电子战信号处理.ppt

电子战信号处理,西安电子科技大学电子对抗研究所2012年5月,主要内容,1、绪论2、信号的频率测量与频谱分析3、信号的测向与定位4、雷达侦察的信号处理5、通信侦察与信号处理6、电子战侦察接收系统7、干扰引导的信号处理8、干扰系统综合设计技术9、反辐射攻击的信号处理10、对雷达的无源干扰技术,1、绪论,1.1 电子战与电子战信号环境1.2 电子战信号处理,1.1 电子战与电子战信号环境,电子战 电子战信号 电子战信号环境,电子战,定义电子战是敌对的双方或多方争夺电磁谱权的斗争。电磁谱权包括：1.电磁谱的利用权即能够在足够的时间和空间，利用电磁谱获取有用信息。其中既包括利用己方的电磁辐射与散射，也包括利用敌方和它方的电磁辐射与散射。一般通信、雷达、敌我识别、遥控遥测、无线电引信、导航等主要利用己方的电磁辐射与散射，而狭义电子战的电子侦察和电子对抗主要利用敌方或它方的电磁辐射（一般电子侦察探测），少数利用散射（超视距侦察、PCL等）。2、电磁谱的控制权即能够在需要的时间和空间，剥夺敌方对电磁谱的利用权，保障己方对电磁谱的利用权。一般将剥夺敌方对电磁谱利用权的行为称为电子对抗（ECM），包括电子干扰和电子攻击；将保障己方对电磁谱利用权的行为称为电子反对抗（ECCM）或抗干扰和抗摧毁。,电子战,特点 作战对象种类多，数量大，空间分布宽，信号密度大（时、空、频占用率高）发展变化快，时效性强，对抗（博弈）性强 在时间、空间、频谱、极化、能量、时频调制等参数域非匹配信号处理时间域不确知信号的出现和消失时间 全时工作的信号（导航，部分测控/通信/连续波雷达，数据链等）；选时工作的信号（敌我识别，无线电引信，脉冲雷达，猝发测控/通信等）空间域不确知信号出现的空间位置（方位/仰角/距离/轨迹）水下，地/水面，空中，空间（临近，低/中/高轨，星间，星际）频谱域不确知信号出现的频谱位置和分布微波频段3MHz-300GHz，光电频段300GHz300THz(=1mm1m),电子战,特点极化域不确知信号出现的极化方向垂直极化（大部分民用信号，部分雷达/通信等）水平极化（部分雷达/通信等）圆极化（部分雷达等）能量域不确知信号出现的功率影响功率的因素：发射源功率，发射天线增益与波束指向，空间传播衰减，接收天线增益与波束指向等调制域 不确知信号出现的调制形式与调制参数调制形式：调幅，调频，调相，复合调制等调制参数：调幅 调幅系数，边带，周期，谱宽 调频 调频系数，带宽，函数，周期 调相 调相系数，带宽，函数，周期,电子战,特点电子战装备技术特点与作战对象的技术和发展关系密切，针对性强，应充分利用各种先验信息需要以高速信息网络为基础，构建全时间、全球化、全频谱综合的电子战系统技术与战术的结合，人与设备的结合1.1.1.3 分类主要按照作战对象的差别进行分类雷达对抗：包括对雷达、敌我识别器、无线电引信等的对抗；通信对抗：包括对通信、数据链、无线网络、遥控遥测、无线电导航等的对抗；光电对抗：包括对红外、可见光、激光、紫外等探测器的对抗；计算机网络对抗：包括战场无线网络对抗和有线网络对抗等。,电子战信号,1.1.2.1 电子战信号的来源1、敌方电子信息系统辐射的电磁信号，是本课程研究处理的主要对象；2、己方电子信息系统辐射的电磁信号，是本课程需要保护的对象；3、敌方电子信息系统辐射的电磁诱饵信号，与信号1或信号2具有密切的关系，是本课程需要识别处理的对象，也是对抗技术发展的瓶颈；4、它方电子信息系统辐射的电磁信号，其中一部份是本课程研究处理的对象（构建环境数据库），而另一部分则是电磁干扰信号。作战对象的信号分类1雷达与雷达诱饵信号 用于探测目标和伪装雷达发射信号。2.通信与通信诱饵信号 用于传输信息和伪装通信发射信号。3.敌我识别（询问机）信号 用于双向身分识别4.无线电引信信号 用于探测目标引爆战斗部5.导航信号 用于目标自定位,电子战信号,雷达信号以高功率射频脉冲为主，频段3MHz100GHz，有脉内/脉间/天线扫描调制特性窄带信号的复信号表示幅相调制函数1.幅度调制 由发射信号调制，天线扫描调制，传输路径调制，接收天线调制等组成a)发射信号调制分为：脉冲，连续波两类脉冲调制分为：脉内调制和脉间调制脉内调制集合 是雷达信号个体识别的重要依据，常用的特征有：上升时间，下降时间，顶部起伏均值，方差，归一化包络频谱 等,分别称为脉冲包络种类归一化包络函数，脉宽,电子战信号,雷达信号1.