專利名稱：動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)和跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線自動跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)和跟
蹤方法。
背景技術(shù)：
動中通是指天線安裝在移動載體(如汽車、火車、飛機(jī)、輪船等)上快速運動，仍能與目標(biāo)保持通信鏈路暢通、實現(xiàn)實時通信的系統(tǒng)。動中通要解決的主要問題，是在行進(jìn)期間，如何使天線始終高精度地對準(zhǔn)空中目標(biāo)平臺，以保證高質(zhì)量的通信。動中通系統(tǒng)的載體是處于不斷運動過程中，這種運動包括載體方向變化、速度變化、顛簸造成的載體起伏、搖晃與抖動，以及各種起伏引起的載體運動加速度的變化等。這些變化使天線可能偏離甚至找不到空中目標(biāo)平臺。為了解決這個問題，多采用“陀螺閉環(huán)穩(wěn)定+電平跟蹤”技術(shù)。陀螺穩(wěn)定技術(shù)可解決載體搖晃、抖動的問題，而解決天線極化軸與空中平臺偏離的問題，則需要采用天線自動跟蹤技術(shù)。動中通系統(tǒng)天線跟蹤方式的選擇依據(jù)天線的饋源形式，根據(jù)饋源形式的不同分為步進(jìn)跟蹤、圓錐掃描跟蹤和單脈沖跟蹤。單脈沖跟蹤方式由天線饋源輸出和信號與差信號。和、差射頻信號經(jīng)射頻前端變換處理后送至跟蹤接收機(jī)，并由跟蹤接收機(jī)輸出兩路與天線電軸偏離空中目標(biāo)平臺角度成正比的方位誤差信號與俯仰誤差信號到伺服控制單元，控制天線運動，完成對空中目標(biāo)平臺的實時跟蹤。單脈沖跟蹤能從每個接收脈沖中得到完整的角誤差信息，這種跟蹤方式是一個閉環(huán)系統(tǒng)，具有實時性好、跟蹤精度高的優(yōu)點。在日益復(fù)雜的空間環(huán)境和電子干擾環(huán)境下，雷達(dá)、通信等電子設(shè)備受到越來越多的干擾。采用單脈沖方式在跟蹤目標(biāo)過程中，若主波束內(nèi)存在多個在距離、方向及多普勒等參數(shù)方面都不能分辨的目標(biāo)，則會影響角跟蹤系統(tǒng)，使其跟蹤幾個目標(biāo)的功率重心，嚴(yán)重時會導(dǎo)致原目標(biāo)丟失。為減小空中設(shè)備的體積、重量，“動中通”系統(tǒng)可采用統(tǒng)一載波體制，不再另設(shè)信標(biāo)機(jī)，這就要求地面設(shè)備能夠直接對下行的通信信號進(jìn)行跟蹤測角。對跟蹤接收機(jī)而言，其關(guān)心的是調(diào)制在信號上的誤差信息，而不關(guān)心調(diào)制信號的具體內(nèi)容。如果能夠找到一種方法， 把解調(diào)帶有誤差信息的低頻信號前的中頻帶寬壓窄，提高檢波前信號的載噪比，又不損失誤差信息，就能提高跟蹤接收靈敏度。在復(fù)雜電子干擾環(huán)境下，噪聲干擾可以通過天線主瓣或旁瓣進(jìn)入接收機(jī)。經(jīng)典的從噪聲中提取信號的方法是自適應(yīng)濾波法，較新的方法為基于小波的去噪提取信號的方法。近幾年，Hilbert Huang變換理論及其在非平穩(wěn)非線性信號分析和應(yīng)用中取得了很多成果，并將其應(yīng)用于去除噪聲分離信號的目的。但尚未見到適用于動中通系統(tǒng)天線跟蹤的更有效的去噪濾波裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)和跟蹤方法，配置分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器和經(jīng)驗?zāi)B(tài)濾波器，得到準(zhǔn)確的角誤差信息，提高復(fù)雜情況下對空中目標(biāo)平臺跟蹤的精度。本發(fā)明設(shè)計的動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)包括雷達(dá)裝置、伺服控制單元以及回波處理裝置，雷達(dá)裝置包括天線、收發(fā)雙工器和射頻放大器，伺服控制單元連接控制天線；回波處理裝置包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、波形產(chǎn)生器、匹配濾波器、帶通濾波器、下變頻器、單脈沖處理器和數(shù)字信號處理器；波形發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖一路接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號，接入上變頻器后作為發(fā)射信號經(jīng)射頻放大器和收發(fā)雙工器，送入天線發(fā)送。本發(fā)明的跟蹤系統(tǒng)回波處理裝置還配置分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器(FrFT濾波器) 和經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EMD)濾波器，雷達(dá)裝置的收發(fā)雙工器從天線接收的回波信號送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行中頻采樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換控制器連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，控制其中頻采樣時序、提供中頻采樣時鐘，中頻采樣所得回波信號接入下變頻器，下變頻器送出的中頻信號經(jīng)帶通濾波器后依次進(jìn)入經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解濾波器、分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器，再進(jìn)入匹配濾波器，匹配濾波器處理后的信號經(jīng)逆分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器(Inv