（系统工程专业论文）基于DSP和FPGA的雷达信号分选电路设计.pdf

西北工业大学硕士学位论文摘要 摘要 对雷达信号的分选识别，是现代电子对抗中非常重要的环节之一，识别出 敌方雷达的类型，才能有效的对敌方雷达进行干扰。随着现代电子技术的发展， 可编程器件( f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y - f p g a ) 越来越多的应用到实际 中，数字信号处理器( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r - d s p ) 的性能也不断提升，本 文介绍一种利用d s p 和f p g a 芯片协同处理实现雷达信号分选的电路。 本文先对用于雷达信号分选的主要算法：累积差值直方图算法和序列差值 直方图算法，进行了分析比较，具体涉及到两种算法的运算量、检测门限、误判 情况和对特殊信号处理能力，并且对两种算法进行仿真。结合两种算法各自的优 点，给出一个适合本系统的算法。设计具体电路系统完成信号分选的任务，主要 内容如下： 1 搭建硬件平台，具体涉及到f p g a 、d s p 、外部存储器、系统电源、f p g a 外部配置电路和d s p 外部配置电路等。 2 编写v h d l 程序，实现f p g a 内部逻辑功能，在一定的时间内，对雷达信号 采集参数，计算出各个脉冲的脉宽，以及各个脉冲到达时间。 3 f p g a 采集的信号参数信息传送到d s p 处理器中处理，根据前面分析的算法， 编写相应的d s p 程序，对多种信号进行分选，给出各个脉冲序列的脉冲重复周 期参数，并且更新雷达库，同时输出信号，对威胁等级高的雷达进行干扰。 关键字：信号分选，累计差值直方图，序列差值直方图，f p g a ，d s p 西北工业大学硕士学位论文 摘要 a b s t r a c t d e i n t e r l e a v i n go fr a d a rp u l s e s ，i sav e r yi m p o r t a n tp a r to fm o d e r ne l e c t r o n i c c o u n t e r l n e a s u r e s w i mm o d e me l e c t r o n i ct e c h n o l o g y f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t e a r r a y ( f p g a ) i sm o r ea n dm o r ep o p u l a rw i t he l e c t r o n i cd e s i g n e r a l s o ，t h e p e r f o r m a n c eo fd a t as i g n e dp r o c e s s o r ( d s p ) h a si m p r o v e d t h i sp a p e rp r e s e n t sa r a d a rs i g n a ld e i n t e r l e a v i n gc i r c u i t r yu s i n gd s pa n df p g a t h ea r t i c l ef o c u s e s0 1 1t h ea l g o r i t h mf o rr a d a rs i g n a ls o r t i n g c u m u l a t e d d i f f e r e n c eh i s t o g r a m ( c d i f ) a n ds e q u e n c ed i f f e r e n c eh i s t o g r a m ( s d i f ) a r eu s e d w h e ns o r t i n gr a d a rs i g n a l s ，i no r d e rt oc o m p a r et h e s et w oa l g o r i t h m s ，t h i sp a p e r s i m u l a t e ss o r t i n go