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一种用于数字信道化接收机的同时到达信号检测方法.pdf

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一种 用于 数字 信道 接收机 同时 到达 信号 检测 方法
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摘要
申请专利号:

CN201611011449.3

申请日:

2016.11.17

公开号:

CN106483508A

公开日:

2017.03.08

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01S 7/285申请日:20161117|||公开
IPC分类号: G01S7/285 主分类号: G01S7/285
申请人: 中国电子科技集团公?#38236;?#22235;十一研究所
发明人: 何鹏; 李立功; ?#24459;?#26480;; 张峰; 王国栋; 周浩
地址: 266555 山东省青岛市经济技术开发区香江路98号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 青岛智地领创专利代理有限公司 37252 代理人: 肖峰
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法律状态
申请(专利)号:

CN201611011449.3

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2018.10.09|||2017.04.05|||2017.03.08

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开一种用于数字信道化接收机的同时到达信号检测方法,具体涉及同时到达信号检测技术领域。其解决了现有雷达侦察系统对密集信号环境适应性差的问题。该用于数字信道化接收机的同时到达信号检测方法通过对数字信道化处理后的各子信道进行脉冲检测,提取有效雷达脉冲,可捕获2个脉冲前沿对齐的同时到达信号,采用轮询检测及可变延迟控制,可准确捕获每个脉冲信号的前沿数据,检测到脉冲下降沿后,根据数据缓存FIFO中存储信号的相关参数进行信道判别,区分出多个同时到达信号。信号的检测及存储在FPGA中编程实现,采用轮询检测方法,减少了硬件资源消耗,提高了FPGA的硬件实现效?#30465;?/p>

