专利名称：自适应识别多站异步信号干扰的跟踪处理方法
技术领域：
本发明涉及脉冲雷达多站跟踪异步信号干扰的自适应识别及控制方法。
背景技术：
在现有技术的多站跟踪异步信号干扰控制系统中，运载器上载有应答机，多部测量雷达协调工作，跟踪同一个装备有应答机的目标，各雷达分别发射询问信号，应答机对接收的询问信号进行应答，雷达对应答信号进行跟踪，实现对运载器的跟踪。实际工作中同时出现多个上行发射信号，多个信号靠得太近时，容易导致本站信号受到干扰，而使本站跟踪目标丢失。在靶场测控领域中，常用雷达链实现对目标的接力测量，几部测量雷达同时向目标上的应答机发射询问信号。靶场运载器发射时，应答机与地面多部测量雷达的距离不同，这些测量雷达协同工作同时跟踪运载器的时候，应答机具有一定的响应时间，不能同时响应多部雷达发来的信号。由于雷达工作时能同时接收到本站的应答信号和运载器的反射信号，同时也可接收到协同工作的它站雷达的应答信号和反射信号，因此会出现如图5所示的应答式异步干扰。对于本站检测到的信号来说，容易出现目标信号丢失，降低雷达的跟踪性能，甚至导致跟踪失败。当它站的异步应答信号穿越本站雷达跟踪波门时容易导致本站信号丢失，如果反射的回波信号接近同一台雷达测距机的跟踪距离门，也将会造成相互干扰，妨碍对原跟踪目标的跟踪，甚至导致原先跟踪目标的丢失；另一方面，由于应答机具有一定的响应时间，不能同时响应多站雷达发来的询问信号，如果两个询问信号相距时间小于应答机的恢复时间，应答机对后一个询问信号将不能给出应答信号，发生应答机信号阻塞，导致信号的偷漏，丢失跟踪目标。应答式雷达相互干扰问题一直以来都存在，而且对系统性能的影响也很大，现有 雷达的移相技术大多采用固定宽度的前卫门和人工识别加手动移相，即在距离跟踪波门前面一定的距离范围内检测是否存在干扰信号，这个检测距离段称为前卫门，当检测到干扰信号时，雷达发射机提前一定的时间发射脉冲重复频率(PRF)和发射脉冲，使本站信号提前一个固定的距离发射脉冲，则在下一个重复频率周期，本站回波信号时间也得到相应的提前，干扰信号落在了本站信号的后面，可避免两个信号的接近，从而避免应答机的偷漏现象发生和干扰信号对本站雷达跟踪的影响，但这种移相方式对信号彼此间在时间轴上的相对运动情况没有判断分析，降低了移相后正常跟踪的成功概率，也增加了盲目移相的次数，甚至多部雷达之间会产生移相竞争，移相次数增多的情况下，雷达跟踪失败的概率会增大，具体表现在下几个方面①移相条件满足时前方移相距离处正好有干扰信号，移相后本站信号再次落入干扰信号附近，导致信号丢失或再次移相；②干扰信号从前后方同时逼近，干扰信号对本站雷达信号造成威胁，本站信号对它站雷达信号也形成了威胁，本站和它站都可能会采取移相措施，可能会产生移相竞争以及反复多次移相；
③异步雷达干扰信号因手动或自动移相等原因落入本站雷达反射信号区域，由于应答机恢复时间的限制，本站雷达信号会被异步干扰信号所压制，造成本站雷达无法判断异步信号而不能自动移相，本站雷达将丢失目标；④异步雷达干扰信号因手动或自动移相等原因落入本站雷达反射信号与应答信号之间的区域，导致本站雷达和异步雷达同时自动移相，如果两雷达一次移相的距离相同，将导致本站雷达信号被压制，本站雷达将丢失目标；⑤人工识别因存在反应时间和人为辨识的差异问题，不能很好地解决异步信号干扰的问题。