fr a d a rs i g n a l sw i t ht h e s ea l g o d t h m s b a s e do nt h ea d v a n t a g eo f s e q u e n c ed i f f e r e n c eh i s t o g r a m , t h i sa r t i c l ei m p r o v e dt h ea c c u m u l a t e dd i f f e r e n c e h i s t o g r a ma l g o r i t h m a n dg i v eo u tac i r c u i t r yd e p e n d i n go nt h i sa l g o d t h m t h e c o n t r i b u t i o n so f t h i st h e s i sa l es h o w n 船f o l l o w i n g f i r s t l y , d e s i g nac i r c u i t r yi n c l u d i n gf p g a ，d s p , t h ee x t e r n a lm e m o r y , p o w e r s u p p l ya n do t h e re x t e r n a lc i r c u i t s e c o n d l y , w r i t ev h d lp r o g r a m w i t ht h i sp r o g r a m ，t h ef p g a c a l lf u l f i l lt h e c o r r e s p o n d i n gl o 西cc i r c u i t f p g ac a n c o l l e c tt h et i m ei n f o r m a t i o no fr i s i n gc d g ea n d f a l l i n ge d g ed u r i n gas p e c i f i ct i m e f i n a l l y , d s pp r o c e s s e st h ei n f o r m a t i o nt h a ti sc o l l e c t e db yf p g a d s pg i v e s o u t t h ep u l s er e p e t i t i o ni n t e r v a l s ( p r i s ) o f d i f f e r e n tr a d a rs i g n a l s t h eh o s tp r o c e s s o r u p d a t e st h el i b r a r yo fr a d a rs i g n a l sd e p e n d i n go nt h em s u l to ft h ed e i n t e f l e a v i n go f r a d a rs i g n a l s k e y w o r d s ：d e i n t e d e a v i n g ，r a d a rs i g n a l ，c d i es d i f , f p g a ，d s p i i 西北工业大学业 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即；研究生在校攻读学位期间论文工作 的知识产权单位属于西北工业大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复 印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅，学校可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 同耐本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西北工业 大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：i 垂垂多指导教师签名 纠年，月日 i 剐年乃膨。