权利要求书

1.一种用于数字信道化接收机的同时到达信号检测方法,信号的检测及存储在FPGA中
实现,其特征在于,包括:
通过对数字信道化处理后的各子信道进行脉冲检测,提取有效雷达脉冲,可捕获2个脉
冲前沿对齐的同时到达信号,检测到脉冲下降沿后,根据数据缓存FIFO中存储信号的相关
参数进行信道判别,区分出多个同时到达信号,同时到达信号的检测分为如下两个步骤:
(一)子信道有效脉冲检测及存储
数字信道化接收机设有32个子信道,每个子信道的带宽为20MHz,子信道滤波器50%交
叠,子信道有效脉冲检测即是对32个子信道进行脉冲上升沿、下降沿检测的过程,每个子信
道对应一个脉冲边沿检测模块,采用能量检测法,将连续8个数据的绝对值之和与预设噪声
门限进行比,判断出脉冲的上升及下降沿,恢复出脉冲包络、提取脉冲到达时间、脉宽特征
参数;
子信道有效脉冲存储控制模块采用轮询检测方法对32个子信道的脉冲上升沿进行检
测,当某个子信道检测到脉冲到达时,根据数据缓存FIFO状态判断是否暂存该信道数据,32
个信道检测模块根据FIFO空闲状态申请使用,由于雷达信号的脉内调制带宽通常不大于
20MHz,信号检测模块?#37319;?#32622;4个数据FIFO用于存储同一个脉冲周期的多个信号,每个脉冲
采集周期内,各子信道有脉冲到达时,根据FIFO的空闲状态申请存储空间,有FIFO空?#24615;?#35813;
信道占用该空闲FIFO?#20013;?#23384;入数据,直到该子信道脉冲结束或FIFO存满,当4个FIFO都被占
用后,某子信道再有脉冲到达时,放弃对它的存储,直到本次脉冲采集周期结束再继续脉冲
存储检测;
(二)同时到达信号分离方法
经上述脉冲边沿检测模块及子信道有效脉冲存储控制模块处理后,在脉冲采样周期结
束时,同时到达信号分离状态机从4个数据存储FIFO中选择出2个同时到达信号输出,同时
到达信号分离状态机在脉冲采样周期结束时,根据FIFO占用情况以及各FIFO中所存数据的
幅?#21462;?#30636;时频率和脉宽参数进行联合判断,选择出2个同时到达信号,根据4个数据FIFO的占
用情况进行分类,分别对FIFO占用数量为1、2、3、4的情况进行处理:
(1)当1个FIFO存有信号时,对该信号进行脉宽和频?#35797;?#20998;选,若脉冲参数与设定的目
标信号特征参数匹配,则分选成功,输出该信号,否则分选失败,清空数据FIFO;
(2)当2个FIFO存有信号时,对FIFO中存入信号的信道编号进?#20449;?#26029;,若间隔大于一个
信道,判定为2个同时到达信号,分别对其进行脉宽和频率分选以确定是否输出该信号;若
是2个FIFO存入的是相邻子信道,则判定为跨道的单信号,并根据2个信号的瞬时频率进行
分选,选择频率与目标信号频?#39318;?#25509;近的信号输出,同时清空另一个数据FIFO;
(3)当3个FIFO存有信号时,根据目标信号的带宽通常不大于20MHz的特点,当3个信道
检测到信号时,可判定至少有2个同时达到信号,根据各FIFO中所存数据的信道编号进?#20449;?br />断,若有2个是相邻信道,从相邻的2个信道根据能量最大选1个,另一个信道为同时到达信
号,若3个信道各不相邻,则判定为3个同时到达信号,根据瞬时频率选择出与目标最接近的
两个信道输出;
(4)当4个FIFO存有信号时,根据目标信号的带宽通常不大于20MHz的特性,当4个信道
检测到信号时,可判定至少有2个同时达到信号,根据各FIFO所存数据瞬时频率参数进行分
选,选出2个有效的FIFO输出。
2.如权利要求1所述的一种用于数字信道化接收机的同时到达信号检测方法,其特征
在于,32个所述脉冲边沿检测模块独立运行。
3.如权利要求1所述的一种用于数字信道化接收机的同时到达信号检测方法,其特征
在于,所述轮询检测方法,即检测状态机从0~31循环判断各信道是否有脉冲上升沿,因此
当某个信道有脉冲到达时,不能保证马上被检测状态机检测到,当前检测到10信道,在15信
道有脉冲到达,那么检测模块在5个周期后才能检测到15信道,只有将15信道的数据延迟5
个周期,才能保证检测到15信道脉冲的前沿数据,因此对每个子信道数据的延迟量进行动
态调整,即在每个信道脉冲上升沿标志有效时,根据子信道存储状态机轮询检测模块当前
检测到的信道编号,确定该子信道数据需要的延迟量,然后通过数字延迟单元,将该子信道
的数据及脉冲上升沿标志做相应延迟。

说明书

一种用于数字信道化接收机的同时到达信号检测方法

技术领域

本发明涉及同时到达信号检测技术领域,具体涉及一种用于数字信道化接收机的
同时到达信号检测方法。

背景技术

随着电子技术的发展,现代战场的电磁环境日趋复杂,以敌方雷达为攻击目标的
被动制导系统需要在高密度的信号环境中准确捕获目标雷达信号,其在同一时间内接收到
来自同一方向的多部雷达发射信号的可能性极大,该类信号通常具有频率相近、时域上脉
冲前沿对齐等特点。这使得被动制导系统的接收机必须能够解决多同时到达信号分离及测
向问题。

被动制导系统通过接收雷达的电磁辐射信号进行辐射源的定位,为实现在密集信
号环境中准确捕获目标雷达信号,被动制导系统的接收机通常需要具备瞬时带宽大、信号
分选能力强、可处理多个同时达到信号等特点。近些年出现的宽带数字接收机,采用数字信
道化技术实现宽带雷达信号的接收,频率不同的雷达信号经信道化处理后从接收机的不同
子信道输出,实现同时到达信号的频域区分,通过对子信道接收信号进行脉冲检测,可提取
各信号的脉宽、到达时间、瞬时频?#23454;?#21442;数,便于后续的信号分选及测向。如图1所示,专利
名称为一种同时到达两线性调频信号的分数阶信道化分离方法的中国专利(公开号为:
CN102685049B)公开了一种典型的同时到达信号检测方法。