为了尽量的使用现有的设备，不对现有设备做大的改进，本发明将提供一种能正确识别并跟踪应答机对本站雷达的应答信号，避免干扰信号对本站信号的影响。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种移相识别概率高，成本低，响应快，抗异步信号干扰，能正确识别并跟踪应答机对本站雷达的应答信号，并能避免干扰信号对本站信号影响和信号偷漏，使本站信号不易丢失，自适应识别多站跟踪异步信号干扰的方法及控制技术。本发明的上述目的通过以下措施来达到。建立一个由异步信号干扰处理电路和监控计算机组成的模拟应答式异步信号干扰自适应识别控制系统；在由数字信号处理器(DSP)相连现场可编程逻辑门阵列(FPGA)组成的异步信号干扰处理电路中，利用硬件逻辑编程语言在FPGA中编制以本站跟踪波门为中心，设置能够使干扰信号进入触发本站雷达提前发射脉冲的前卫门和开窗式后卫门，以及对应于本站雷达反射信号，避免自身反射信号进入前卫门引起自触发移相发射的免检窗口 ；FPGA利用设置的前卫门和开窗式后卫门对雷达回波信号进行全程检测，采用相关算法对有效的回波信号进行分析处理，分析信号之间的相对运动特性，同时利用N/M准则和回波信号之间的运动特性对移相条件进行综合评判，采用函数估计算法预测信号彼此间的相对运动情况，并对前、后卫门内的信号做判断处理，根据移相准则判断是否需要移相和移相后本站信号是否落入另一个干扰信号的回波里，自适应处理移相的距离，其中，N为判定信号有效的最低个数，M为检测信号的次数。所述的N/M准则是对于M次检测信号(M > =N)，单次检测信号有效时为1，否则为O。当M次检测信号中“I”的个数大于或等于N时，则所检测的信号有效。本发明相比于现有技术具有如下有益效果。本发明利用设置的前卫门和开窗式后卫门对雷达回波信号全程进行检测，采用相关算法对有效的回波信号进行分析处理，分析信号之间的相对运动特性，利用N/M法则和回波信号之间的运动特性对移相条件进行综合评判，通过前卫门和开窗式的后卫门，分析接收到的数据并采用函数估计算法预测信号彼此间的相对运动情况，并对前、后卫门内的信号做判断处理，根据移相准则判断是否需要移相，对移相时机做出决策。在需要移相的情况下，判断移相后会不会使得本站信号落入另一个干扰信号的回波里，根据信号特性对移相的距离进行自适应处理，做出最优的移相决策，提升移相跟踪性能，很好地解决了雷达站点反复移相或者移相后本站号丢失等现象。本发明采用自适应识别移相的前卫门和开窗式的后卫门自适应识别控制系统，不对现有设备做大的改进，能正确识别并跟踪应答机对本站雷达的应答信号，抗异步信号干扰，并能避免干扰信号对本站信号的影响和信号偷漏，不仅能有效提高雷达的跟踪稳定性，避免了反复移相和移相失败。而且自适应移相距离识别概率高，成本低，响应快。开窗式的后卫门减少了移相竞争和移相失败；全程检测信号和分析可评判移相条件，减少移相次数等，提高了靶场测量雷达在复杂电磁环境下抗异步干扰的能力，从而提升了靶场雷达测量数据的完备性和稳定性，为地面安全�？�、监视、测量数据分析、鉴定运载器系统精度提供了重要依据，对靶场设备具有非常重要的现实意义。由于自适应移相的移相距离大小取决于异步干扰信号与本站跟踪信号的相对位置关系，本发明针对脉冲雷达多站异步信·号干扰产生的各种不利于识别控制的现象。通过N/M判断准则，可以自动地选择工作模式，并具有科学的预测性，对可能产生的不利后果作出判断。可以在雷达A/R显示上，直观地看到其位置分布情况和移相前后各个信号的位置分布。