日 西北工业大学 学位论文原创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人郑重声明：所黾交的学位论文，是本 人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容 和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成 果，不包含本人或其他已申请学位或其他用途使用过的成果。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。 本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 学位论文作者签名 过延梦 秽7 年弓月弘日 西北土业大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 电子战是敌我双方利用电磁能和定向能破坏敌方武器装备，同时保障己方 武器装备效能的正常发挥和人员的安全而采取的军事行动。现代战争中电子战 技术装备按用途大体可分为电子侦察、电子对抗和电子反对抗。随着现代科学技 术的发展，高科技、高技术在军事战争中的广泛应用，对电子装备的依赖程度急 剧增加，电子战已成为影响战争胜负的关键因素。 在现代电子对抗环境中，信号环境密集而复杂，新雷达体制不断涌现，其 抗干扰能力不断完善，所有这些都对雷达信号分选，尤其是信号的实时分选和跟 踪技术提出了新的课题。要及时准确的引导对抗系统选择干扰的主要辐射源，确 定干扰手段，必须从复杂的信号环境中挑选出威胁大的信号，在一连串混杂在一 起的脉冲流中分选出来自同一发射源的脉冲信号序列。如何使设备既不庞大、复 杂，又能够实时分选，提高对威胁信号的处理速度及处理多路信号的能力，已成 为新一代电子战系统作战能力的关键。 雷达脉冲信号分选是电子战的关键技术，分选算法基于截获信号的各种参 数，如到达时间( t i m eo f a r r i v a l t o a ) ，到达方位角( d i r e c t i o no f a r r i v a l d o a ) ， 载频( r a d i of r e q u e n c y r f ) ，脉宽( p u l s ew i d t h p w ) 等。现有的分选算法有：累积 差值直方图( c u m u l a t i v ed i f f e r e n c eh i s t o g r a m c d i f ) 和序列差值直方图 ( s e q u e n c ed i f f e r e n c eh i s t o g r a m s d i f ) 。累积差值直方图的基本原理是将每个 脉冲重复周期( p u l s er e p e t i t i o ni n t e r v a l p r i ) 间隔的直方图与其两倍p i l l 间隔 直方图进行比较，序列差值直方图和累积差值直方图一样，也是对直方图算法的 改进。随着雷达的发展，关于雷达信号的分选也出现了一些新的算法，基于p r i 的脉冲重复间隔估计，基于小波理论的分选算法等等。另外，针对现在雷达信号 p r i 参数变化越来越复杂，国内提出了针对特定雷达参数变化规律的一些算法： 对参差p r i 脉冲列的分选、对抖动p r i 脉冲列的分选等。 雷达信号的分选是一个在电子对抗领域的重要课题。随着雷达信号参数越 来越复杂，对分选的要求也会越来越高，必定向着高速、准确的方向发展，要求 西北工业大学硕士学位论文 第1 章绪论 信号处理电路的处理器速度越来越快，信号处理算法也需要改进。 1 2 选题意义 现代战争中，电子战起着关键性的作用，电子对抗与反对抗的战术技术水 平已经成为制约高技术局部战争胜负的关键因素，作战飞机如果不能对对方的雷 达进行有效的干扰，将彻底的曝露在敌方面前，十分不利于完成作战任务。 1 9 9 1 年爆发的海湾战争中，交战双方展开了制电磁权斗争的电子大战，早 在战争打响前，多国部队就对科伊境内的伊拉克战略目标实施了全面的电子侦察 和干扰，整个海湾地区无时不处在美国战略电子情报网的严密监视之下，甚至萨 达姆的一举一动都被美军的电子侦察系统跟踪。