该发明针对密集信号环境中,接收机对宽带LFM信号的侦察接收问题,提出了一种
同时到达两线性调频(LFM)信号的分数阶信道化分离方法。其利用分数阶?#36947;?#21494;变换对非
平稳信号的能量聚?#22266;?#24615;,通过对同时达到两信号的参数进行分析,判断两信号的不同组
合情形,采取准聚焦分数阶信道化提取、极限阶分数阶信道化提取以及二次分数阶?#36947;?#21494;
域滤波等不同的分离处理方式,为雷达侦察中宽带LFM信号的有效截获提供了有效的工具。

但是现有的检测技术中存在以下不足:

(1)现有同时到达信号检测技术,主要针对宽带线性调频信号进行了优化,对其它
复杂信号的适应性差。

(2)现有的同时到达信号分离方法,基于分数阶?#36947;?#21494;变换算法进行,该算法运算
量大,计算耗费时间长,信号处理的实时性较差。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足,提出一种解决被动制导系统密集信号适应性问题
的用于数字信道化接收机的同时到达信号检测方法。

本发明具体采用如下技术方案:

一种用于数字信道化接收机的同时到达信号检测方法,信号的检测及存储在FPGA
中实现,包括:

通过对数字信道化处理后的各子信道进行脉冲检测,提取有效雷达脉冲,可捕获2
个脉冲前沿对齐的同时到达信号,检测到脉冲下降沿后,根据数据缓存FIFO中存储信号的
相关参数进行信道判别,区分出多个同时到达信号,同时到达信号的检测分为如下两个步
骤:

(一)子信道有效脉冲检测及存储

数字信道化接收机设有32个子信道,每个子信道的带宽为20MHz,子信道滤波器
50%交叠,子信道有效脉冲检测即是对32个子信道进行脉冲上升沿、下降沿检测的过程,每
个子信道对应一个脉冲边沿检测模块,采用能量检测法,将连续8个数据的绝对值之和与预
设噪声门限进行比,判断出脉冲的上升及下降沿,恢复出脉冲包络、提取脉冲到达时间、脉
宽特征参数;

子信道有效脉冲存储控制模块采用轮询检测方法对32个子信道的脉冲上升沿进
行检测,当某个子信道检测到脉冲到达时,根据数据缓存FIFO状态判断是否暂存该信道数
据,32个信道检测模块根据FIFO空闲状态申请使用,由于雷达信号的脉内调制带宽通常不
大于20MHz,信号检测模块?#37319;?#32622;4个数据FIFO用于存储同一个脉冲周期的多个信号,每个
脉冲采集周期内,各子信道有脉冲到达时,根据FIFO的空闲状态申请存储空间,有FIFO空闲
则该信道占用该空闲FIFO?#20013;?#23384;入数据,直到该子信道脉冲结束或FIFO存满,当4个FIFO都
被占用后,某子信道再有脉冲到达时,放弃对它的存储,直到本次脉冲采集周期结束再继续
脉冲存储检测;

(二)同时到达信号分离方法

经上述脉冲边沿检测模块及子信道有效脉冲存储控制模块处理后,在脉冲采样周
期结束时,同时到达信号分离状态机从4个数据存储FIFO中选择出2个同时到达信号输出,
同时到达信号分离状态机在脉冲采样周期结束时,根据FIFO占用情况以及各FIFO中所存数
据的幅?#21462;?#30636;时频率和脉宽参数进行联合判断,选择出2个同时到达信号,根据4个数据FIFO
的占用情况进行分类,分别对FIFO占用数量为1、2、3、4的情况进行处理:

(1)当1个FIFO存有信号时,对该信号进行脉宽和频?#35797;?#20998;选,若脉冲参数与设定
的目标信号特征参数匹配,则分选成功,输出该信号,否则分选失败,清空数据FIFO;

(2)当2个FIFO存有信号时,对FIFO中存入信号的信道编号进?#20449;?#26029;,若间隔大于
一个信道,判定为2个同时到达信号,分别对其进行脉宽和频率分选以确定是否输出该信
号;若是2个FIFO存入的是相邻子信道,则判定为跨道的单信号,并根据2个信号的瞬时频率
进行分选,选择频率与目标信号频?#39318;?#25509;近的信号输出,同时清空另一个数据FIFO;

