CN104898112A - 一种基于gsm信号无源探测雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无源探测领域，具体涉及一种基于GSM信号无源探测雷达。本发明通过采用回波天线和直达波天线分别接收低空小目标回波信号的接收和GSM基站直达波信号的接收，并在GSM无源双通道接收机完成射频对消，进而实现了利用无源接收方式实现低空小目标的探测。本发明具抗干扰能力强、隐蔽性好的特点，可有效的对低空小的探测。

Description

一种基于GSM信号无源探测雷达
技术领域
 本发明涉及无源探测领域，具体涉及一种基于GSM信号无源探测雷达。
背景技术
 基于GSM通讯基站作发射源的无源接收雷达利用民用基站密集分布、低空信号强的特点，能够完成对重点保护空域内低空目标的监视和跟踪，在快速应变的电子侦察及强烈的电子干扰下，在面对具有掠地能力的低空、超低空飞机和巡航导弹时，在面对快速反应自主式高速反辐射导弹时，均具有一定的优势。这样构建的雷达网，隐藏于民用设备中，增加了系统的隐蔽性和可靠性，在保障国家安全上将发挥重大的作用。
基于调频广播、电视信号的无源探测系统国内外都比较多，但是基于GSM信号的无源探测国内尚属首次，国外也未见相关公开文献报道。
发明内容
针对背景技术的不足，本发明通过采用回波天线和直达波天线分别接收低空小目标回波信号的接收和GSM基站直达波信号的接收，并在GSM无源双通道接收机完成射频对消，进而实现了利用无源接收方式实现低空小目标的探测。本发明具抗干扰能力强、隐蔽性好的特点，可有效的对低空小目标进行探测。
本发明的技术方案是：一种基于GSM信号无源探测雷达，包括直达波天线、回波接收天线、GSM无源双通道接收机、信号处理、录取终端部分组成，其中回波天线采用高增益天线，直达波天线采用低增益天线，其特征在于：GSM无源双通道接收机通过射频对消模块完成射频对消，并完成直达波、回波信号的放大、滤波、混频后送信号处理；信号处理完成直达波对消、直达波、回波信号的匹配滤波，并进行距离多普勒两维滤波降低系统虚警概率，形成目标信息送录取终端，录取终端完成目标真实距离解算，进行目标航迹相关后进行目标航迹的显示。
如上所述的无源探测雷达，其特征在于：所述的射频对消模块完成射频对消校正，并完成回波通道中直达波干扰信号的对消。
如上所述的无源探测雷达，其特征在于：所述的GSM无源双通道接收机参照GSM信号特点变频间隔为200KHz。
如上所述的无源探测雷达，其特征在于：所述的信号处理采用直达波对消完成剩余直达波干扰信号的对消，采用距离多普勒两维滤波有效的滤除由于同频、邻频干扰信号所引起的虚假目标。
如上所述的无源探测雷达，其特征在于：所述的录取终端根据信号处理送出的目标距离，GSM发射站与雷达的距离、双基地角计算出目标的真实距离。
本发明的有益效果是：填补利用GSM信号进行目标探测领域技术空白。
附图说明
附图1 为基于GSM信号无源探测雷达原理框图；
附图2 为GSM无源双通道接收机原理框图。
附图3 为接收机射频对消流程图。
附图4为点频信号射频对消前信号强度图。
附图5为点频信号射频对消后信号强度图。
附图6为信号处理流程图。
附图7为录取终端解算目标真实距离流程图。
附图8a、图8b为低空飞行无人机跟踪结果图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如附图1，本发明的GSM信号无源探测雷达，由直达波天线、回波接收天线、GSM无源双通道接收机、信号处理、录取终端部分组成，GSM无源双通道接收机变频间隔为200KHz。其中回波天线采用高增益天线，主要完成低空小目标回波信号的接收，直达波天线采用低增益天线，完成GSM基站直达波信号的接收，该信号主要用于和回波信号的匹配滤波以及目标距离的解算； GSM无源双通道接收机完成射频对消，直达波、回波信号的放大、滤波、混频后送信号处理。信号处理完成直达波、回波信号的匹配滤波，并进行距离多普勒两维滤波降低系统虚警概率，形成目标信息送录取终端，录取终端进行目标航迹相关后进行目标航迹的显示。
如附图2，本发明GSM无源双通道接收机包括射频对消、滤波、放大、混频等功能模块组成。其中射频对消模块是GSM无源双通道接收机的核心功能模块。在GSM无源探测系统中，回波通道在接收回波信号的同时也会接收到基站的直达波信号。射频对消模块完成回波通道的直达波信号的对消，防止直达波信号过强引起的回波通道饱和同时减少直达波信号对回波信号的干扰。
如附图3，本发明GSM无源双通道接收机射频对消流程分为两个过程，分别为对消校准过程和射频对消过程。对消校准过程主要是对天线不同方位、不同工作频点直达波、回波通道幅度、相位的不一致性进行校准，保证射频对消效果。其工作过程为，采用一标准信号源产生射频信号分别接入直达波回波通道射频输入端，通过设置不同的频点和不同的雷达天线方位，调整直达波通道的幅度和相位，达到回波通道射频输出功率最小，并由FPGA将该频率码、方位码、幅度值、相位值存储在FLASH中，每个频点可以存储512个方位的幅度值、相位值。射频对消过程，是雷达实际工作过程完成直达波对消，抑制直达波的过程。其工作过程为，首先FPGA接收系统频率码和方位码，并读取FLASH中该频点和方位码所对应的幅度值、相位值，完成接收机幅度相位补偿，并通过控制直达波移相器和衰减器实现直达波的对消。
射频对消的基本原理是两路幅度相同，相位相反的信号通过矢量相加，可以相互抵消，从而达到抑制其中一路信号的效果。该GSM无源双通道接收机采用对消校正的方式有效的解决了因为频点和天线方位（特别是带旋转铰链的天线）的不同而引入的幅度、相位不一致对对消效果的影响。
如附图4、5，采用射频对消可以有效消除回波通道中直达波信号的影响。
如附图6，本发明信号处理包括时域直达波对消、时延-多普勒处理、时频域联合航迹关联算法等功能模块组成。其中时域直达波对消主要完成回波信号中直达波信号的对消（经过GSM无源双通道接收机射频对消后，回波通道还有剩余直达波干扰），减少直达波干扰，提升目标检测能力。时延-多普勒处理主要完成直达波回波信号的相关，进行距离解算，同时进行时频域联合航迹关联给出真实目标信息。下面对这时域直达波对消算法以及分别进行描述。
常规的直达波对消为了避免矩阵求逆而使用NLMS算法，而该算法的收敛速度慢不适用于实时系统，单次计算的权系数对于直达波对消不理想。而使用分段的ECA—B（子空间正交投影）算法，则是使用全部大数量样本数估计回波中直达波分量的二阶统计量，可以使得权系数直接收敛到稳态，故能很好的对消直达波分量。
航迹关联算法是针对GSM信号特点设计的一种降低虚警概率的方法。鉴于GSM信号频段频点的复用率高的特点，信号处理中总会或多或少的存在剩余的同邻频（同频率GSM信号、相邻频率GSM信号）干扰。针对目标的距离多普勒帧间存在逻辑关联，而同邻频干扰与直达波信号存在较弱的相干性，故可以通过航迹关联过滤出真实目标航迹信息。
如附图7，本发明录取终端解算目标真实距离流程，录取终端依据信号处理给出的目标距离                                               ,双基地角（GSM发射站与雷达连线和雷达回波天线直线指向之间的夹角），GSM发射站与雷达之间的距离，通过解以下方程组就可以解算出目标的真实距离。
其中为GSM发射站到目标的距离。
附图8a、图8b为实际的低空无人机探测结果，可看出采用该系统可有效对低空小目标进行探测。