战争开始后，美军出动多种电子 干扰机对伊军的通信实施强烈的压制干扰。e a 一6 b 电子战飞机和e c - - 1 3 0 电 子对抗机在伊军防空火力屏障之外，实施远程支援干扰，彻底瘫痪了伊军的c 3 1 ( 指挥、控制、通信和情报) 系统，通信网和防空雷达网全部迷盲。在强烈的电 子干扰面前，伊军司令部与部队的无线电全部中断，甚至连广播电台都是一片噪 音。 导弹、航空、航天技术迅速发展，精确制导武器及与其相配套的各种雷达 和通信设备的出现，形成了对飞机、舰船和重要目标的新威胁，由此促进电子战 技术的发展。利用储频技术和宽带行波管，发展了对炮瞄雷达和导弹制导雷达的 各种欺骗式干扰技术；研制了专用的电子侦察船、电子侦察飞机、电子侦察卫星 和电子干扰飞机；为提高现役作战飞机的电子对抗能力，研制了飞机外挂的电子 对抗吊舱：发展了具有压制和欺骗两种干扰样式的双模干扰机；随着红外和激光 技术在军事上的广泛应用，产生了光电对抗技术，并研制出红外告警器、激光告 警器、红外干扰机和红外诱饵弹等光电对抗设备。电子战作为一种攻防兼备的作 战手段开始在现代战争中大显身手。1 9 世纪是海战盼世纪，2 0 世纪是空战的世 纪，2 1 世纪将是电子战的世纪。电磁战场已成为继陆海空天四维战场之后的第 五维战场。电子战能力的强弱已成为决定战争胜负的重要因素。 为了适应战争需要，在复杂的电磁环境中，识别出对作战飞机威胁大的信 号，并对它实施干扰显得尤为重要。现在的电子对抗中，雷达信号密集，信号参 数变化越来越复杂，对密集的雷达信号进行识别、告警并且正确的引导干扰系统 西北工业大学硕士学位论文第1 章绪论 进行干扰已经是一个必须解决的问题。 1 3 研究内容 1 了解待分选雷达信号的特征，制定系统的实现方法。雷达信号由固定p r i 信号发展到参差p r i 、抖动p k i 以及更复杂的参差抖动等方式的信号。雷达信号 的处理整体过程分为预处理和主处理两个主要的阶段，预处理过程将待分选数据 流和雷达库中的参数快速匹配，待分选数据流被分成两个部分：已知雷达信号数 据流和未知雷达信号脉冲流。在主处理过程中，对已知雷达信号数据流可以采用 硬件和软件两种方法来进一步识别，对未知雷达信号数据流则要采用相应的算法 配合处理器处理。 2 评估雷达信号分选算法的重要指标是分选算法分选信号的准确度和分选 算法的运算量。分选算法有：直方图分选算法、序列搜索分选算法、累积差值直 方图算法、序列差值直方图算法和其它混合各种参数的分选算法。本文对累积差 值直方图和序列差值直方图两种算法进行了仿真，在信号完整和信号丢失严重的 情况下对算法进行分选准确度和运算量作了比较。 3 搭建硬件平台。硬件的主处理器是一片1 r i 公司的t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 芯片， 该芯片负责待分选未知信号的处理，为了满足大量的数据运算，对该芯片进行了 数据空间的扩展，采用r s 2 3 2 口从上位机下载参数信息，输入给1 m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 的数据流由一片f p g a 来提供，采用的是a l t e r a 公司的e p l k 3 0 ，雷达脉冲信号 经过解调放大处理后，被调整成符合l v t l 乙逻辑标准的数字信号，e p l k 3 0 负 责采集脉冲信号的上升沿时间对应关系，然后输出给t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 处理。硬 件电路还涉及到对这两个芯片的配置下载以及系统的电源配置，电源配置负责系 统中两种不同的逻辑电平2 5 v 和3 3 v 电路的供电。 4 系统软件设计。编写v h d l 程序。实现f p g a 内部逻辑功能，在一定的 时间内，对雷达信号采集参数，计算出各个脉冲的脉宽，以及各个脉冲到达时间， 将得到的数据存储在f p g a 内部定义f i f o 中，f i f o 中的数据会被读取到d s p 中处理。f p g a 内部采用并行的方式同时对多路雷达信号进行脉冲参数采集，现 在f p g a 的处理速度都比较快，系统有能力采集到快速变化的雷达信号的参数， 而且得到的数据误差很小。