FrFT濾波器)送入單脈沖處理器，進(jìn)行方位誤差、俯仰誤差、距離誤差計算；單脈沖處理器的輸出接入數(shù)字信號處理器，數(shù)字信號處理器讀取數(shù)據(jù)，計算目標(biāo)方位、俯仰和距離，產(chǎn)生的方位信息與俯仰信息接入伺服控制單元，實時修正天線方向，達(dá)到穩(wěn)定跟蹤的目的；所得距離信息反饋到分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器和單脈沖處理器。波形發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖第二路送入匹配濾波器，第三路接入分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器，作為參考信號。本系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換控制器、下變頻器、帶通濾波器、分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器、 匹配濾波器、逆分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器、單脈沖處理器等模塊均由現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)實現(xiàn)?，F(xiàn)場可編程門陣列與數(shù)字信號處理器經(jīng)外部存儲器接口(EMIF)連接。現(xiàn)場可編程門陣列有USB接口，本系統(tǒng)處理結(jié)果通過USB發(fā)送到上位機(jī)，用戶可通過上位機(jī)獲取相關(guān)信息。本發(fā)明設(shè)計的動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)的跟蹤方法為回波經(jīng)帶通、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解、分?jǐn)?shù)階傅里葉變換、匹配濾波、逆分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波處理后送入單脈沖處理器， 由單脈沖處理器進(jìn)行方位誤差、俯仰誤差、距離誤差計算，計算結(jié)果輸出接入數(shù)字信號處理器，數(shù)字信號處理器讀取數(shù)據(jù)，計算目標(biāo)方位、俯仰和距離，產(chǎn)生的方位信號與俯仰信號接入伺服控制單元，調(diào)節(jié)天線的方位角和俯仰角實時跟蹤空中目標(biāo)平臺。雷達(dá)裝置將接收到的回波送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行中頻采樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換控制器控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器的中頻采樣時序、提供中頻采樣時鐘，中頻采樣所得回波信號進(jìn)行數(shù)字下變頻、帶通濾波、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解、分?jǐn)?shù)階傅里葉變換(FrFT)處理，處理結(jié)果再進(jìn)行單脈沖處理，即根據(jù)回波信息提取方位角度和俯仰角度誤差信息。數(shù)字信號處理器讀取單脈沖處理的數(shù)據(jù)， 計算目標(biāo)方位、俯仰和距離，所得方位信息和俯仰信息傳送給伺服控制單元，以及時修正天線方向，達(dá)到穩(wěn)定跟蹤的目的，距離信息被反饋給信息反饋到分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器和單脈沖處理器，作為參考信號和產(chǎn)生采樣波門。經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解方法基于信號的局部時間尺度，把復(fù)雜的信號函數(shù)分解為有限的內(nèi)在模態(tài)函數(shù)(IMF)之和，每一個IMF所包含的頻率成分與采樣頻率有關(guān)，且隨信號本身變化而變化，經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解方法是自適應(yīng)的信號處理方法，具有很高的信噪比。經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解濾波方法步驟如下I、讀取帶通濾波器輸出數(shù)據(jù)x(t)；II、確定x(t)所有的局部最大值和最小值；III、利用三次樣條函數(shù)分別將最大值點擬合為該信號的上包絡(luò)線，將最小值點擬合為該信號的下包絡(luò)線；IV、計算兩包絡(luò)線的均值m(t)V、求 χ (t)和 m (t)的差值 hk (t) = χ (t) -m (t)VI、判斷hk(t)是否為固有模態(tài)函數(shù)(IMF)，如果是，將hk(t)看成x(t) =hk(t)， 進(jìn)入第VII步，否則返回第II步；
ηVII、確定hk(t)為第η個IMFC ，剩余函數(shù)峻)=論；VIII、判斷r(t)是否為單調(diào)函數(shù)或常數(shù)？如果是進(jìn)入第IX步，否則返回第II步；IX、原始信號x(t)被分解成η個IMF:Cl⑴、C2⑴、…、cn(t)和剩余函數(shù)r(t)；