幅度调制 脉间调制重复周期调制,K成组参差加抖动参差数k，周期长L，抖动量T,发射天线扫描调制,为侦察天线方位仰角,天线振幅方向图,波束形状：针状波束（两维窄），扇形波束（一宽一窄），柱状波束（两维宽）,为两维波束扫描,扫描方式：机械扫描（连续），电扫描（离散），机电混合扫描（一机一电）针状波束扫描：光栅，螺线（渐近/渐开），随机扇形波束扫描：圆周，线性，扇形柱状波束扫描：引导固定,电子战信号,雷达信号1.幅度调制,接收天线扫描调制,为雷达天线方位仰角,全向天线（常用于测频/测时/信号检测）,为收发天线之间距离,脉冲雷达幅度调制,典型接收天线阵非扫描,为各天线相对方位仰角,宽波束天线（常用于干涉仪/时差测向）,窄波束天线（常用于比幅测向）,传播路径衰减,极化失配损失（侦察接收常用圆极化）,电子战信号,雷达信号1.幅度调制 脉冲雷达功率调制连续波雷达功率调制,当收发天线互指时，接收到的雷达信号功率最强,电子战信号,雷达信号例1.某雷达采用重频成组3参差工作方式，每组的参数分别为：310s/3脉冲，312s/4脉冲，315s/5脉冲，若首脉冲发射时间为10s，试求该雷达前14个脉冲的发射时间解：,例2.某雷达发射脉冲功率105W，波长10cm，天线增益30dB，侦察接收天线 增益10dB，距离300km，求在双方天线对准、极化失配损失0.5时，接收天 线输出信号的功率,解：,电子战信号,雷达信号例3.某PD雷达最大无模糊可测目标速度1500m/s，工作波长3cm，试求其需要采用的最小脉冲重复频率（重复周期）解：且正交采样,例4.某雷达距离分辨15m，在5个仰角时的威力范围如下表，若在40仰角时需要的脉冲积累数为 1，试求该雷达在其它各仰角处需采用的信号谱宽时宽、脉冲重复周期和脉冲积累数。,解：1.根据距离分辨要求，信号谱宽均为2.根据最小测距要求，其它仰角的脉宽应为：3.根据最大测距要求，各仰角PRI和积累数应为：，,电子战信号,雷达信号2.相位调制频率分集/编码的作用：频扫 每个不同频率对应不同的波束指向，构成同时多波束抗目标角闪烁 使目标RCS和散射中心相对稳定抗干扰 反无同时信号侦测能力的电子侦察，抗全频率非同时干扰线性/非线性调频的主要作用：提高信噪比 通过脉冲压缩提高信号功率 和威力范围扩展频带，改善距离分辨能力,分为脉内调制和脉间调制、频率调制和离散相位调制两类,电子战信号,雷达信号2.相位调制相位编码的作用：提高信噪比 通过脉冲压缩提高信号功率 和威力范围，处理简单扩展频带，改善距离分辨能力，但作用有限 存在速度失配损失，大码长对高速目标损失严重,电子战信号,雷达信号特点：以高功率射频脉冲为主，频段3MHz100GHz，有脉内/脉间/天线扫描调制特性。影响雷达PRI、的若干因素1.最小距离 和最大无模糊距离 的约束2.距离分辨力 约束，对普通脉冲3.最大无模糊测速（PD雷达）的约束3.无盲速约束 为互质正整数，为最小盲速频率4.保持额定工作比设计5.按照威力图和约束1、3设计6.相参雷达信号处理中极少使用抖动PRI7.尽可能采用大脉宽（2s）和脉冲压缩调制，降低峰值功率反侦察8.由于收发隔离度有限，连续波雷达的灵敏度偏低，作用距离较近，但适于近程和末端探测，以及用作半主动寻的照射源（发射与接收异地）,电子战信号,通信信号仍然符合窄带信号。1.模拟调制,电子战信号,通信信号2.数字调制3.通信信号特点以中低功率连续波信号为主，主要频段为801800MHz，大量采用扩/跳频技术，低信噪比和负信噪比，有复杂的通信协议、信源/信道加密和信号调制，天线一般不扫描，信号截获、解扩、解跳和解密困难。,电子战信号,数据链信号具有较高的载波频率、较大的信号带宽和较高的传输速率。其余同通信数字调制信号。例如LINK16，L波段，51频点/6.4s跳频，32位BPSK扩频，T=0.2s GPS导航信号L波段，2频点，民用1023位BPSK扩频，B=1.023MHz，典型信噪比-18dB1.1.2.7 IFF信号通用MARK系列 L波段，2频点，128位PCM编码，B=2MHz军用IFF信号 L波段以上，扩跳结合体制 无线电引信信号低功率（mW级）单频连续波（多卜勒引信和比相引信）、调频连续波或BPSK连续波（调频引信和扩谱引信）发射信号,电子战信号环境,电子战信号环境所在空间内能够进入电子战装备的各种电磁信号的全体：的基本特性：时间，空间，频谱，极化，调制，能量电子战装备的选择处理能力进入 的充要条件是：1.