对t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 编程，实现未知信号的分选识别， 西北工业大学硕士学位论文第1 章绪论 分为三个主要的部分：串行口的数据传输程序、t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 和e p i k 3 0 通讯 程序以及对e p i k 3 0 发送给t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 的数据进行处理，处理的算法是在 累计差值直方图算法的基础上，根据序列差值直方图算法中的一些优点，做了一 些改变。 5 设计好硬件和软件，对系统进行调试，完成预定逻辑功能，对系统中的 硬件电路和软件进行优化。 1 4 论文章节设置 不含本章，本论文的主要内容分为五个章节具体安排如下： 第二章介绍雷达信号处理的一般过程以及主要分选算法； 第三章对不同算法进行仿真，给出系统的处理方案： 第四章给出电路的硬件实现； 第五章给出电路的软件实现： 第六章对论文工作的总结和展望。 4 西北工业大学硕士学位论文 第2 章雷达信号处理过程 第2 章雷达信号处理过程 2 1 雷达信号预处理 雷达信号的信息，用数据流p d w 表示，所有信号融合在一起，形成一个数 据流 p d 彤) 乙。信号预处理的主要任务是根据已知雷达辐射源的主要特征和未 知雷达辐射源的先验知识，完成对实时输入 肋彬) 二的预分选。预处理的过程 是：首先将实时输入的 p d 彬 盈与己知的脚个雷达信号特征 c ：- 。进行快速匹 配，从中分离出符合 q ) 二。特征的已知雷达信号子流 尸d 彤 二，分别放置于研 个已知雷达的数据缓存区，由主处理单元按照对已知雷达信号的处理方法作进一 步的分选、识别和参数估计；然后再根据已知的一般雷达信号特征的先验知识 q ：1 对剩余部分 尸d 彬j 再进行预分选，并由( q ：。，的预分选产生盯个未 知雷达信号的子流( 肋彬。) ：，另外放置于厅个未知雷达的数据缓存区，由主处 理单元按照对未知雷达信号的处理方法进行辐射源检测、识别和参数估值。预处 理的速度应与 肋形) ：。的流密度相匹配，尽量不发生 ，口形 ：。流的数据丢失， 流程如图2 1 所示川。 图2 - l 信号处理流程框图 西北工业大学硕士学位论文第2 章雷达信号处理过程 2 2 雷达信号主处理 信号主处理的任务是对输入的两类预分选子流 p d w , ，) ：。和 ，口形i 厶作 进一步的分选、识别和参数估计。其中对已知雷达辐射源子流 尸d 形，) 埘l l 的处理 是根据已知雷达信号序列 肋彬， 乌的相关性，对 肋彬，) 二。进行数据的相关分 选，并对相关分选后的结果进行己知辐射源的检测，在对检测出的雷达信号进行 各种参数的统计估值。一般情况下，在对 p d w , ，) 卅；。进行主处理的过程中，被主 处理分选滤出来的数据，将依照对已知辐射源 b ：。的预分选方法补到对应的 ( 尸d 形。臻。中。对未知雷达辐射源子流( p d 彬。 函的处理主要是根据对一般雷达 信号特征的先验知识，检验( 尸d 形。硅，。中的实际数据与这些先验知识的符合程 度，做出各种雷达信号模型的假设检验和判决，计算检验、判决结果的可信度， 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值。无论是已知还是 未知的雷达信号，只要检验的结果达到一定可信度，都可以将其实际检测、估计 的信号特征修改、补充到 e 塌、 b ) k 中，使 q 娲、 毋琵。，能够自动地适 应于实际面临的信号环境。其中识别出原来的未知雷达信号，将其特征补充到已 知雷达信号f ， 中尤为重要，它不仅提高了整个信号处理的速度、质量，也可 以获得更大的信息量和宝贵的作战情报。 2 2 1 已知雷达信号的主处理 2 2 1 1 雷达信号参数特征 从预处理输出的f 尸d ，历和 加彬。 乙中分选出每一部雷达的肋形序 列，估计和测量其详细的信号参数特征，识别和判断其类型、功能和威胁程度等 等- 信号主处理的输入为( 尸d 彬，暑。，利用已知雷达的脉冲重复周期( 钿) 信 息，y l p d w , ， 二。