Claims (5)

1.一种基于GSM信号无源探测雷达，包括直达波天线、回波接收天线、GSM无源双通道接收机、信号处理、录取终端部分组成，其中回波天线采用高增益天线，直达波天线采用低增益天线，其特征在于：GSM无源双通道接收机通过射频对消模块完成射频对消，并完成直达波、回波信号的放大、滤波、混频后送信号处理；信号处理完成直达波对消、直达波、回波信号的匹配滤波，并进行距离多普勒两维滤波降低系统虚警概率，形成目标信息送录取终端，录取终端完成目标真实距离解算，进行目标航迹相关后进行目标航迹的显示。
2.如权利要求1所述的无源探测雷达，其特征在于：所述的射频对消模块完成射频对消校正，并完成回波通道中直达波干扰信号的对消。
3.如权利要求1所述的无源探测雷达，其特征在于：所述的GSM无源双通道接收机参照GSM信号特点变频间隔为200KHz。
4.如权利要求1所述的无源探测雷达，其特征在于：所述的信号处理采用直达波对消完成剩余直达波干扰信号的对消，采用距离多普勒两维滤波有效的滤除由于同频、邻频干扰信号所引起的虚假目标。
5.如权利要求1所述的无源探测雷达，其特征在于：所述的录取终端根据信号处理送出的目标距离，GSM发射站与雷达的距离、双基地角计算出目标的真实距离。
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