基于阵列的无源探测系统硬件平台设计与实现

发布时间：2020-04-26 21:21

【摘要】：随着电子战中各种技术的快速发展,有源探测系统受到了越来越大的制约。通过被动接收处理第三方辐射信号进行目标检测、跟踪和定位的无源探测系统,具有反隐身、抗干扰、抗超低空突防以及抗反辐射武器的特性,越来越受各国重视。随着移动通信的发展,利用移动通信信号的无源探测系统对低空运动目标具有较好的探测能力,使其具有很好的应用价值。本文以GSM基站信号为照射源信号,研究了基于阵列的无源探测系统,并设计实现了基于阵列的无源探测系统硬件平台。首先简要介绍了基于外辐射源的无源探测系统基本原理,对以GSM基站信号作为照射源进行了可行性进行了仿真分析,结果表明GSM基站信号具有图钉型的模糊函数,适合作为无源探测系统外辐射源;针对直达波干扰问题进行了研究分析,并给出了一种基于NLMS准则的自适应直达波对消算法,通过实测的回波信号的对消结果验证了基于NLMS准则的自适应直达波对消算法的有效性;对几种常见阵列信号进行了建模,研究了自适应波束形成原理及其最优准则,研究了对天线阵列方向图。然后研究了阵列结构、间距和数目对信号接收的影响,完成了天线阵列选型。根据给出的系统总体指标要求和无源探测系统信号处理流程,设计了无源探测系统硬件平台总体方案,即采用高性能、零中频结构的射频收发芯片AD9361作为射频前端主芯片,前置低噪声放大器,实现四路信号接收处理,采用FPGA+DSP架构实现信号处理平台。本文详细介绍了无源探测系统硬件平台各个模块的电路实现。最后在无源探测系统硬件平台实现的基础上进行了室内和室外测试,测试结果表明各个模块工作正常,接收机性能指标可以满足系统要求,能够正确接收到目标反射的GSM信号,验证该无源探测系统硬件平台的正确性。
【图文】：

为信号的复包络， 为信号处理的相干积累时间(CIT)， 和 分别为信号的相对时延和多普勒频移。图 2.3 给出了 1 帧(4.615ms)GSM 信号的模糊函数图。图 2.3 GSM 信号模糊函数图从图 2.3 中可以看出，GSM 信号的模糊函数只有一个主峰，能量集中，在时域和频域的旁瓣幅度低，下降梯度大，说明其多普勒频率分辨率较好，速度分辨率高。因此，采用 GSM 信号作为无源探测系统的照射源是可行的，且适合运动目标的探测。2.3 直达波干扰分析2.3.1 直达波干扰强度分析主通道天线在接收目标回波的同时也会接收来自辐射源的直达波和来自建筑、山体或其他障碍物的散射信号，造成直达波干扰和多径干扰。下面分析直达波对目标回波的抑制问题。根据双基地雷达系统理论，不考虑电磁波传输损耗的情况，可推导出目标回波信号的功率比为：(2-16)其中

Γin Γout图 4.1 输入匹配网络和输出匹配网络框图从芯片数据手册中可以获得 S 参数和噪声系数等信息，根据这些信息可以制作.S2P 文件，接下来在 ADS 中就可以用.S2P 文件对放大器进行匹配设计，采用了微带线匹配的方式。经过匹配后的电路原理图如图 4.2 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN97

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本文编号：2641908