下面，结合附图和实施方式对本发明进一步说明。图I是机动目标跟踪基本原理示意图。图2是本发明模拟应答式异步干扰自适应识别控制系统的电路原理框图。图3是以跟踪波门为中心的前卫门和后卫门组成示意图。图4是自适应识别控制系统模拟的移相前后PRF相对位置示意图。图5是现有技术应答式异步干扰示意图。
具体实施例方式如图I所示雷达系统对目标信号和异步信号的跟踪处理是个递推过程首先通过跟踪逻辑创建新目标档案，然后通过跟踪门和数据关联规则实现量测和目标的匹配，之后利用机动辨识和自适应滤波、预测等跟踪维持方法估计目标的状态，从而更新已建立的目标数据。跟踪空间中那些不能与任何已知目标关联的量测集合用来建立新目标档案，当目标离开跟踪空间时，由跟踪终止方法消除多余目标档案。最后由目标预测状态可以确定下一时刻的跟踪波门中心和大小，在新的观测到来之前，重新开始下一时刻的递推循环。如图2所示，首先建立一个包含监控计算机和异步信号干扰处理电路的自适应识别控制系统，模拟雷达的监控系统、信号处理系统、频综和发射系统。自适应识别控制系统输出信号可通过示波器进行监测。该自适应识别控制系统包括，含有监控软件的监控计算机和含有DSP相连FPGA的异步信号干扰处理电路。该异步信号干扰处理电路，包括，带有仿真接口的DSP和带有JTAG接口、AS接口的FPGA，DSP与FPGA之间采用总线、地址译码、中断脉冲信号等多种接口方式，实现DSP与FPGA的数据输入输出，DSP通过数据总线、地址总线和I/O选通相连FPGA组成异步信号干扰处理电路。电源电路输出+3. 3V和+1. 9V为DSP供电，输出+3. 3V和+1. 2V为FPGA供电。DSP与监控计算机之间的串行输入和输出采用RS232转换芯片，将TTL电平转换为RS232标准的信号输入和输出；FPGA相连示波器，把移相脉冲和视频信号输入示波器；DSP通过数据总线、地址总线、程序选通总线相连程序存储器，该外扩的程序存储器为随机存储器，断电时丢失存储内容，用于DSP软件的仿真。在异步信号干扰处理电路中，利用硬件逻辑编程语言在FPGA中编制以本站跟踪波门为中心，设置能够使干扰信号进入触发本站雷达提前发射脉冲的前卫门和开窗式后卫门，以及对应于本站雷达反射信号，避免自身反射信号进入前卫门引起自触发移相发射的免检窗口，并对雷达回波信号全量程范围内进行检测；前卫门是由2个不连续的脉冲组成的，可将其看作是在一个宽度为25. 9 ii s的脉冲中间开了一个宽度为1.6ii s,距跟踪波门中心为6. 4 ii s的一个缺口形成的，前卫门内的宽度I. s的免检窗口对应于本站反射信号；后卫门为跟踪波门后面24. s处一个I y s的检测窗口，在此检测窗口检测干扰信号，如果满足移相条件，则作移相处理，触发本雷达提前发射移相脉冲。当FPGA检测到前卫门和后卫门异步干扰信号后，采用N/M准则检测，产生移相脉冲，自动将视频信号移相固定距离，模拟频综和发射机移相，并在FPGA的管脚上输出移相脉冲信号；DSP将跟踪距离、目标距离、干扰距离和移相状态发送到监控计算机上进行数据和模拟A/R显示，并在监控计算机上以闪烁的指示灯表示移相状态的发生。所述的N/M准则是对于M次检测信号(M>=N)，单次检测信号有效时为1，否则为O。当M次检测信号中“I”的个数大于或等于N时，则所检测的信号有效。A为A型显示器。A型显示器为直线扫掠，扫掠线的起点与发射脉冲同步，扫掠线长度与雷达距离量程相对应，主波与回波之间的扫掠线长代表目标的斜距，R为R型显示器。