空间位置选择能力：2.频谱选择能力：3.极化选择能力：为入射波极化分量4.调制选择能力：对振幅、频率、相位、极化等瞬时变化的响应能力5.能量选择能力：在指定动态D下的灵敏度6.时间选择能力：装备正常工作的时间,1.1.3 电子战信号环境,脉冲信号环境1.在接收信道内各脉冲信号的非重叠概率 为各脉冲源的平均脉冲重复周期和脉宽 雷达数量越多、工作比越高、脉宽越大则重叠概率越高。2.信号环境采用泊松流近似描述在时间内到达n个脉冲的概率：为单位时间内的平均脉冲数或脉冲流密度。任意两个相邻脉冲之间的时间间隔服从指数分布：为该脉冲属于的概率，在其它条件满足时主要为灵敏度限制。改善信号环境的主要措施是：提高电子战装备选择能力，稀释环境。,1.2 电子战信号处理,1.2.1 信号处理的任务与分类信号处理的主要战术技术指标1.2.3 信号处理机的基本组成与基本处 理方法 信号处理机的典型应用,1.2.1 信号处理的任务与分类,1.2.1.1 信号处理的任务信号处理是从所在信号环境中获取有用的辐射源信息，以便支持下述任务：电子情报侦察（ELINT）多平台协同/全面/准确/可靠/长时间积累/多人工介入电子支援侦察（ESM）战场快速/重点明确/协同指挥控制决策/人工辅助 雷达威胁告警（RWR）针对威胁/快速反应/协同战术/人工监视引导干扰（DJ）与干扰资源密切协同/自动决策引导干扰/可人工干予引导反辐射攻击（DA）与反辐射资源密切协同/按预定目标寻的/人工预干予ELINT是信息资源的基础，为自身和其它提供数据库和知识库。,1.2.1 信号处理的任务与分类,1.2.1.2 信号处理的分类按照信号处理的对象分为：雷达对抗信号处理，通信对抗信号处理，敌我识别对抗（IFF）信号处理，导航对抗信号处理，遥控遥测对抗信号处理，引信对抗信号处理等按照信号时间特性分为：脉冲信号处理和连续波信号处理按照信号处理功能分为：测向信号处理，测频信号处理，测时信号处理，极化测量信号处理，脉内/脉间/脉组间调制分析信号处理，数据预分选信号处理，辐射源检测信号处理，辐射源识别与威胁判决信号处理，辐射源定位信号处理，辐射源个体识别信号处理，反辐射跟踪信号处理，以及上述处理中的综合信号处理等按照信号处理的信号类型分为：模拟信号处理 处理速度快，带宽大，精度低，灵活性差数字信号处理精度高，灵活性好，瞬时带宽有限,信号处理的主要战术技术指标,1、适用的辐射源类型、数量与信号类型、信号环境等一般为明确考核的作战对象和参考的对象，背景环境2、处理的参数范围、精度、分辨、时间等典型参数有：方位，频率，频谱，脉宽，PRI，调制样式和参数等3、截获概率与截获时间，虚警概率主要指对辐射源的截获4、信号处理的工作灵敏度、最小输入信噪比和动态范围等工作灵敏度主要描述信号处理本身，最小信噪比表述外部环境5、同时信号处理能力,1.2.3 信号处理机的基本组成与基本处理方法,1.2.3.1 信号处理机的基本组成 至综合电子信息系统,子阵列1,子阵列n,宽带天线A11,宽带天线A1L1,宽带天线An1,宽带天线AnLn,接收通道R11,接收通道R1L1,接收通道Rn1,接收通道RnLn,信号处理P11,信号处理P1L1,信号处理Pn1,信号处理PnLn,信号处理与控制P1,信号处理与控制Pn,综合信号处理与控制P,至综合电子信息系统,1.2.3 信号处理机的基本组成与基本处理方法,1.2.3.1 信号处理机的基本组成电子战信号处理机是一种分层次、分布式的处理阵列，它由n个信号处理与控制子阵和综合信号处理与控制单元P组成，P接受上位综合电子信息系统的信息输入、工作设置和控制命令，执行和分发到各相关的子阵列信号处理与控制单元Pi，接受和处理各Pi报送的信号和数据信息；每个子阵列又由若干个基本处理单元Pij和Pi单元组成，Pi接受P分发的信息输入、工作设置和控制命令，二次执行和分发到各相关的基本处理单元Pij，接受和处理各Pij报送的信号和数据信息；基本处理单元由一个宽带天线、接收通道和通道信号处理机Pij组成，Pij接受Pi分发的信息输入，执行相应的工作设置和控制命令，包括对天线的波束扫描控制、极化选择控制、调谐控制和对接收通道的调谐控制、带宽控制、增益控制、收发隔离与时间选通控制等。Pij从接收通道获取信号，并完成对该通道信号的处理，形成处理结果报送Pi。