一種雷達(dá)導(dǎo)引頭信號(hào)處理仿真分析方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種雷達(dá)導(dǎo)引頭信號(hào)處理與數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，具體涉及一種雷達(dá)導(dǎo)引頭 信號(hào)處理與數(shù)據(jù)處理仿真分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雷達(dá)導(dǎo)引頭研制階段，需要進(jìn)行大量的信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理仿真分析工作，用以 驗(yàn)證算法性能或定位故障位置。當(dāng)進(jìn)行導(dǎo)引頭外場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，為了更好地分析目標(biāo)特性或發(fā) 現(xiàn)硬件問題，需要對(duì)導(dǎo)引頭回波數(shù)據(jù)進(jìn)行全面和深入地分析，而使用導(dǎo)引頭自身的軟硬件 則不能完成此項(xiàng)工作，只能通過采集導(dǎo)引頭回波數(shù)據(jù)，再對(duì)這些實(shí)采數(shù)據(jù)使用仿真分析軟 件進(jìn)行離線分析。
[0003] 對(duì)導(dǎo)引頭數(shù)據(jù)進(jìn)行離線分析往往先通過數(shù)據(jù)采集器采集接收機(jī)下變頻后的中頻 回波數(shù)據(jù)，這需要導(dǎo)引頭信號(hào)處理器具備串口或網(wǎng)絡(luò)接口等基本的數(shù)據(jù)輸出接口，且常用 的串口或網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)采集速度已不能滿足大量數(shù)據(jù)的速度采集要求。之后設(shè)計(jì)人員需 要使用某種仿真分析軟件（如MATLAB、SPW和DSP Station等）對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行載入和編 程分析，并以圖片或曲線的格式顯示分析結(jié)果，如圖1。如果需要研究或驗(yàn)證新的數(shù)據(jù)處理 算法，則需要編寫程序（如MATLAB語言等）進(jìn)行驗(yàn)證，并沒有做到一步到位地編寫成可供 數(shù)字信號(hào)處理器（DSP)執(zhí)行的C語言或C++語言格式，這就意味著離開MATLAB等數(shù)據(jù)分析 軟件雷達(dá)導(dǎo)引頭的離線數(shù)據(jù)處理將很難實(shí)現(xiàn)。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)一種不依賴于第三方仿真分 析軟件的雷達(dá)導(dǎo)引頭信號(hào)處理與數(shù)據(jù)處理仿真分析方法，其中自編的仿真分析軟件是系統(tǒng) 的核心組成部分，簡(jiǎn)化了原有的離線數(shù)據(jù)處理流程并提高數(shù)據(jù)分析效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 要解決的技術(shù)問題
[0005] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種雷達(dá)導(dǎo)引頭信號(hào)處理仿真分析方 法及系統(tǒng)。
[0006] 技術(shù)方案
[0007] -種雷達(dá)導(dǎo)引頭信號(hào)處理仿真分析方法，其特征在于步驟如下：
[0008] 步驟1 :導(dǎo)引頭天線接收目標(biāo)反射回波，將雷達(dá)回波下變頻至一中頻信號(hào)，一中頻 信號(hào)再次變頻到二中頻信號(hào)，將二中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；
[0009] 步驟2 :將數(shù)字信號(hào)與一組正交本振序列cos (wp)和sin (wp)相乘，再通過數(shù)字 低通濾波LPF濾除尚頻部分，輸出同相分量Xi(n)和正交分量xq(n);
[0010] 步驟 3 :將輸入信號(hào) x(n) = XiOiHj^XqOi)與匹配濾波器 h(n) = hJrO+j^hqOi) 進(jìn)行卷積得到脈沖壓縮處理信號(hào)：
[0012] 其中，η為當(dāng)前采樣點(diǎn)，N為采樣序列長度，i為卷積迭代序號(hào)；
[0013] 步驟4 :對(duì)脈沖壓縮處理信號(hào)進(jìn)行重排得到y(tǒng)' (η)，所述重排的方法為把不同重 頻周期的回波按距離單元進(jìn)行重排；
[0014] 步驟5 :對(duì)重排的太（η)進(jìn)行FFT運(yùn)算：
