察信号的主处理已知雷达信号的主处理（1）利用已知雷达的脉冲重复周期（PRI）信息，从中进一步分选j雷达的数据子流，判断已知的j雷达是否存在；）在j雷达存在的条件下，由进一步估计和测量j雷达当前的各项信号参数特征，如AOA及其变化，fRF及其转移概率，PW及其转移概率，tPRI及其转移概率，天线的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雷达的类型、功能和当前的工作方式、威胁程度等，形成各种必要的辐射源及其参数处理结果文件。mjji1,PDW4.4雷达侦察信号的主处理对已知雷达的PRI分选与检测PRI是指雷达相邻发射脉冲的时间间隔PRI的形式（1）固定}{11tttAiTOAiTOIiPRiPRIt,1,ittPRIPRIi4.4雷达侦察信号的主处理（2）参差,1,0,111LLkitLkittkiPRIPRIPRI4.4雷达侦察信号的主处理（3）抖动%10~%1,,1,00PRIPRIiPRIPRItTtiTtti4.4雷达侦察信号的主处理（4）参差抖动,1,0,111LLkitLkiTttikiTPRIiPRIPRI4.4雷达侦察信号的主处理（5）成组参差kjjkjjkjjPRIPRIPRINMLNLMiNLMtNLMiLMttki11111,,1,0,14.4雷达侦察信号的主处理（6）成组参差抖动kjjkjjkjjiPRIiPRIPRINMLNLMiNLMTtNLMiLMTttki11111,,1,0,14.4雷达侦察信号的主处理（7）一般描述kjnjnnkjnjnnkjnjnnniPRInnnnnniPRIPRINMLNMLiNMLTtNMLiMLTttnnkni11111,,1,0,14.4雷达侦察信号的主处理对已知雷达的PRI分选与检测4.4雷达侦察信号的主处理对已知雷达信号的检测和调制参数估计设为经过已知雷达预处理和主处理分选后的输出脉冲描述字序列，则对该已知雷达辐射源存在与否的检测为nT为处理时间内应被检测到的已知雷达脉冲数，为可靠系数，通常取为0.510PDWnii该雷达不存在该雷达存在,Tnn4.4雷达侦察信号的主处理(1)载频调制参数的估计与测量载频集和转移概率矩阵在理想情况下，单载频雷达只有一个频率点，其转移矩阵只有一个元素，且到自身的转移概率为1；成组变频雷达有k个不同频率点，其转移矩阵中的各元素为RF1ikifRFkkP1,,11,,RF,RFnnnnnnpkiikjijikkijijikkPkinpnpikijjjiiii,,1;1,11,1,,4.4雷达侦察信号的主处理如果是等概率捷变频雷达，则其所有矩阵元素均为。对于平稳序列，统计的时间越长，估计的精度越高；对于非平稳序，需要跟踪其非平稳特性时，统计的时间不宜过长。,1PDWiji,1PDWijik14.4雷达侦察信号的主处理（2）信号脉宽参数的估计与测量脉宽集和转移概率矩阵1ikPWiPWkkPPW,PW,PWlim,1