,1.2.3 信号处理机的基本组成与基本处理方法,1.2.3.2 信号处理的基本方法按照信号处理的功能分类测频/频谱分析信号处理方法测向信号处理方法测时信号处理方法极化测量信号处理方法脉内调制分析信号处理方法数据预分选信号处理方法辐射源检测信号处理方法辐射源识别与威胁判决信号处理方法辐射源定位信号处理方法辐射源个体识别信号处理方法反辐射跟踪信号处理方法等,1.2.4 信号处理机的典型应用,1.2.4.1 雷达侦察信号处理机特点：1.宽带瞬时脉冲信号检测、测量、分选、辐射源检测，引导窄带测向与数字接收机2.脉内/脉间/脉组间调制特征分析，支持辐射源个体识别3.作用距离远，安全隐蔽，需要建立和使用数据库、知识库,1.2.4 信号处理机的典型应用,1.2.4.2 通信侦察信号处理机特点：1.宽带搜索监视全景频谱，间断完成时频信号检测，引导窄带测向与跟踪分析接收机2.跟踪分析接收机完成特定信号的连续解跳/解扩/解调/解码/监听和数据分析，支持通信协议分析和辐射源个体识别3.安全隐蔽，需要建立和使用数据库、知识库,2、信号的频率测量与频谱分析,2.1 作用、主要指标与分类2.2 基本的频域测量方法2.3 基本的频谱分析方法,2.1 作用、主要指标与分类,2.1.1 频率测量、频谱分析的作用 1.信号分选与辅助辐射源检测和识别2.干扰样式决策和干扰频率引导3.目标信号频率选择与跟踪引导4.战场电磁频谱监测和资源管理控制2.1.2 频域测量、频谱分析的定义1.特征值测量定义2.特征函数测量定义,2.1 作用、主要指标与分类,2.1.2 频域测量、频谱分析的定义3.电子侦察系统中信号频谱的定义 单脉冲频谱，采样数据m，时钟fck，频率分辨多脉冲频谱，每个脉冲起始时间，数据长度,脉冲数量M,2.1 作用、主要指标与分类,2.1.3 频率测量、频谱分析的主要技术指标 1.频率测量范围、瞬时带宽、频率分辨力和频率测量精度2.频谱分析范围、频谱分辨力和频谱分析误差3.测频与频谱分析灵敏度和动态范围 4.最小测频和频谱分析脉宽、测频时间、频谱分析时间和时频分辨力 5.频率截获概率和截获时间 6.对同时到达信号的频率测量和频谱分析能力 2.1.4 频率测量技术分类频域取样 搜索频率窗滤波器调谐测频毗邻频率窗并行滤波器组测频频域变换频率相位比相法瞬时测频频率时延压缩测频频率衍射角声光测频,2.1 作用、主要指标与分类,表2-1 各种测频技术的典型指标和特点,2.1 作用、主要指标与分类,2.2 基本的频域测量方法,搜索式超外差测频技术 1.工作原理1)输入信号由天线，低噪放（LNA）通过微波预选器（BPF），2)与调谐本振混频（MIX），通过中放，3a)经检波/对数视放（DLVA）输出脉冲包络E，经门限检测输出D给信号处理，输出频率估计（超外差取负号）3b)本振离散调谐，驻留时间内接收信号经ADC带通采样和BUFF进行信号处理，通过数字信号处理检测信号，估计信号频率和频谱（超外差）,2.2 基本的频域测量方法,搜索式超外差测频技术举例：某雷达采用超外差频率搜索测频，范围28GHz，1.搜索周期1s,试设计BPF和本振的调谐函数2.若有3.337GHz连续波信号进入，试求其通过中放的起始时间和结束时间3.若本振频率为3.54GHz时，由ADC采样频率50MHz，64点FFT，试求数字输出信道号和频率估计解：1.射频滤波器调谐函数 超外差本振调谐函数 连续波信号初始通过中放时间满足：通过中放的结束时间满足：3.中放输出信号频率，中放通带190MHz，210MHz，带通采样折叠为3MHz，64点FFT的信道标号为 频率估计 1.工作原理1)输入信号由天线，低噪放（LNA）通过微波预选器（BPF），2)与调谐本振混频（MIX），通过中放，3a)经检波/对数视放（DLVA）输出脉冲包络E，经门限检测输出D给信号处理，输出频率估计3b)本振离散调谐，驻留时间内接收信号经ADC带通采样和BUFF进行信号处理，通过数字信号处理检测信号，估计信号频率和频谱,2.2 基本的频域测量方法,搜索式超外差测频技术寄生信道 满足 的所有频率，除 以外均称为寄生信道，将引起测频错误，其中 最严重，称为镜像信道，镜像抑制比 主要措施1、本振与微波预选器统调，始终将镜像频率置于BPF阻带2、高中频抑制镜像3、采用镜像抑制混频器4、采用零中频5、增加辅助信道，进行逻辑识别,2.2 基本的频域测量方法,搜索式超外差测频技术 准则：在 一次驻留时间 内获得足够脉冲数1、频率慢可靠搜索 在雷达照射时间 内搜索全程：对于主瓣侦收例如：某雷达圆周扫描周期6秒，波束宽度2，重复周期1ms，检测需要5个脉冲，测频范围12GHz，求最小接收机带宽。