ηΧαΑ^ΣΥ^ + Κ小進(jìn)行低通自適應(yīng)濾波消噪；
i=kXI、結(jié)果輸出至分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器。其中分?jǐn)?shù)階傅立葉變換濾波器具體濾波步驟如下i、讀取EMD濾波器輸出數(shù)據(jù)；ii、針對主目標(biāo)確定最佳分?jǐn)?shù)域；iii、在最佳分?jǐn)?shù)階傅立葉變換(fractional Fourier transform FrFT)域計算主目標(biāo)和其他目標(biāo)的互相關(guān)矩陣；并在最佳分?jǐn)?shù)階傅立葉變換域計算附加目標(biāo)的自相關(guān)矩陣；iv、在分?jǐn)?shù)階域設(shè)計最優(yōu)濾波器；V、使用最佳分?jǐn)?shù)變換矩陣，提取有用信號；vi、使用最佳分?jǐn)?shù)階變換矩陣的逆，將有用信號變換至?xí)r域；vii,結(jié)果輸出至單脈沖處理器。本發(fā)明動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)和跟蹤方法的優(yōu)點為1、本系統(tǒng)擴(kuò)展了原動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)，實現(xiàn)動中通在復(fù)雜空間和電子干擾環(huán)境下采用單脈沖方式進(jìn)行角度跟蹤，保證動中通系統(tǒng)在復(fù)雜和低信噪比條件下也可準(zhǔn)確跟蹤空中目標(biāo)平臺，實現(xiàn)高質(zhì)量的通信；2、本系統(tǒng)中的中頻采樣、數(shù)字下變頻、濾波等模塊的功能均可用前端現(xiàn)場可編程門陣列和橋接現(xiàn)場可編程門陣列實現(xiàn)，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)簡捷。


圖1為本動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)實施例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)實施例基于FPGA+DSP構(gòu)建的回波處理硬件結(jié)構(gòu)框圖；圖3為信噪比為-15dB的回波信號的時域圖；圖4為信噪比為-15dB的回波信號的頻譜圖；圖5為信噪比為-15dB的回波信號的wigner分布俯視圖6為本動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)的跟蹤方法實施例的經(jīng)EMD處理消噪后的信號頻譜圖；圖7為本動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)的跟蹤方法實施例的經(jīng)EMD處理消噪后的信號wigner變換后的俯視圖；圖8為本動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)的跟蹤方法實施例的經(jīng)FrFT處理后的信號頻譜圖；圖9為本動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)的跟蹤方法實施例的經(jīng)匹配濾波處理后的信號頻譜圖；圖10為本動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)的跟蹤方法實施例的經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解濾波方法的程序框圖。
具體實施例方式動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)實施例本動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括雷達(dá)裝置、伺服控制單元以及回波處理裝置，雷達(dá)裝置包括天線、收發(fā)雙工器和射頻放大器，伺服控制單元連接并控制天線方向；回波處理裝置包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、波形產(chǎn)生器、匹配濾波器、分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器(FrFT濾波器)、逆分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器(Inv FrFT濾波器)、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EMD)濾波器，帶通濾波器、下變頻器、單脈沖處理器和數(shù)字信號處理器；波形發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖一路接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號，接入上變頻器后作為發(fā)射信號經(jīng)射頻放大器和收發(fā)雙工器，送入天線發(fā)送。雷達(dá)裝置的收發(fā)雙工器從天線接收的回波信號送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換控制器連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，控制其中頻采樣時序，中頻采樣所得回波信號接入下變頻器，下變頻后的回波信號進(jìn)入多路分配器，按重復(fù)周期分時存入其所接的乒乓存儲器A或乒乓存儲器B，用于乒乓存儲回波數(shù)據(jù)，乒乓存儲器A和乒乓存儲器B的輸出接入多路復(fù)用器，多路復(fù)用器連接的數(shù)據(jù)傳輸控制器產(chǎn)生相應(yīng)的讀控制信號、控制多路復(fù)用器從乒乓存儲器A或B中讀取數(shù)據(jù)。