無源探測系統及其關鍵技術研究.pdf

1、當今世界電子戰(zhàn)技術的發(fā)展,有源的單基地探測系統遇到了“隱身技術、反輻射導彈、超低空突防以及電子干擾”的四大威脅,由此誕生了雙基/多基地的無源探測系統。無源探測系統是利用相關的電磁波探測理論與信號處理技術,獲取第三方發(fā)射的電磁信號,進行空間電磁波信息獲取的綜合應用集成系統。它通過被動地感知、分析、處理外界輻射源的目標散射信號,可以實現對目標的探測、定位、跟蹤和識別,又叫做無源雷達、雙/多基地雷達、被動雷達、非合作照射源雷達或非合作無源探測

2、系統。無源探測系統與普通有源探測系統相比,具有抗干擾、抗反輻射導彈、抗低空突防和反隱身武器(通常稱為“四抗”特性)且隱蔽性好、戰(zhàn)場生存能力強、低空探測性能好,系統相對簡單,無需額外占用寶貴的無線頻譜。因此,對無源探測系統的研究具有重要的意義。本文研究了以GSM基站信號作為非合作照射源的無源探測系統,圍繞弱信號檢測,將系統分為三大關鍵技術環(huán)節(jié),分別是天線、數字接收機和數據處理算法。以微弱目標電磁波信號檢測為目的展開分析,完成了以下工作:<

3、br>　　天線是捕獲空中目標反射的微弱電磁信號的首要環(huán)節(jié)。研究了微帶陣列及其相關技術,提出用弱耦合處理的方法有效降低微帶陣列幅度的副瓣值及對角加載的方向圖控制DLAPC算法,提高了常用的DBF處理算法的效率,兼顧成本等因素,設計實現了八單元微帶感應陣列。用Matlab等軟件進行了仿真驗證,完成了陣列的加工測試校正。測試結果為:微帶陣列的波束寬度小于15o,增益39dBi,柵瓣電平小于-12.8dB,具有寬帶、高增益的良好性能,有利于捕獲

4、環(huán)境中目標反射的微弱回波信號。
　　接收機是完成對天線接收的微弱信號進行放大、變頻、數模轉換等處理,獲取高信噪比數據的重要環(huán)節(jié)。根據無源雷達接收機相關的基礎技術理論和軟件無線電思想,用FPGA等芯片設計及實現了GSM無源探測數字化中頻接收機,給出了系統實現方案,設計了二階數字鎖相環(huán),提高了環(huán)路穩(wěn)定性,評估分析了誤差在階躍輸入的極端狀況下的穩(wěn)定性。對接收機進行了計算機仿真和室內測試,測試結果表明:接收機的輸入和輸出信號波形具有較好的

5、一致性,接收機輸入信號的動態(tài)范圍為60dB,靈敏度為-120dBm,自動頻率控制AFC捕獲范圍為±250KHz,驗證了設計系統的功能和性能,滿足了設計要求。
　　數據處理算法是從獲取的目標數據中獲得目標參數的關鍵環(huán)節(jié)。提出了高階模糊函數與兩次門限檢測相結合的方法提高弱信號信噪比和處理效率。第一,設計一種高階模糊函數算法,對GSM多項式相位回波信號進行了參數估計,并與Monto-Caro算法的檢測效果進行了對比,驗證了高階模糊函數可

6、以有效地實現類似GSM多項式相位回波信號的參數估計;第二,高階模糊函數算法要求的信噪比較高,為此設計二次門限檢測方法消除干擾噪聲提高信噪比:其大部分先在每幀預處理時用時域方法消除,殘留的少部分在幀間累加時消除。經兩次門限處理后更有效地處理微弱信號,同時降低運算量和存儲量,提高信號處理的實時性。
　　用灰色理論改進了擴展卡爾曼算法并應用到GSM無源探測系統,減小了EKF在機動目標跟蹤時的發(fā)散。用灰色卡爾曼算法進行跟蹤處理,經對勻速及

7、機動目標仿真實驗,驗證了其可行性。
　　最后,對所設計實現的無源探測系統進行了外場試驗。在武漢天河機場附近進行了外場試驗,測得飛機起飛階段的多普勒頻率,其中最大為390Hz,計算所得的飛機速度約為每小時220公里,與實際起飛階段速度較為接近,對民航客機的最大探測距離為最大3.0km,試驗成功。
　　以GSM信號為非合作照射源構建的無源探測系統,可以作為城市防空雷達網的有效補充,來探測突破其它防空探測網絡的目標,如直升飛機、飛