解：2、频率灵巧慢可靠搜索 先令，检测到脉冲后再增加时间到需要的3、频率概率搜索平均重合宽度、重合概率、重合周期、T时间内重合Z次的概率分别为,2.2 基本的频域测量方法,搜索式超外差测频技术例如：某雷达脉宽1微秒，重复周期1ms，检测需要5个脉冲，测频范围12GHz，带宽100MHz，搜索周期1ms，求1秒内的截获概率。解：射频调谐测频技术,条件,频率估计,2.2 基本的频域测量方法,比相法（IFM）测频技术各相关器有模糊输出 解模糊与相位校正频率估计,2.2 基本的频域测量方法,比相法（IFM）测频技术举例：某IFM接收机测频范围24GHz，T=0.5ns，n=4，k=3，若输入信号频为2.761GHz，各相关器相位误差分别为30，-28，25，试估计该信号频率解：计算无模糊无误差相位 计算有误差有模糊相位解模糊与相位校正频率估计,2.2 基本的频域测量方法,比相法（IFM）测频技术 同时信号影响 可校准相位误差 必要条件 同时信号检测电路组成 检测多信号时的自混频输出判决同时信号,A,B,2.2 基本的频域测量方法,比相法（IFM）测频技术IFM系统组成 特点：DLVA/门限检测决定灵敏度 前沿触发单次测量，形成载频描述字RF 前沿触发多次测量，形成 RF及脉内调频标志 F 同时信号检测，确定测量是否有效 多路相关器并用，短延迟保证无模糊测频范围，长延迟保证精度瞬时带宽大（16GHz），测频速度快（250ns），测频精度较高（35MHz）,不能同时测量多信号，灵敏度低（-60dBm）,2.2 基本的频域测量方法,模拟信道化测频技术直接测频波道特性门限检测 频率估计时间测量,2.2 基本的频域测量方法,模拟信道化测频技术SAW滤波器组典型参数：测频范围250MHz-650MHz,分辨10-20MHz,纯信道化测频系统,2.2 基本的频域测量方法,模拟信道化测频技术设计方法：各层中频频率，中频带宽，超外差变频的本振组频率 纯信道化测频技术的资源与指标分路器数：1+n1+n1 n2+混频/滤波/中放数：n1+n1 n2+不同频率的本振数：n1+n2+SAW滤波器数：n1 n2,输出信号传输关系（以两层超外差变频为例）,频率估计,信道数：n=n1 n2 频率分辨：RF/n测频精度：RF/2n测频时间：50ns,2.2 基本的频域测量方法,模拟信道化测频技术举例：某纯信道化接收机测频范围24GHz，采用5220 结构，SAW滤波器组的基带测频范围为250MHz450MHz，试设计该接收机，若有2756MHz信号进入，试分析其传输路径，并估计信号频率解：1.设计2.分析 3.频率估计,2.2 基本的频域测量方法,模拟信道化测频技术 信道折叠信道化测频系统特点：通过合路器减少了资源需求，但存在同时信号组合错误,2.2 基本的频域测量方法,数字信道化测频技术 系统组成STFT滤波器组：并行信道检测：到达/结束时间脉内功率测量：,2.2 基本的频域测量方法,数字信道化测频技术 基于多相滤波的STFT算法 令该算法首先对输入信号进行m路抽取，使每一路数据降速m倍，然后对m路抽取信号做并行p点的STFT加窗滤波（有混叠），再对m路并行滤波输出做并行的去混叠滤波，从而得到完整的STFT滤波输出。该算法用并行处理降速，提高了STFT算法的瞬时带宽。,2.2 基本的频域测量方法,数字信道化测频技术 多相滤波算法的FPGA实现m路功率计算：m路检测：路能量累计TOA锁存TOE锁存,2.2 基本的频域测量方法,数字信道化测频技术 PDW后处理1。相邻信道同时多信号合为单频单信号：2。相邻信道顺序多信号合为宽带调频单信号3。非相邻信道同时信号分为同时多信号（包括频率分集信号）4。非相邻信道顺序信号分为顺序多信号（包括频率编码信号）5。