[0016] 其中，太（η)為輸入信號(hào)，Μ為FFT點(diǎn)數(shù)，k為當(dāng)前序列號(hào)，取值范圍是0~Μ-1， (k)為當(dāng)前變換后序列；
[0017] 步驟6:對(duì)Y' (k)進(jìn)行求模運(yùn)算，對(duì)Y' (k)的模值進(jìn)行恒虛警檢測(cè)處理CFAR得 到多個(gè)目標(biāo)，在同時(shí)滿足設(shè)定的目標(biāo)距離范圍、速度范圍、角誤差范圍內(nèi)選擇信噪比最大的 目標(biāo)作為跟蹤目標(biāo)。
[0018] 步驟6替換為對(duì)Y' (k)進(jìn)行求模運(yùn)算，對(duì)滿足設(shè)定的目標(biāo)距離范圍內(nèi)的模值按多 普勒通道進(jìn)行求均值，尋找最大均值對(duì)應(yīng)的多普勒通道號(hào)為雜波中心。
[0019] -種雷達(dá)導(dǎo)引頭信號(hào)處理仿真分析系統(tǒng)，其特征在于包括依次連接的導(dǎo)引頭、數(shù) 據(jù)采集器、讀取數(shù)據(jù)模塊、工作模式及參數(shù)裝訂模塊、信號(hào)處理模塊和結(jié)果顯示及數(shù)據(jù)保存 模塊；數(shù)據(jù)采集器采集導(dǎo)引頭的回波數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)模塊對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，工作模式及 參數(shù)裝訂模塊對(duì)回波信號(hào)處理進(jìn)行工作模式選擇及參數(shù)設(shè)定，信號(hào)處理模塊對(duì)回波信號(hào)進(jìn) 行信號(hào)處理，結(jié)果顯示及數(shù)據(jù)保存模塊將回波信號(hào)處理結(jié)果進(jìn)行顯示及數(shù)據(jù)保存。
[0020] 有益效果
[0021] 本發(fā)明提出的一種雷達(dá)導(dǎo)引頭信號(hào)處理仿真分析方法及系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比較 所具有的有益效果：處理結(jié)果可視化，流程簡(jiǎn)單化，測(cè)試便捷化，存儲(chǔ)高速化，驗(yàn)證高效化。 本發(fā)明將DSP中信號(hào)處理與數(shù)據(jù)處理過程部分結(jié)果能夠以數(shù)字或圖形等形式顯示出來，方 便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行調(diào)試和發(fā)現(xiàn)問題，處理過程可觀測(cè)；同時(shí)，簡(jiǎn)化了原有的導(dǎo)引頭信號(hào)采集和 仿真分析過程，不再依賴MATLAB第三方仿真分析軟件，節(jié)約了時(shí)間成本，簡(jiǎn)化了流程；其 次，改變了現(xiàn)有的DSP在導(dǎo)引頭內(nèi)部運(yùn)行期間無法觀測(cè)內(nèi)部處理結(jié)果和數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀，方便 設(shè)計(jì)人員進(jìn)行導(dǎo)引頭故障診斷和過程監(jiān)控，易于測(cè)試；再次，光纖傳輸速率明顯高于傳統(tǒng)異 步串口，且穩(wěn)定性更高，傳輸距離更長，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸速度更快；最后，方便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行 信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理新算法的驗(yàn)證和調(diào)試等工作，驗(yàn)證手段更加便捷高效。
[0022] 該軟件具體與使用MATLAB編程相比的優(yōu)勢(shì)在于：首先，該系統(tǒng)的仿真分析軟件內(nèi) 部代碼系統(tǒng)采用C++語言編寫，所編寫的信號(hào)處理算法代碼可以直接移植到DSP硬件中運(yùn) 行，工程化程度更高；其次，正是由于采用C++語言編寫，該仿真分析軟件可高度模擬導(dǎo)引 頭信號(hào)處理器硬件執(zhí)行算法的過程和結(jié)果，方便診斷導(dǎo)引頭硬件故障，同時(shí)便于驗(yàn)證新算 法；再次，該軟件可制作成.exe文件，占用資源和空間較少，總大小不到10MB ;最后，該軟件 裝訂參數(shù)方便，界面直觀友好，運(yùn)行速度更快。同樣的數(shù)據(jù)和需要的結(jié)果，該軟件的執(zhí)行時(shí) 間約為使用MATLAB執(zhí)行時(shí)間的1/3。
【附圖說明】
[0023] 圖1常用導(dǎo)引頭數(shù)據(jù)分析流程
[0024] 圖2導(dǎo)引頭信號(hào)處理仿真分析系統(tǒng)硬件連接關(guān)系