所得回波數(shù)據(jù)依次經(jīng)帶通濾波器、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解濾波器、分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器、 匹配濾波器，匹配濾波器的處理后的信號經(jīng)逆分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器送入單脈沖處理器、數(shù)字信號處理器，數(shù)字信號處理器產(chǎn)生的方位信號與俯仰信號接入伺服控制單元；所得距離信息反饋到分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器和單脈沖處理器。波形發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖第二路送入匹配濾波器，第三路接入分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器。本系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換控制器、下變頻器、帶通濾波器、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解濾波器、分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器、匹配濾波器、單脈沖處理器等模塊均由現(xiàn)場可編程門陣列實現(xiàn)?，F(xiàn)場可編程門陣列與數(shù)字信號處理器經(jīng)外部存儲器接口(EMIF)連接。本例的回波裝置硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。本例的現(xiàn)場可編程門陣列包括前置現(xiàn)場可編程門陣列(前置FPGA)和橋接現(xiàn)場可編程門陣列(橋接FPGA)，二者通過外部存儲器接口(EMIF)連接。前置現(xiàn)場可編程門陣列有USB接口 ；還接有外部存儲器，以擴(kuò)展芯片的存儲空間。數(shù)字信號處理器有RS232串行接口，經(jīng)此與伺服控制單元連接。數(shù)字信號處理器也接有外部存儲器。動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)的跟蹤方法實施例本例雷達(dá)裝置將接收到的回波送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行中頻采樣，中頻采樣所得回波信號進(jìn)行數(shù)字下變頻、帶通濾波、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解、分?jǐn)?shù)階傅里葉變換(FrFT)處理，處理結(jié)果再進(jìn)行單脈沖處理和方位、俯仰、距離計算。數(shù)字信號處理器讀取數(shù)據(jù)，計算目標(biāo)方位、俯仰和距離，所得方位信號和俯仰信號傳送給伺服控制單元，實時修正天線方位角和俯仰角，跟蹤空中目標(biāo)平臺。雷達(dá)裝置接收到的回波信號數(shù)學(xué)表達(dá)式如下r (t) = T1 (t) +r2 (t) +n (t)(1)其中n(t)是均值為0、方差為δ 2的加性高斯白噪聲。ri(t) =AieXpEjOJifci+Φ )](2)r2(t) =A2exp[j(2 3i (f0+μ t2/2)+Φ0) ] (3)ri(t)為“動中通”空中平臺回波信號，r2(t)為干擾目標(biāo)回波信號。AjPA2分別為平臺回波信號和干擾目標(biāo)回波信號的幅度。fo為發(fā)射信號的載波頻率；Φο為初相；μ為干擾目標(biāo)回波信號的調(diào)頻率。圖3為信噪比為_15dB的雷達(dá)裝置接收到的回波信號的時域圖，圖4為其頻譜圖。 由圖可見，信號淹沒在噪聲之中。以上回波信號的wigner分布如圖5所示，變換后，空中目標(biāo)平臺的回波信號已然淹沒于噪聲之中，完全不能辨識。經(jīng)本系統(tǒng)的經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EMD)處理消噪后，信噪比得到改善，圖6為EMD消噪后的頻譜圖，可見空中平臺信號回波和干擾目標(biāo)信號回波的頻譜清晰可辨。但是由于空中平臺信號回波和干擾目標(biāo)信號回波的頻譜有重疊，因此，在頻域上不能分離空中平臺和干擾目標(biāo)信號回波。EMD消噪后信號wigner變換后俯視圖如圖7所示，由于未能使空中平臺和干擾目標(biāo)回波信號能量分別聚斂，所以還不能實現(xiàn)空中平臺和干擾目標(biāo)回波信號的分離， 也就是尚未消除干擾目標(biāo)的影響。經(jīng)分?jǐn)?shù)階傅里葉變換(FrFT)處理，空中平臺和干擾目標(biāo)信號回波能量分別聚斂， 如圖8所示，形成兩個分離的峰值。再通過匹配濾波器濾除干擾信號，即可消除干擾目標(biāo)信號對空中平臺信號回波的干擾，實現(xiàn)單脈沖角度跟蹤。如圖9所示。由于本方法去除了干擾目標(biāo)信號的影響，對于空中平臺目標(biāo)的跟蹤精度得到提高。其中，經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解濾波器濾波方法是基于信號的局部時間尺度，把復(fù)雜的信號函數(shù)分解為有限的內(nèi)在模態(tài)函數(shù)(IMF)之和，，具體步驟如圖10所示I、讀取帶通濾波器輸出數(shù)據(jù)x(t)；II、確定x(t)所有的局部最大值和最小值；III、利用三次樣條函數(shù)分別將最大值點擬合為該信號的上包絡(luò)線，將最小值點擬合為該信號的下包絡(luò)線； IV、計算兩包絡(luò)線的均值m (t)V、求 χ ⑴和 m (t)的差值 hk (t) = χ (t) _m (t)VI、判斷hk(t)是否為固有模態(tài)函數(shù)(IMF)，如果是，將hk(t)看成x(t) =hk(t)，進(jìn)入第VII步，否則返回第II步；