(3)当3个FIFO存有信号时,根据目标信号的带宽通常不大于20MHz的特点,当3个
信道检测到信号时,可判定至少有2个同时达到信号,根据各FIFO中所存数据的信道编号进
?#20449;?#26029;,若有2个是相邻信道,从相邻的2个信道根据能量最大选1个,另一个信道为同时到
达信号,若3个信道各不相邻,则判定为3个同时到达信号,根据瞬时频率选择出与目标最接
近的两个信道输出;

(4)当4个FIFO存有信号时,根据目标信号的带宽通常不大于20MHz的特性,当4个
信道检测到信号时,可判定至少有2个同时达到信号,根据各FIFO所存数据瞬时频率参数进
行分选,选出2个有效的FIFO输出。

优选地,32个所述脉冲边沿检测模块独立运行。保证每个子信道都可及时准确的
检测?#25509;行?#33033;冲。

优选地,所述轮询检测方法,即检测状态机从0~31循环判断各信道是否有脉冲上
升沿,因?#35828;?#26576;个信道有脉冲到达时,不能保证马上被检测状态机检测到,例如当前检测到
10信道,在15信道有脉冲到达,那么检测模块在5个周期后才能检测到15信道,只有将15信
道的数据延迟5个周期,才能保证检测到15信道脉冲的前沿数据,因此对每个子信道数据的
延迟量进行动态调整,即在每个信道脉冲上升沿标志有效时,根据子信道存储状态机轮询
检测模块当前检测到的信道编号,确定该子信道数据需要的延迟量,然后通过数字延迟单
元,将该子信道的数据及脉冲上升沿标志做相应延迟。

本发明具有的有益效果是:

采用子信道并行检测及数据可变延迟控制技术实现同时到达信号的检测,通过对
子信道有效脉冲的轮询检测以及脉冲数据动态延迟,实现对多个同时到达信号脉冲前沿数
据的准确捕获,解决被动制导系统密集信号适应性问题。基于FPGA实时检测及分离多个同
时到达信号,通过时域、频域的联合检测,对不同体制的雷达信号具有更好的适应性。基于
FPGA实现同时到达信号检测及存储,实时性好。

本采用轮询检测及可变延迟控制,实现对数字信道化接收机各子信道输出脉冲的
实时检测,在不丢失每个子信道脉冲信号的前提下,减少了硬件资源消耗,便于FPGA的硬件
实现。采用轮询检测方法,仅使用4个数据存储FIFO即可实现对32个有效信道的检测,可检
测并存储2个同时到达信号,对子信道化输出数据采用可变延迟控制技术,可准确的捕获每
个脉冲信号的前沿数据。

附图说明

图1为一种同时到达两线性调频信号的分数阶信道化分离方法;

图2为时到达信号分离方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明:

其中,FPGA:(Field-Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列。

FIFO:(First Input First Output),?#28909;?#20808;出队列。

如图2所示,一种用于数字信道化接收机的同时到达信号检测方法,信号的检测及
存储在FPGA中实现,包括:

通过对数字信道化处理后的各子信道进行脉冲检测,提取有效雷达脉冲,可捕获2
个脉冲前沿对齐的同时到达信号,检测到脉冲下降沿后,根据数据缓存FIFO中存储信号的
相关参数(包括幅?#21462;?#30636;时频率和脉宽等参数)进行信道判别,区分出多个同时到达信号,同
时到达信号的检测分为如下两个步骤:

(一)子信道有效脉冲检测及存储

数字信道化接收机设有32个子信道,每个子信道的带宽为20MHz,子信道滤波器
50%交叠,子信道有效脉冲检测即是对32个子信道进行脉冲上升沿、下降沿检测的过程,每
个子信道对应一个脉冲边沿检测模块,采用能量检测法,将连续8个数据的绝对值之和与预
设噪声门限进行比,判断出脉冲的上升及下降沿,恢复出脉冲包络、提取脉冲到达时间、脉
宽特征参数;