正交信号幅相平衡对信号的影响引起镜像信号和原信号频谱的损失理想平衡窄带信号频谱不平衡窄带信号频谱镜象抑制比,2.2 基本的频域测量方法,2.2.5 chirp变换测频技术 基本原理系统组成测频范围 超外差本振扫描混频输出初始迟延时间 通过测量迟延时间测频,压缩后迟延,2.2 基本的频域测量方法,2.2.5 chirp变换测频技术 基本波形举例 测频范围：压缩滤波：时宽 本振扫描：输入信号频率 0.9GHz 混频输出初始迟延 压缩后迟延 频率估计测频误差,f1,f1+fc,2.2 基本的频域测量方法,2.2.6 声光变换测频技术基本原理 声光调制器系统组成相位编码信号检测:特点：测频精度高(KHz)，处理速度快，不适于同时多信号和低信噪比(10dB),2.2 基本的频域测量方法,2.2.6 声光变换测频技术测频误差和主要特点频率分辨测频误差输出波形特点灵敏度高，同时信号处理能力强，线性动态范围小，光学集成要求高相位编码信号检测:特点：测频精度高(KHz)，处理速度快，不适于同时多信号和低信噪比(10dB),2.3 基本的频谱分析技术,2.3.1 单个射频脉冲信号的脉内频谱分析采样周期T，脉内采样数据长度N，无模糊频谱分析范围1/T，分辨1/MTFFT频谱分析等效带宽归一化功率谱谱均值，方差2.3.2 射频脉冲串信号的频谱分析脉冲数L，各脉冲起始时间nq，数据长度mq，用于高精度高分辨谱分析FFT频谱分析,2.3 基本的频谱分析技术,2.3.3 单个射频脉冲信号的脉内时频分析STFT分析 窗口宽度n，频谱分辨1/nT，适用于多信号单载频信号（频率）频谱最大值为nA，位于 处，频谱形状为sinc函数，与时间m变化无关。Chirp信号（起始频率，调频斜率）每一时刻m近似为矩形谱，中心频率随m线性变化,2.3 基本的频谱分析技术,2.3.3 单个射频脉冲信号的脉内时频分析二相编码信号（子码宽度t=qTnT，码长p，码组i）中心频率同单载频，谱宽按照子码谱宽，带内按照子码序列起伏WVD分析全脉冲，非线性，权函数w(m)单载频信号随时间m单调降，随频率k近似按sinc函数起伏,2.3 基本的频谱分析技术,2.3.3 单个射频脉冲信号的脉内时频分析chirp信号起始频率随时间n线性变化,每一时刻具有近似的矩形频谱瞬时自相关分析全脉冲，非线性，0mT50ns,在半个子脉宽时间内单载频信号输出为与n无关的常数，与m成线性相位Chirp信号输出为与n成线性相位（单载频），与m成线性调频二相编码信号,2.3 基本的频谱分析技术,2.3.3 单个射频脉冲信号的脉内时频分析输出在单个子码内同单载频信号，在两个子码之间存在相位差变异，可解编码相位差分分析 全脉冲，非线性，高信噪比相位转换各阶相位差分计算单载频信号Chirp信号二相编码信号 子码内同单载频，子码间存在相位变异,2.3 基本的频谱分析技术,宽带信号的欠采样分析1.双速率欠采样分析（正交双通道采样频率f1f2）有模糊测频尾数f1、f2，联立无模糊方程解测频模糊设，为频率分辨代入上述结果为最大可解模糊数,2.3 基本的频谱分析技术,宽带信号的欠采样分析1.双速率欠采样分析 举例：双采样频率f1=510MHz，f2=500MHz，后接128阶数字滤波器，测频范围03GHz，若有2015MHz信号输入，试求：1）有模糊测量的，经数字滤波后的2）计算解模糊后的频率估计解：1）2）,2.3 基本的频谱分析技术,宽带信号的欠采样分析2.延迟欠采样分析（正交双通道采样频率fck，迟延时间t）每个通道都具有模糊测频尾数f，通道间具有相位差利用相位差解测频模糊（由于测量误差较大，一般只用于解模糊，而不能直接测频）最大可解模糊测频范围举例：采样频率f=500MHz，两路迟延t=0.4ns，后接128阶数字滤波器，若有2015MHz信号输入，相位测量误差分别为30，试求：1）通道间的理论相位差和实际相位差，经数字滤波后有模糊的频率测量值2）计算解模糊后的频率估计,2.3 基本的频谱分析技术,宽带信号的欠采样分析2.延迟欠采样分析（正交双通道采样频率fck，迟延时间t）解：1）2）,3 信号的测向与定位,3.1 作用与分类3.2 主要指标要求3.3 基本测向方法3.4 基本定位方法,3.1 作用与分类,3.1.1 测向定位的作用与分类测向定位的作用：信号分选和辅助辐射源检测识别 引导干扰方向或战术行动方向 引导武器系统攻击 提供威胁告警并指示威胁方向测向技术的分类 振幅法测向 相位法测向 时差法测向定位技术的分类按照定位 单站定位，测向定位，测向-方向/功率变化率定位接收站数量 多站定位，测向交叉定位，测向/时差定位，测时差定位按照侦收站与 固定站对固定源定位，固定站对运动源定位，辐射源运动 运动站对固定源定位，运动站对运动源定位。,3.2 主要指标要求,3.2.1测向系统的主要技术指标1）测向范围 和瞬时视野2）测向精度 和分辨力 3）测向时间、方向截获概率 和截获时间4）测向灵敏度 和动态范围各种测向技术的典型技术指标和特点,3.2 主要指标要求,定位系统的主要技术指标 1）定位范围、瞬时定位范围 和定位精度 2）定位时间 各种定位技术的主要指标,3.3 基本测向方法,3.3.1 振幅法测向1.