R型显示器是A型显示器扫掠线中一小段的扩展，用来详细观察被选择目标及其附近的情况。A型显示器、R型显示器两者配合使用，既能观察全程信息又能对所选择的目标进行较精确的测距，统称A/R显示器。模拟应答式异步干扰识别时，在监控计算机的监控软件界面中发送模拟的本站目标和干扰目标的速度和加速度、不同方向的干扰信号。运行在监控计算机上的监控软件，通过计算机的RS232串口将从键盘输入的多条不同航路的控制参数发送给异步信号干扰处理电路的DSP ;DSP根据控制参数，模拟不同速度、不同方向运动的本站雷达回波信号和多个干扰信号，根据目标的运动信息对目标进行自动识别和跟踪，并不停地将更新的目标和各干扰距离的计数值写给FPGA，FPGA根据计数值模拟回波和干扰的视频信号，对移相条件进行判断处理，给出移相状态信号，将本站信号和干扰信号相合成形成视频信号，DSP对该视频信号进行处理，跟踪本站回波信号，同时还将跟踪距离、目标距离、干扰距离发送到监控计算机上进行数据和模拟A/R显示，移相状态也发送到监控计算机上显示，在监控计算机上以闪烁方式显示移相状态；FPGA将目标信号和干扰信号的视频信号送示波器显示，并将移相脉冲信号送示波器显示。当干扰信号靠近目标信号，移相条件满足时示波器会出现一个跳变的脉冲信号表不自动移相一次，反映跟踪目标。雷达目标信号的初始识别一般采用手动的方法，通过在雷达操控台上摇动距离手轮移动A/R显示器上的距离波门，当目标信号进入距离波门时，切换状态到自动跟踪，则将目标信号套在距离跟踪波门内。异步信号干扰处理电路对视频回波进行处理，跟踪目标，同时在前卫门里根据回波信号的幅度和宽度检测是否有异步干扰信号，采用N/M准则检测到异步干扰信号后即送出移相脉冲给雷达频综系统，雷达频综和发射系统检测到移相脉冲后自动移相，通过减少 分频计数的计数器值提前与计数器值相对应的时间发射信号。仿真时，异步信号干扰处理 电路FPGA软件通过DSP送来的目标和干扰距离信息判断检测范围内是否有干扰信号，检测到异步干扰信号后，根据公式(I)首先取N = 0，计算移相距离，然后此刻再根据移相后的距离检测是否有干扰信号，如果依然有异步干扰信号再取N = N+1计算移相距离，检测干扰信号，依次类推，直到取到合适的N值使检测范围内没有干扰信号，产生移相脉冲，FPGA将视频信号移动相应的移相距离，模拟出发射机的移相。
异步信号干扰处理电路上的FPGA信号处理软件可划分为三个主要的�？椋直鹗鞘敝臃制狄葡嗄？�、信号模拟�？楹透俅砟？椋渲校敝臃制狄葡嗄？榈氖淙胛д袷敝覥LK和移相脉冲，初始复位时，分频输出雷达重复频率信号(Prf)和移相后的雷达重复频率信号(Prf_A)，Prf和Prf_A为相同的分频信号。如图4所示移相前后PRF相对位置中，当移相脉冲到来时，Prf不变，保持原来的节拍继续输出，而？忖_八则提前输出脉冲，其后的周期仍然保持不变，移相距离则根据量程范围内信号的特性作出判别，确保移相后本站信号不会落入另一个干扰信号里。信号模拟�？榻勘旰透扇怕龀逍藕畔嗷颍庇心勘攴⑸浞掷胧保挂嗷虿泻⌒藕牛缓笸ü鼺PGA的管脚输出视频信号。视频信号进入跟踪处理�？椋俅砟？橥ü鼺PGA的数据总线读取当前的工作状态和参数。当处于手动跟踪时，直接以手动距离作为跟踪波门的位置，当状态由手动切换到自动跟踪时，则在当前的距离附近一定范围内搜索目标，并产生跟踪波门。模拟的目标运动时，跟踪波门跟随目标的运动，距离自动跟踪，同时，FPGA在跟踪波门的前沿设置前卫门，前卫门的宽度选取26. 