中分选、检测雷达的子流，判断雷达是否存在。 6 西北工业大学硕士学位论文 第2 章雷达信号处理过程 是指同一雷达相邻脉冲之间的时i 司同隔序列： ( f = 一吼。眉 ( 2 1 ) 式2 1 中， ，。) 二为同一雷达的脉冲到达时间序列。 雷达信号的f 特性：0 脚工作样式多，参数范围大，变化快，图2 - 2 给出 了固定，参差t e e j 、抖动、参差抖动锄、成组参差钿、成组参差抖动 的脉冲时序波形【1 1 。 周定。陛生l 兰上生一， 参差钿巳生型：巳生划：巳，土型： 抖动巨当竺必：幽： 篱巴兰坚兰刍：巨刍兰竺陛兰型： 嚣钿u ：u 竺：li 一：i 竺ll 兰u 豁w 。 | 7 一 r - 、 7 ( i ) 固定 图2 - 2 各种p p d 特性雷达信号 f ，f v i = l 一 式中为一非时变的确定性常数。 ( 2 ) 参差 f t m ，= ； 【f 艘雎 f = 七+ l i 上= 0 ，l ， ，= l t - k ( 2 2 ) ( 2 3 ) 西北工业大学硕士学位论文 第2 章雷达信号处理过程 式2 3 中，k 为周期参差数：f i ，一，为个确定性的f 常数，每经过_ 个脉 冲，各值循环变化一次。 ( 3 ) 抖动f t e v a t = t p q q + 6 t j i = 、， ( 2 4 ) 式2 4 中t i , r t 。为钿的中心值或平均值，够一般为在区间【刁，卅对称分布的随机 序列。形成的抖动的调制方式很多，如正弦调制、伪随机序列调制、噪声取 样调制等。抖动范围r 与中心值。的比值 下 6 t 。= p a o 称为最大抖动量，以表现抖动的相对大小，其典型值为：l 1 0 。 ( 4 ) 参差抖动 ( 2 5 ) l w i + j z i = l k + l = i ；l = o ，l 1 - ( 2 6 ) 【f p 腓+ 够 i = l k + k 它在参差的基础上增加了随机抖动妇。 ( 5 ) 成组参差f t v e a 2 l m i l m + l t p “l m + k - in i s l s l m 皂n i f f i lj - i l = 0 l 1 ；m = m ( 2 7 ) 式2 7 中，是以f ，肋为周期连续发出的脉冲数；m 是t 个参数工作的内发 出的脉冲总数，且每发出m 个脉冲，f 。重复一次。 ( 6 ) 成组参差抖动f 西北工业大学硕士学位论文第2 章雷达信号处理过程 t p m 2 t p e d l + d ll m f s l m + n , t ii l = o i 1 ；m = ( 2 8 ) t m 甄l m + 皂nj ( s l m 皂n i j 耐司 它是在成组参差的基础上增加了抖动。 2 2 1 2 已知雷达信号的硬件分选 对己知雷达信号的分选可以分为硬件和软件两种分选方法，硬件分选主要 利用数字逻辑电路的组成重合门的方式。图2 - 3 是一个基本的双脉冲重合法f 分选原理，输入的脉冲流周时送给视频信号延迟线l 和重合门y ，重合门的另 一输入来自l 的输出，并且l 的延迟时间f 等于已知雷达的f 。，计数器对y 的输出技术，当其在t 时间内的计数值n ( t ) 满足n ( t ) v 时，判定脉冲重复 周期为的信号存在电路中，信号的单次正确重合概率弓。为： b l = p ( f 删。一咋f 删s ，删o + 砟) ( 2 9 ) 式2 9 中，砟为雷达的脉宽，p ( 钿。一o - - x ( 2 p ，f ) 这两 个条件同时成立，是因为在信号密集的时候，如果只满i f ：h l s t ( p r i ) x n p r i 这 一单一条件，会出现如下的问题，如图2 - 9 所示： a 捌 士 嚣 b 图2 - 9 错误分选 如果检测得到相对于x 的统计值超过的相应的门限，那么x 会被认为是一个 可能的p r i 值而进行序列搜索，而实际上这是一个错误的p r i 值，这样后面的 1 7 西北工业大学硕士学位论文 第2 章雷达信号处理过程 序列搜索所进行的工作都是没有意义的，浪费了处理时间，降低了处理能力，为 了解决这个问题，在检测可能p r i 值的时候，如果某一个间隔的统计值超过了门 限，接下来检查它的二倍间隔，如果二倍间隔的统计值也应该超过门限，才能确 定该间隔是一个可能的p r i 值，进行序列搜索，如图2 - 9 b 所示，如果x 的统计 值超过了门限，但是2 x 间隔的统计值没有超过相应的门限值，因此x 不是一个 可能的p r i 值，继续检查其它的可能的p p d 值。 