波束搜索法测向方向估计方位慢速可靠搜索在雷达天线扫描一周的时间内，侦察天线最多只扫描一个波束宽度；在雷达天线指向侦察机的时间内，至少接收到Z个连续的雷达发射脉冲,3.3 基本测向方法,3.3.1 振幅法测向1.波束搜索法测向方位快速可靠搜索在雷达天线扫描一个波束宽度的时间内，侦察天线至少扫描一周；在侦察天线指向雷达的时间内，至少接收到Z个连续的雷达发射脉冲方位概率搜索两天线指向对方时间平均互指时间两天线的互指概率平均互指周期在t时间内发生n次互指的概率发生一次以上的截获概率,3.3 基本测向方法,3.3.1 振幅法测向1.波束搜索法测向举例某雷达天线波束宽度2，圆周扫描周期10s，脉冲重复周期1ms，侦察截获只要一个脉冲，试求：1.若侦察天线波束宽度10，方位慢可靠搜索的周期2.方位快速可靠搜索的周期和最窄的波束宽度3.若侦察天线波束宽度10，天线扫描周期3s，求其在60s内的截获概率解：1.2.3.,3.3 基本测向方法,3.3.1 振幅法测向2.全向振幅单脉冲测向技术组成各接收信道输出信号相邻比幅法 适用于窄波束和部分方向，等信号方向精度较高，任意一信道过门限，各信道包络采样，求得最大信道i与相邻次最大信道i1线性插值估计高斯方向图插值估计,3.3 基本测向方法,3.3.1 振幅法测向2.全向振幅单脉冲测向技术全方向比幅法 适用于宽波束和全方向，全方向测频精度都较高举例某侦察机采用6天线全方向比幅测角技术，假设天线方向图函数为若有信号来自25方向，忽略噪声和通道失衡影响，按照性性放大器，试求1.相邻比幅法的测向估计值2.全方向比幅法的测向估计值解：计算6个接收通道的输出信号，,3.3 基本测向方法,解：1）相邻比幅法，最大信道为s0,s1线性插值估计高斯插值估计2）全方向比幅法,3.3 基本测向方法,3.3.1 振幅法测向3.多波束测向1)罗特曼（Rotman）透镜多波束各波束输出信号2)空间馈电的多波束不同方向入射的平面电磁波经过赋形反射面汇聚到不同的波束口输出,3.3 基本测向方法,3.3.1 振幅法测向3)数字波束合成的多波束宽带数字信道化与数字波束 预先频率引导的数字波束合成组合的信号处理技术 合成处理技术,3.3 基本测向方法,3.3.2 相位法测向1.线阵干涉仪一维线阵干涉仪各接收信道输出信号正交相位检波输出转换成为有模糊相位,3.3 基本测向方法,3.3.2 相位法测向1.线阵干涉仪解模糊并作相位校正（最短基线无模糊）方向估计只用最长基线的估计 采用全部基线的最小二乘估计,3.3 基本测向方法,3.3.2 相位法测向1.线阵干涉仪举例某侦察机工作带宽24GHz，采用3基线干涉仪测向，最短基线6cm，相邻基线比5，当有3GHz信号从31.5进入，试求：1.无模糊时的相位差；2.相位误差分别为20、-22、18时的有模糊相位差；3.方向估计解：1.无误差、无模糊时的3个相位差2.有模糊、有误差时的相位差3.解模糊并作相位校正方向估计,3.3 基本测向方法,3.3.2 相位法测向1.线阵干涉仪最短基线有模糊的双基线测向,3.3 基本测向方法,3.3.2 相位法测向1.线阵干涉仪最短基线有模糊的双基线测向利用基线差虚拟最短基线相位差解模糊与相位校正方向估计可校正的相位误差,3.3 基本测向方法,3.3.2 相位法测向1.线阵干涉仪最短基线有模糊的双基线测向举例：某侦察机工作带宽24GHz，采用2基线干涉仪测向，基线长度分别为12cm，13cm，当有3GHz信号从31.5进入，试求：1.无模糊时的相位差；2.相位误差分别为20、-22、18时的有模糊相位差；3.方向估计,3.3 基本测向方法,3.3.2 相位法测向各阵元接收信号二维线阵干涉仪测向相位差鉴相输出转换成相位差解模糊与相位校正输出,3.3 基本测向方法,3.3.2 相位法测向二维线阵干涉仪测向方位角估计仰角估计,3.3 基本测向方法,3.3.2 相位法测向2.圆阵干涉仪测向各阵元输出信号空间傅立叶变换,3.3 基本测向方法,相位法测向2.圆阵干涉仪测向与零阶模 鉴相得到部分相位差 进行解模糊和相位校正方向估计,3.3 基本测向方法,相位法测向2.圆阵干涉仪测向举例某侦察机采用8圆阵干涉仪测向，R=5cm，若有5GHz信号从30方向进入，忽略误差，求测向输出解：1）各阵元输出信号 2）进行空间FFT变换 3）与零阶模 求相位差 4）解模糊和相位校正 5）方向估计方向估计,3.3 基本测向方法,3.3.3 短基线时差测向1.