666us左右，在前卫门里搜寻是否有其它脉冲信号。当连续几个PRF都搜寻到脉冲信号后，FPGA即确认有异步干扰信号，FPGA送出自动移相脉冲给时钟分频移相�？椋葡嗄？榻渲械腜rf_A信号提前一定的宽度，即PRF_A相比Prf而言提前一定的时间输出脉冲，提前的时间通过判断前方对应距离处是否存在其他干扰信号来进行处理。FPGA将产生的PRF脉冲信号、视频信号和跟踪波门信号送出，可以用示波器进行监测。异步信号干扰处理电路中的DSP将监控软件发来的目标和干扰距离处理成计数值，移相后，再将移相后的计数值转换为目标距离、干扰距离、跟踪距离，发送给监控计算机的监控软件，监控软件利用接收的距离值模拟A/R显示，直观地观察回波信号的运动和跟踪情况。移相距离的大�。霉奖硎疚猄1 = S0+N*Ss......(I)其中=S1为将要移相的距离大�。琒0为基准移相距离，该距离的大小与目标应答机的响应时间有关系，Stl为8km，N为可变移相距离的个数，Ss为可变移相距离，该距离的大小取决于目标应答机的响应时间，S5为4km，对应的应答机响应时间为26. 66us。前卫门和后卫门设置如图3所示，自适应识别控制系统以跟踪波门为中心，设置前卫门和开窗式的后卫门。前卫门是由2个不连续的脉冲组成，可将其看作是在一个宽度为25. 9 s的脉冲中间开了一个宽度为I. 6 S，距跟踪波门中心为6. 4 s的一个缺口形成的，前卫门内的宽度I. s的免检窗口对应于本站反射信号。前卫门的设置就是要使得当有干扰信号进入前卫门时，能够触发本雷达提前发射移相脉冲，但卫门自身是不能区分它站信号和本站反射信号，因此当雷达同时接收到自身的反射信号和应答信号时，就必须设法保证避免自身的反射信号进入前卫门引起自触发移相发射，所以设置一个免检窗口，使得在免检窗口内的信号不做移相处理。图3中，后卫丨]为跟S示波丨]后面24. 2 u s处Iv Ius的检测窗口，在此检测窗口检测干扰信号，如果检测到干扰信号则根据公式(I)计算移相距离，作移相处理，触发本雷 达提前发射移相脉冲。由于干扰信号是从后方逼近雷达的，移相后，干扰信号离跟踪波门大于移相距离了，暂时不会影响跟踪信号，但随着目标和干扰信号的相对运动，若干扰信号仍然在本站雷达可检测的范围以内，则当干扰信号再次进入后卫门的开窗检测区域时，会引起下一次的继续移相，直至该信号消失。
权利要求
1.一种自适应识别多站异步信号干扰的跟踪处理方法，其特征在于包括如下步骤建立一个由异步信号干扰处理电路和监控计算机组成的模拟应答式异步信号干扰自适应识别控制系统；在由数字信号处理器(DSP)相连现场可编程逻辑门阵列(FPGA)组成的异步信号干扰处理电路中，利用硬件逻辑编程语言在FPGA中编制以本站跟踪波门为中心，设置能够使干扰信号进入触发本站雷达提前发射脉冲的前卫门和开窗式后卫门，以及对应于本站雷达反射信号，避免自身反射信号进入前卫门引起自触发移相发射的免检窗口 ；FPGA利用设置的前卫门和开窗式后卫门对雷达回波信号进行全程检测，采用相关算法对有效的回波信号进行分析处理，分析信号之间的相对运动特性，同时利用N/M准则和回波信号之间的运动特性对移相条件进行综合评判，采用函数估计算法预测信号彼此间的相对运动情况，并对前、后卫门内的信号做判断处理，根据移相准则判断是否需要移相和移相后本站信号是否落入另一个干扰信号的回波里，自 适应处理移相的距离，其中，N为判定信号有效的最低个数，M为检测信号的次数。