ηVII、確定hk(t)為第η個IMFc (Λ，剩余函數(shù)峻)=論；VIII、判斷r(t)是否為單調(diào)函數(shù)或常數(shù)？如果是進(jìn)入第IX步，否則返回第II步；IX、原始信號x(t)被分解成η個IMF:Cl⑴、C2⑴、…、cn(t)和剩余函數(shù)r(t)；
ηΧαΑ^ΣΥ^+Κ小進(jìn)行低通自適應(yīng)濾波消噪；
i=kXI、結(jié)果輸出至分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器。其中分?jǐn)?shù)階傅立葉變換濾波器具體濾波步驟如下i、讀取EMD濾波器輸出數(shù)據(jù)；ii、針對主目標(biāo)確定最佳分?jǐn)?shù)域；iii、在最佳分?jǐn)?shù)階傅立葉變換(fractional Fourier transform FrFT)域計算主目標(biāo)和其他目標(biāo)的互相關(guān)矩陣；并在最佳分?jǐn)?shù)階傅立葉變換域計算附加目標(biāo)的自相關(guān)矩陣；iv、在分?jǐn)?shù)階域設(shè)計最優(yōu)濾波器；V、使用最佳分?jǐn)?shù)變換矩陣，提取有用信號；vi、使用最佳分?jǐn)?shù)階變換矩陣的逆，將有用信號變換至?xí)r域；vii、結(jié)果輸出至單脈沖處理器。上述實施例，僅為對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說明的具體個例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)，包括雷達(dá)裝置、伺服控制單元以及回波處理裝置，雷達(dá)裝置包括天線、收發(fā)雙工器和射頻放大器，伺服控制單元連接、控制天線；回波處理裝置包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、波形產(chǎn)生器、匹配濾波器、帶通濾波器、下變頻器、單脈沖處理器和數(shù)字信號處理器；波形發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖一路接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號，接入上變頻器后作為發(fā)射信號經(jīng)射頻放大器和收發(fā)雙工器，送入天線發(fā)送；其特征在于所述回波處理裝置還配置分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器、逆分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器和經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解濾波器，雷達(dá)裝置的收發(fā)雙工器從天線接收的回波信號送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換控制器連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，控制其中頻采樣時序、提供中頻采樣時鐘；中頻采樣所得回波信號接入下變頻器，下變頻器送出的中頻信號經(jīng)帶通濾波器后依次進(jìn)入經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解濾波器、分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器，再進(jìn)入匹配濾波器，匹配濾波器的處理后的信號經(jīng)逆分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器送入單脈沖處理器，進(jìn)行方位誤差、俯仰誤差、距離誤差計算；單脈沖處理器的輸出接入數(shù)字信號處理器，數(shù)字信號處理器讀取數(shù)據(jù)，計算目標(biāo)方位、俯仰和距離， 產(chǎn)生的方位信號與俯仰信號接入伺服控制單元；所得距離信息反饋到分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器和單脈沖處理器；波形發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖第二路送入匹配濾波器，第三路接入分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換控制器、下變頻器、帶通濾波器、分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器、逆分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器、匹配濾波器、單脈沖處理器均由現(xiàn)場可編程門陣列實現(xiàn)，現(xiàn)場可編程門陣列與數(shù)字信號處理器經(jīng)外部存儲器接口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述現(xiàn)場可編程門陣列有USB接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述現(xiàn)場可編程門陣列包括前置現(xiàn)場可編程門陣列和橋接現(xiàn)場可編程門陣列，二者通過外部存儲器接口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