两元天线的一维时差测向 测向误差分析 第一项为时差测量误差引起的测向误差，基线越长，越靠近法方向该误差越小，例如d=10m，dt=1ns，在法方向引起的测向误差第二项为基线与电波传播误差，影响同上，但一般很小可忽略。因此，时差测向的主要误差是测时误差引起的测向误差,3.3 基本测向方法,3.3.3 短基线时差测向1.两元天线的一维时差测向 时域直接测量提高计数时钟频率 时间/电压变换提高转换效率k和量化位数B时间/相位变换提高正弦频率与相位精度,3.3 基本测向方法,3.3.3 短基线时差测向频域测量 利用傅立叶变换的时移不变性任意一路过门限即开始采样，两路均低于门限才结束采样，形成序列FFT输出：谱检测：取相差：单载频信号相差与k无关一般信号计算相位差分：时差估计：不模糊条件：时间/相位变换,3.3 基本测向方法,3.3.3 短基线时差测向频域测量举例输入信号频率200MHz，信号2滞后50ps，采样频率500MSPS，脉宽100ns,忽略ADC误差，采用64点FFT测频，求时差估计值解：1）采样序列64点FFT输出：谱检测：以49.99A为门限，得到检测结果取相差：表明该信号为单载频信号估计频率：时差估计：时间/相位变换,3.3 基本测向方法,3.3.3 短基线时差测向2.平面天线二维测向二维时差 方位仰角估计,3.3 基本测向方法,3.3.3 短基线时差测向3.立体天线二维测向二维时差 方位仰角估计,3.3 基本测向方法,3.3.3 短基线时差测向4.4天线二维测向 二维时差 方位仰角估计,天线0,天线1,天线2,接收信道0,接收信道1,接收信道2,时差测量仰角估计方位估计,天线3,d,天线3,接收信道3,3.4 基本定位方法,3.4.1 单站定位,1飞越目标定位法,已知侦察站位置与高度，利用下视波束定位,单次定位地面模糊区面积,2方位/仰角定位法,已知侦察站位置与高度，利用侧视波束定位,单次定位地面模糊区面积,3.4 基本定位方法,3.4.1 单站定位,3测向/方向变化率定位法,已知侦察站位置与运动，利用运动中测角变化测距和定位,4测向/相位差变化率定位法,已知侦察站位置与运动，利用运动中干涉仪相位变化测距和定位,趋近90，越大，定位精度越高,趋近90，(t)越大，定位精度越高,3.4 基本定位方法,3.4.1 单站定位,5测向/幅度变化率定位法,已知侦察站位置与运动，利用运动中接收信号幅度变化测距和定位,趋近0，c(t)=1，定位精度较高。主要受辐射天线波束扫描影响。,R(0),3.4 基本定位方法,3.4.2 多站定位,1.平面测向交汇定位，两站位置（-a，0），（a，0）,定位结果,模糊区面积,在两站之间（190，锐角相交）模糊区面积较小，越近越准确,3.4 基本定位方法,3.4.2 多站定位,2.平面测向时差定位,固定站B定位结果,转发站B,运动站B定位方程,固定站B定位方程,运动站B定位结果,3.4 基本定位方法,3.4.2 多站定位,3.平面时差定位已知：平面3站位置（极坐标）（0,0）,（A,A），（B,B），2时差tOA,tOB求解：辐射源E平面位置（,）,同步信号法：A、B站将接收信号差转到O，统一测时差、定位同步时钟法：O、A、B各站统一授时，单独测时，协同定位,3.4 基本定位方法,3.4.2 多站定位,3.平面时差定位,时差方程组,定位计算,求解,求解,求解,3.4 基本定位方法,举例解：,某平面时差定位站成直线排列，坐标分别为-15km，0，15km，若同一信号到达左右两站与中间站的时差分别为6.806s，-3.117s，试求该辐射源的平面位置，,定位计算,去掉虚假解保留84.289,3.4 基本定位方法,4.空间时差定位,已知空间中4个侦察站的位置和同一信号到达4站的时间差，求解空间中辐射源的位置,定位方程,定位计算,4 雷达侦察的信号处理,雷达侦察信号处理的主要任务：对雷达辐射源的检测和识别对雷达辐射信号的调制分析4.1 概述4.2 对雷达信号极化和时域参数的测量4.3 雷达侦察信号的预处理4.4 雷达侦察信号的主处理,4.1 概述,4.1.1 信号处理系统的基本组成PDW数据处理：逐脉冲进行，全面检测辐射源，粗估计辐射源参数和转移特性IQ波形数据处理：选脉冲进行，针对特定辐射源信号，精确分析和估计脉内、脉间、脉组间幅相调制，识别辐射源