[0025] 圖3導(dǎo)引頭信號(hào)處理仿真分析系統(tǒng)
[0026] 圖4仿真分析軟件開始數(shù)據(jù)處理
[0027] 圖5信號(hào)處理算法流程
[0028] 圖6DDC處理框圖
[0029] 圖7匹配濾波器框圖
[0030] 圖8仿真分析軟件脈沖壓縮結(jié)果顯示
[0031] 圖9橫虛警模型
[0032] 圖10仿真分析軟件恒虛警結(jié)果顯示
【具體實(shí)施方式】
[0033] 現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0034] 本發(fā)明包括信號(hào)處理與數(shù)據(jù)處理算法及一套自編的仿真分析軟件、雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù) 采集器、控制計(jì)算機(jī)和具備光纖通信的雷達(dá)導(dǎo)引頭組成，如圖2為其硬件連接關(guān)系圖，仿真 分析軟件可看作是對(duì)信號(hào)處理器的軟件化，可以模擬信號(hào)處理器的執(zhí)行算法和數(shù)據(jù)處理等 功能。該方法在對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備從導(dǎo)引頭信號(hào)處理器 的光纖接口高速采集經(jīng)過下變頻處理的和路/差路信號(hào)并保存在數(shù)采設(shè)備上，然后通過網(wǎng) 線將所采數(shù)據(jù)導(dǎo)入到控制計(jì)算機(jī)上，之后使用該方法的仿真軟件進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)處理和數(shù) 據(jù)處理，并以數(shù)據(jù)和圖表的形式反映出處理結(jié)果。因此，進(jìn)行雷達(dá)導(dǎo)引頭數(shù)據(jù)分析可以不 再單純依賴原有的MATLAB等仿真分析軟件，由于采用C++語言格式編寫，該系統(tǒng)軟件自編 的信號(hào)處理與數(shù)據(jù)處理代碼可以移植到導(dǎo)引頭數(shù)字信號(hào)處理器（DSP)中執(zhí)行，免去了由 MATLAB語言轉(zhuǎn)換成C語言的過程，縮短了 DSP算法改進(jìn)和驗(yàn)證的時(shí)間。
[0035] 首先，編寫該系統(tǒng)的核心：仿真分析軟件，將雷達(dá)導(dǎo)引頭常用的功能算法采用C++ 語言內(nèi)嵌進(jìn)仿真分析軟件，包括軟件界面、文件讀取與保存以及信號(hào)處理算法等功能，同時(shí) 在軟件界面上開發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)圖形顯示窗口，如果要驗(yàn)證新的處理算法可以編寫相應(yīng)的代 碼。其次，為了提高數(shù)據(jù)采集的速度，設(shè)計(jì)并制作具備光纖傳輸?shù)男盘?hào)處理板替換常用的通 過異步串口采集數(shù)據(jù)的信號(hào)處理板，這里光纖與異步串口相比優(yōu)勢(shì)在于光纖傳輸速度高， 光纖傳輸常用2. 5Gbps傳輸，而異步串口常用速度是230400bps或115200bps，因此光纖傳 輸更適用于大量數(shù)據(jù)傳輸。最后，將整套軟硬件系統(tǒng)連接起來，進(jìn)行導(dǎo)引頭數(shù)據(jù)采集和仿真 分析等工作。
[0036] 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理前，需要使用數(shù)據(jù)采集器采集導(dǎo)引頭的回波數(shù)據(jù)并保存在數(shù)據(jù)采 集器中，緊接著使用該軟件進(jìn)行加載和處理：首先打開網(wǎng)絡(luò)連接，與數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行TCP/ IP連接，然后讀取文件列表，選擇需要處理的文件，之后選擇處理模式與算法。在此基礎(chǔ)上 開始進(jìn)行處理，根據(jù)關(guān)心的過程節(jié)點(diǎn)選擇相應(yīng)的結(jié)果進(jìn)行顯示，與此同時(shí)把處理結(jié)果以文 本文件的格式進(jìn)行記錄。如果新編寫的某個(gè)目標(biāo)處理等算法在該軟件中得到了理想的效 果，那么該算法的C++代碼可以直接燒寫進(jìn)導(dǎo)引頭DSP硬件中，進(jìn)行相應(yīng)的目標(biāo)處理試驗(yàn)， 進(jìn)一步縮短了新算法從開發(fā)到工程應(yīng)用的時(shí)間。
[0037] 首先，基于MFC以C++語言為基礎(chǔ)編寫雷達(dá)導(dǎo)引頭數(shù)據(jù)處理仿真分析軟件，如圖3 為仿真分析系統(tǒng)，依次包括導(dǎo)引頭、數(shù)據(jù)采集器、讀取數(shù)據(jù)模塊、工作模式及參數(shù)裝訂模塊、 信號(hào)處理模塊和