2 6 序列差值直方图算法分选信号 序列差值直方图算法( s d i f ) 是对累计差值直方图算法( c d i f ) 的一种改 进算法，它由p r i 估计和序列搜索这两个部分组成。序列搜索的方法还是和c d i f 算法中的序列搜索基本一样，对搜索条件做了改进，以此来提高数据的处理速度。 捌 ：k 蠕 捌 ：k 嚣 一阶筹值 a xp 砒0 p r j q xp 砒0 + x2 p m 0 + x 三阶差值 b 捌 ：b 瑞 二阶差值 图2 1 0c d i f 算法直方图 p r l 0 一xp 砌0 + x2 p 鼬0 + x 四阶若值 西北工业大学硕士学位论文 第2 章雷达信号处理过程 如前面c d i f 中介绍的，为了防止错误的p r i 预估值，不仅要计算p r i 间 隔相应的直方图统计值，同时也要计算2 p r i 间隔处的统计值。如图2 - 1 0 a 所示， 是两列不同的雷达信号，它们有相同的p r i 值，要分选出这两路信号，需要做四 级的差值直方图，才能同时得到p r 0 和2 p r 0 间隔的统计值，判断间隔p r i o 是 否为一个可能p r i 序列，如图2 - 1 0 b 所示，在= 阶c d i f 直方图中。间隔p r 0 的 统计值超过门限，但是2 p r 0 处的统计值却没有超过门限，一直做到四阶c d i f 直方图的时候，间隔p r i o 和2 p r i o 处的统计值都超过门限值，可以确定p r i o 间 隔为一个潜在的序列，进行序列搜索。s d i f 的直方图统计相对来说要简单的多， s d i f 的差值直方图仅仅只有本级差值，不像c d i f 还要累积低级的差值结果。 如图2 1 1 所示，s d i f 的一级差值直方图有两个对应的间隔，x 和p r i o - x ，二 级差值直方图对应的就只有一个间隔值p r i o ，这种方法在p r i 的估计值的计算 上，减少了不少的运算量，占用的存储空间也相对要少些。 趔 ：k 螺 一阶差值 二阶差值 图2 s d i f 算法直方图 在计算一阶差值直方图时，如果只有一个间隔值超过了门限，那么这个间 隔就是一个潜在的p r i ，在电磁环境比较密集的情况下，可能会出现多个间隔值 超过门限，但是它们的值都不是真正信号对应的p r i ，s d i f 算法对应这种情况， 不会对每个超过门限的间隔进行序列搜索，而是直接进行下一阶的差值直方图。 在大量脉冲丢失的时候，对于谐波的处理是非常重要的，由于一个p r i 序 列的脉冲大量丢失，那么可能在多次谐波处产生一个超过门限的直方图统计值， 如图2 - 1 2 a 所示，一个脉冲周期为p r i 的序列，由于脉冲的丢失，差值直方图中， p r i 和2 p 赳处的统计值均高于门限值，这种情况的下脉冲丢失不是很严重，处 1 9 西北工业大学硕士学位论文第2 章雷达信号处理过程 趔 七 螺 p 砒 2 p 融 a 倒 士 端 p 砌 2 p 砒 b 图2 1 2 脉冲丢失情况下的s d i f 直方图 理起来也比较容易，将p r 0 和2 p r 0 都作为潜在的p r i 序列，然后进行搜索， s d i f 的序列搜索总是从当前潜在可能的p r i 组中选择最小的进行序列搜索，p r i 序列搜索成功后会扣除相应于该脉冲重复周期的脉冲序列，在搜索2 p r 0 处肯定 是失败的。如图2 - 1 2 b 所示，这种情况属于脉冲丢失比较严重，差值直方图中， p r i o 处的统计值没有超过门限，但是2 p r 0 处的统计值反而超过了门限值，如 果直接搜索2 p r 0 序列，肯定是要造成错误的识别信号脉冲重复周期了，为了解 决这一个问题，s d i f 算法在流程中加了一个谐波检查环节，纪录每次差值直方 图中统计值最大的间隔p r 0 ，如果它的统计值超过了门限，那么谐波检查环节 不做任何操作，如果它的统计值没有超过门限，检查超过门限的那些间隔，其中 最小的间隔如果是p r 0 的整数倍，那么将p r i o 也作为潜在可能的p r i 序列进行 序列搜索。 