字信號處理器有RS232串行接口，經(jīng)此與伺服控制單元連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述現(xiàn)場可編程門陣列和/或數(shù)字信號處理器接有外部存儲器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)的跟蹤方法，其特征在于所述雷達(dá)裝置將接收到的回波送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行中頻采樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換控制器控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器的中頻采樣時序、提供中頻采樣時鐘，中頻采樣所得回波信號進(jìn)行數(shù)字下變頻、帶通濾波、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解、分?jǐn)?shù)階傅里葉變換處理，處理結(jié)果再進(jìn)行單脈沖處理，即方位誤差、 俯仰誤差、距離誤差計算；數(shù)字信號處理器讀取數(shù)據(jù)，計算目標(biāo)方位、俯仰和距離，所得方位信號和俯仰信號傳送給伺服控制單元，距離信息被反饋給信息反饋到分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器和單脈沖處理器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)的跟蹤方法，其特征在于所述經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解濾波器的經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解方法基于信號的局部時間尺度，把復(fù)雜的信號函數(shù)分解為有限的內(nèi)在模態(tài)函數(shù)之和。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)的跟蹤方法，其特征在于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解濾波方法具體步驟如下I、讀取帶通濾波器輸出數(shù)據(jù)x(t)；II、確定x(t)所有的局部最大值和最小值；III、利用三次樣條函數(shù)分別將最大值點擬合為該信號的上包絡(luò)線，將最小值點擬合為該信號的下包絡(luò)線；IV、計算兩包絡(luò)線的均值m(t)；V、求x(t)和 m(t)的差值 hk(t) =x(t)-m(t)；VI、判斷hk(t)是否為固有模態(tài)函數(shù)(IMF)，如果是，將hk(t)看成x(t)=hk(t)，進(jìn)入第VII步，否則返回第II步；ηVII、確定hk(t)為第η個IMFC ，剩余函數(shù)峻)=論；VIII、判斷r(t)是否為單調(diào)函數(shù)或常數(shù)？如果是進(jìn)入第IX步，否則返回第II步；IX、原始信號χ(t)被分解成η個IMF:Cl⑴、c2⑴、-,cn(t)和剩余函數(shù)r(t)；ηιλ (O=ΣΗ1 (O+KO，進(jìn)行低通自適應(yīng)濾波消噪；j=kXI、結(jié)果輸出至分?jǐn)?shù)階傅里葉變換濾波器。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)的跟蹤方法，其特征在于 所述分?jǐn)?shù)階傅立葉變換濾波器具體濾波步驟如下i、讀取經(jīng)驗?zāi)B(tài)濾波器輸出數(shù)據(jù)；·11.針對主目標(biāo)確定最佳分?jǐn)?shù)域；iii、在最佳分?jǐn)?shù)階傅立葉變換域計算主目標(biāo)和其他目標(biāo)的互相關(guān)矩陣；并在最佳分?jǐn)?shù)階傅立葉變換域計算附加目標(biāo)的自相關(guān)矩陣；iv、在分?jǐn)?shù)階域設(shè)計最優(yōu)濾波器；V、使用最佳分?jǐn)?shù)變換矩陣，提取有用信號；Vi、使用最佳分?jǐn)?shù)階變換矩陣的逆，將有用信號變換至?xí)r域；Vii、結(jié)果輸出至單脈沖處理器。
全文摘要
本發(fā)明為動中通單脈沖角度跟蹤系統(tǒng)和跟蹤方法，本系統(tǒng)包括雷達(dá)裝置、伺服控制單元以及回波處理裝置，回波處理裝置配置FrFT濾波器和經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EMD)濾波器，下變頻器送出的中頻信號經(jīng)帶通濾波器后依次進(jìn)入EMD濾波器、FrFT濾波器、匹配濾波器、Inv FrFT濾波器送入單脈沖處理器，再接入DSP，DSP連接天線的伺服控制裝置?；夭ㄌ幚硌b置的主要模塊均由FPGA實現(xiàn)，F(xiàn)PGA經(jīng)EMIF連接DSP。本跟蹤方法中頻采樣所得回波信號經(jīng)數(shù)字下變頻、帶通濾波、EMD、FrFT處理后進(jìn)行單脈沖處理提取方位和俯仰角度誤差，DSP讀取誤差數(shù)據(jù)，計算目標(biāo)方位、俯仰和距離，所得方位和俯仰信息傳送給伺服控制單元修正天線方向。本發(fā)明實現(xiàn)動中通在復(fù)雜和低信噪比條件下準(zhǔn)確跟蹤，硬件結(jié)構(gòu)簡捷。
文檔編號G05D3/12GK102339071SQ20111025330
公開日2012年2月1日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者柳政枝, 白云浩, 羅良桂, 蔣留兵, 車?yán)? 黃韜 申請人:桂林電子科技大學(xué)