2.根据权利要求I所述的自适应识别多站异步信号干扰的跟踪处理方法，其特征是所述的N/M准则是对于M次检测信号(M > =N)，单次检测信号有效时为I，否则为O ;当M次检测信号中“I”的个数大于或等于N时，则所检测的信号有效。
3.根据权利要求I所述的自适应识别多站异步信号干扰的跟踪处理方法，其特征是所述的自适应识别控制系统，包括，含有监控软件的监控计算机和含有DSP相连FPGA的异步信号干扰处理电路。
4.根据权利要求I所述的自适应识别多站异步信号干扰的跟踪处理方法，其特征是所述的异步信号干扰处理电路，包括，带有仿真接口的DSP和带有JTAG接口、AS接口的FPGA, DSP与FPGA之间采用总线、地址译码、中断脉冲信号多种接口方式，DSP通过数据总线、地址总线和I/O选通相连FPGA组成异步信号干扰处理电路。
5.根据权利要求I所述的自适应识别多站异步信号干扰的跟踪处理方法，其特征是所述的前卫门是由2个不连续的脉冲组成的，或是在一个宽度为25. s的脉冲中间开了一个宽度为I. s,距跟踪波门中心为6. s的一个缺口形成的。
6.根据权利要求I所述的自适应识别多站异步信号干扰的跟踪处理方法，其特征是前卫门内的宽度I. s的免检窗口对应于本站反射信号,后卫门为跟踪波门后面24. s处一个Iu s的检测窗口，在此检测窗口检测干扰信号，如果满足移相条件，则作移相处理，触发本雷达提前发射移相脉冲。
7.根据权利要求I所述的一自适应识别多站异步信号干扰的跟踪处理方法，其特征是异步信号干扰处理电路中的DSP将监控软件发来的目标和干扰距离处理成计数值，移相后，再将移相后的计数值转换为目标距离、干扰距离、跟踪距离，发送给监控计算机的监控软件。
8.根据权利要求I所述的一自适应识别多站异步信号干扰的跟踪处理方法，其特征是移相距离的大�。霉奖硎疚� S1 = S0+N*Ss……(I) 其中=S1为将要移相的距离大�。琒0为基准移相距离，N为可变移相距离的个数，S5为可变移相距离。
9.根据权利要求I所述的一自适应识别多站异步信号干扰的跟踪处理方法，其特征是后卫门为跟踪波 门后面24. 2 y s处一个I y s的检测窗口，在此检测窗口检测干扰信号，如果检测到干扰信号则根据公式(I)计算移相距离，作移相处理，触发本雷达提前发射移相脉冲。
全文摘要
本发明提出的一种自适应识别多站异步信号干扰的跟踪处理方法，旨在提供一种移相识别概率高，成本低，响应快，抗异步信号干扰，自适应识别多站跟踪异步信号干扰的方法，本发明通过下述技术方案予以实现，首先建立一个自适应识别控制系统；在DSP和FPGA组成的异步信号干扰处理电路中，编制以本站跟踪波门为中心，设置前卫门、开窗式后卫门和免检窗口；FPGA采用相关算法对有效的回波信号进行分析处理，同时利用N/M准则和回波信号之间的运动特性对移相条件进行综合评判，采用函数估计算法预测信号彼此间的相对运动情况，根据移相准则判断是否需要移相和移相后本站信号是否落入另一个干扰信号的回波里，自适应处理移相的距离。
文档编号G01S5/02GK102736068SQ201210222010
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者徐刚, 徐小丽, 李守琴, 段秀波, 王宗全, 赵梅, 邱服家, 陈梓北, 韩大伟 申请人:零八一电子集团有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
