無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)今世界電子戰(zhàn)技術(shù)的發(fā)展,有源的單基地探測(cè)系統(tǒng)遇到了“隱身技術(shù)、反輻射導(dǎo)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(wú)源探測(cè)系統(tǒng)。無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)是利用相關(guān)的電磁波探測(cè)理論與信號(hào)處理技術(shù),獲取第三方發(fā)射的電磁信號(hào),進(jìn)行空間電磁波信息獲取的綜合應(yīng)用集成系統(tǒng)。它通過(guò)被動(dòng)地感知、分析、處理外界輻射源的目標(biāo)散射信號(hào),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)、定位、跟蹤和識(shí)別,又叫做無(wú)源雷達(dá)、雙/多基地雷達(dá)、被動(dòng)雷達(dá)、非合作照射源雷達(dá)或非合作無(wú)源探測(cè)

2、系統(tǒng)。無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)與普通有源探測(cè)系統(tǒng)相比,具有抗干擾、抗反輻射導(dǎo)彈、抗低空突防和反隱身武器(通常稱(chēng)為“四抗”特性)且隱蔽性好、戰(zhàn)場(chǎng)生存能力強(qiáng)、低空探測(cè)性能好,系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單,無(wú)需額外占用寶貴的無(wú)線頻譜。因此,對(duì)無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)的研究具有重要的意義。本文研究了以GSM基站信號(hào)作為非合作照射源的無(wú)源探測(cè)系統(tǒng),圍繞弱信號(hào)檢測(cè),將系統(tǒng)分為三大關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié),分別是天線、數(shù)字接收機(jī)和數(shù)據(jù)處理算法。以微弱目標(biāo)電磁波信號(hào)檢測(cè)為目的展開(kāi)分析,完成了以下工作:<

3、br>　　天線是捕獲空中目標(biāo)反射的微弱電磁信號(hào)的首要環(huán)節(jié)。研究了微帶陣列及其相關(guān)技術(shù),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(duì)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(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了八單元微帶感應(yīng)陣列。用Matlab等軟件進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,完成了陣列的加工測(cè)試校正。測(cè)試結(jié)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(biāo)反射的微弱回波信號(hào)。
　　接收機(jī)是完成對(duì)天線接收的微弱信號(hào)進(jìn)行放大、變頻、數(shù)模轉(zhuǎn)換等處理,獲取高信噪比數(shù)據(jù)的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)無(wú)源雷達(dá)接收機(jī)相關(guān)的基礎(chǔ)技術(shù)理論和軟件無(wú)線電思想,用FPGA等芯片設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)了GSM無(wú)源探測(cè)數(shù)字化中頻接收機(jī),給出了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案,設(shè)計(jì)了二階數(shù)字鎖相環(huán),提高了環(huán)路穩(wěn)定性,評(píng)估分析了誤差在階躍輸入的極端狀況下的穩(wěn)定性。對(duì)接收機(jī)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真和室內(nèi)測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明:接收機(jī)的輸入和輸出信號(hào)波形具有較好的

5、一致性,接收機(jī)輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍為60dB,靈敏度為-120dBm,自動(dòng)頻率控制AFC捕獲范圍為±250KHz,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能和性能,滿足了設(shè)計(jì)要求。
　　數(shù)據(jù)處理算法是從獲取的目標(biāo)數(shù)據(jù)中獲得目標(biāo)參數(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。提出了高階模糊函數(shù)與兩次門(mén)限檢測(cè)相結(jié)合的方法提高弱信號(hào)信噪比和處理效率。第一,設(shè)計(jì)一種高階模糊函數(shù)算法,對(duì)GSM多項(xiàng)式相位回波信號(hào)進(jìn)行了參數(shù)估計(jì),并與Monto-Caro算法的檢測(cè)效果進(jìn)行了對(duì)比,驗(yàn)證了高階模糊函數(shù)可

6、以有效地實(shí)現(xiàn)類(lèi)似GSM多項(xiàng)式相位回波信號(hào)的參數(shù)估計(jì);第二,高階模糊函數(shù)算法要求的信噪比較高,為此設(shè)計(jì)二次門(mén)限檢測(cè)方法消除干擾噪聲提高信噪比:其大部分先在每幀預(yù)處理時(shí)用時(shí)域方法消除,殘留的少部分在幀間累加時(shí)消除。經(jīng)兩次門(mén)限處理后更有效地處理微弱信號(hào),同時(shí)降低運(yùn)算量和存儲(chǔ)量,提高信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性。
　　用灰色理論改進(jìn)了擴(kuò)展卡爾曼算法并應(yīng)用到GSM無(wú)源探測(cè)系統(tǒng),減小了EKF在機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤時(shí)的發(fā)散。用灰色卡爾曼算法進(jìn)行跟蹤處理,經(jīng)對(duì)勻速及

7、機(jī)動(dòng)目標(biāo)仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了其可行性。
　　最后,對(duì)所設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了外場(chǎng)試驗(yàn)。在武漢天河機(jī)場(chǎng)附近進(jìn)行了外場(chǎng)試驗(yàn),測(cè)得飛機(jī)起飛階段的多普勒頻率,其中最大為390Hz,計(jì)算所得的飛機(jī)速度約為每小時(shí)220公里,與實(shí)際起飛階段速度較為接近,對(duì)民航客機(jī)的最大探測(cè)距離為最大3.0km,試驗(yàn)成功。
　　以GSM信號(hào)為非合作照射源構(gòu)建的無(wú)源探測(cè)系統(tǒng),可以作為城市防空雷達(dá)網(wǎng)的有效補(bǔ)充,來(lái)探測(cè)突破其它防空探測(cè)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo),如直升飛機(jī)、飛