s d i f 的门限相对与c d i f 也做了改进，多部雷达同时存在，脉冲流非常密 集的情况下，可以认为，相邻的脉冲之间的间隔可以看作是一个随机事件，脉冲 的到达时间可以认为是随机的p o i s s o n 点，将采集时间t 分成n 个脉冲子间隔， 在时间间隔f = f ，一内有k 个随机p o i s s o n 点出现的概率为： n ( 力：缂p “女；0 1 ，2 ( 2 2 1 ) 其中a = n t ，表示单位时间内的时间子间隔数，单个p o i s s o n 点落在间隔r ， 内的概率，当k = 0 时， g o ( r ) = p 一加 ( 2 2 2 ) 这也等同于相邻的两个间隔为f 的概率是e “7 ，对于一阶差值直方图，事件的总 西北工业大学硕士学位论文 第2 章雷达信号处理过程 体为e ，对于c 级差值直方图，事件的总体为e c 。p o i s s o n 过程的参数 a = i ( e n 、，其中s 为一个小于l 的常量，是将整个采集过程总时间t 量化的 值，n = t f , ，z 是直方图中每一个最小1 0 7 隔代表的实际的时间。由此得出检 测门限值为： t h r e s h o m = 工( e d 8 7 ( c t o ( 2 2 3 ) 其中x 和s 这两个常数都是要在实验中确定的常数，x 与脉冲数据流的脉冲丢失 百分比是直接相关联。 s d i f 对p r i 抖动雷达信号的分选：p r i 抖动的雷达信号，其p r i 值围绕着 某一个p r i 值，做随机的抖动，图2 一1 3 表示的是一个中心值为3 1 5 z s 的信号p r i 值分布。 图2 1 3 重复周期抖动雷达信号 对p r i 抖动信号的分选，主要是在设置相应的容限，在计算相邻的脉冲间 隔以及在序列搜索中把容限适当的放宽，是可以识别出p r i 抖动信号的。关键性 的问题是容限到底设置为多大最佳，这要根据实际情况确定。 s d i f 对参差雷达信号的分选：参差信号和普通的固定p r i 雷达信号很容易 2 1 西北工业大学硕士学位论文 第2 章雷达信号处理过程 混淆，如图2 1 4 所示，可以认为它是两个具有相同p r i 的信号，也可以认为它 是一个参差信号，信号分选识别出多列周期相同或相近的信号，需要判断它们之 间的间隔，然后在已知的库中查找是不是参差信号。 图2 1 4 参差雷达信号 信号分选出的k 个p i l l 信号，对t o a 进行序列搜索，记录各个脉冲列的初始 相位q 1 ，9 2 ，班。计算相位之间的差值关系，与雷达库中已知参差雷达参数 p r 1 ，p r 2 ，p r k 进行比较，符合条件则表明是参差雷达，不符合条件则说 明分选出的是圣个脉冲周期相同，相位不同的不同雷达信号。图2 1 5 给出s d i f 算法分选雷达信号的流程刚3 1 。 2 7 其它分选算法分选信号 雷达信号的特征参数载频( r f ) 、到达方位角( d o a ) 、到达时间( t o a ) 和脉宽( p w ) 都可以作为分选识别的参数，前面的c d i f 和s d i f 都只用到了 t o a 这一个参数，可以将其它的参数信息也作为分选的标准之一，进行多参数 的综合分选识别。脉冲的到达时间是雷达信号最重要的参数，要做最后的识别， 还是要用到这一个参数信息，采用r f 、d o a 和p w 作为分选识别的前级，将信 号预先分成k 组数据，然后再采用c d i f 或者s d i f 的方法来对信号进一步的分 选识别，在一定程度上，能减轻处理器的处理负担，也能降低每一个处理器接收 到的数据信息的负责程度，减小误分选概率。 这种分选方法会出现新的问题，前级分组的数据，在后面的处理中，必须 同时进行处理，如果用一个处理器处理完一组数据接着进行下一组的处理，虽然 在分选结果的准确度上会有所提高，但是处理的时间太长，作为一个雷达信号分 选的电路，速度是非常关键的。采用多处理器协同处理的方式可以解决这一问题， k 个处理器同时处理经过r f 、d o a 和p w 分组的信息，最后综合这些处理器的 结