子信道有效脉冲存储控制模块采用轮询检测方法对32个子信道的脉冲上升沿进
行检测,当某个子信道检测到脉冲到达时,根据数据缓存FIFO状态判断是否暂存该信道数
据,32个信道检测模块根据FIFO空闲状态申请使用,由于雷达信号的脉内调制带宽通常不
大于20MHz,信号检测模块?#37319;?#32622;4个数据FIFO用于存储同一个脉冲周期的多个信号,每个
脉冲采集周期内,各子信道有脉冲到达时,根据FIFO的空闲状态申请存储空间,有FIFO空闲
则该信道占用该空闲FIFO?#20013;?#23384;入数据,直到该子信道脉冲结束或FIFO存满,当4个FIFO都
被占用后,某子信道再有脉冲到达时,放弃对它的存储,直到本次脉冲采集周期结束再继续
脉冲存储检测;

(二)同时到达信号分离方法

经上述脉冲边沿检测模块及子信道有效脉冲存储控制模块处理后,在脉冲采样周
期结束时,同时到达信号分离状态机从4个数据存储FIFO中选择出2个同时到达信号输出,
同时到达信号分离状态机在脉冲采样周期结束时,根据FIFO占用情况以及各FIFO中所存数
据的幅?#21462;?#30636;时频率和脉宽参数进行联合判断,选择出2个同时到达信号,根据4个数据FIFO
的占用情况进行分类,分别对FIFO占用数量为1、2、3、4的情况进行处理:

(1)当1个FIFO存有信号时,对该信号进行脉宽和频?#35797;?#20998;选,若脉冲参数与设定
的目标信号特征参数匹配,则分选成功,输出该信号,否则分选失败,清空数据FIFO;

(2)当2个FIFO存有信号时,对FIFO中存入信号的信道编号进?#20449;?#26029;,若间隔大于
一个信道,判定为2个同时到达信号,分别对其进行脉宽和频率分选以确定是否输出该信
号;若是2个FIFO存入的是相邻子信道,则判定为跨道的单信号,并根据2个信号的瞬时频率
进行分选,选择频率与目标信号频?#39318;?#25509;近的信号输出,同时清空另一个数据FIFO;

(3)当3个FIFO存有信号时,根据目标信号的带宽通常不大于20MHz的特点,当3个
信道检测到信号时,可判定至少有2个同时达到信号,根据各FIFO中所存数据的信道编号进
?#20449;?#26029;,若有2个是相邻信道,从相邻的2个信道根据能量最大选1个,另一个信道为同时到
达信号,若3个信道各不相邻,则判定为3个同时到达信号,根据瞬时频率选择出与目标最接
近的两个信道输出;

(4)当4个FIFO存有信号时,根据目标信号的带宽通常不大于20MHz的特性,当4个
信道检测到信号时,可判定至少有2个同时达到信号,根据各FIFO所存数据瞬时频率参数进
行分选,选出2个有效的FIFO输出。

32个所述脉冲边沿检测模块独立运行。保证每个子信道都可及时准确的检测?#25509;?br />效脉冲。

轮询检测方法,即检测状态机从0~31循环判断各信道是否有脉冲上升沿,因?#35828;?br />某个信道有脉冲到达时,不能保证马上被检测状态机检测到,例如当前检测到10信道,在15
信道有脉冲到达,那么检测模块在5个周期(若该处目标信号的带宽为20MHz,对应的每个周
期为5ns)后才能检测到15信道,只有将15信道的数据延迟5个周期,才能保证检测到15信道
脉冲的前沿数据,因此对每个子信道数据的延迟量进行动态调整,即在每个信道脉冲上升
沿标志有效时,根据子信道存储状态机轮询检测模块当前检测到的信道编号,确定该子信
道数据需要的延迟量,然后通过数字延迟单元,将该子信道的数据及脉冲上升沿标志做相
应延迟,上述对当前检测到10信道,在15信道有脉冲到达指示给出的一个距离说明,针对其
它信道同样适用。

当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领
域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的
保护范围。

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