[發明專利]基于交替碼調制的ISR信號處理系統

有效

• 申請號: 201110092743.2
• 申請日: 2011-04-14
• 公開（公告）號: CN102253372A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 姬紅兵;李林;杜鑫;趙博
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/32
• 分類號: G01S7/32
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于信號與信息處理技術領域，涉及非相干散射雷達系統，可用于電離層探測和參數估計。

背景技術

電離層探測對研究無線電通信、衛星導航等活動具有重大意義。非相干散射雷達ISR是一種從地面探測電離層的非常有效的手段，探測范圍可達60Km至2000Km。入射的雷達電磁波遇到等離子體會產生散射，由于等離子體處于隨機熱運動狀態，當電磁波波長遠大于德拜長度時，各個電子和離子的散射是非相干散射。非相干散射信號是一種典型的隨機信號，均值為零，但自相關函數和功率譜不為零，由相關函數和功率譜可以得到各種電離層參數。

電離層是一種特殊的軟目標，僅能散射入射電磁波能量很小的一部分，電離層回波信號的功率和信噪比都非常低，且回波充滿整個雷達波束的探測范圍并滿足波恩近似。以高度為1500Km的電離層為例，假設發射信號功率為2MW，發射增益為10000，根據典型的電離層參數，經計算可得回波信號的功率約為-170dBmW，信噪比約為-50dB。此外，ISR需要積累長時間的回波信號，計算回波信號自相關的統計值，信號處理系統面臨的數據量和計算量都非常大。

由于傳統雷達探測的目標多為飛機、輪船、導彈等運動硬目標，傳統雷達信號處理只需通過計算連續多個脈沖回波的多普勒頻移等參數獲得目標的運動方向、速度等信息，反映動態目標特性，它是一種脈間-脈間處理技術，不需進行長時間積累。因此，傳統雷達信號處理不適用于處理數據量大，目標為軟目標且信噪比低的電離層散射信號，無法計算電離層散射信號的自相關、功率譜等統計特性。相反，ISR信號處理的對象是軟目標，針對多個距離單元，在每個脈沖周期內對不同的距離單元分別計算自相關，對多個周期回波信號對應高度上的自相關進行有效的積累，提高處理系統的輸出信噪比。此外，為了提高電離層探測的高度分辨率，并得到更多的自相關函數時延采樣點，ISR一般采用交替碼編碼方式，又稱隨機編碼，它是現代ISR最重要的編碼方式，它由多組相位編碼的長脈沖組成，例如16位AC共有32組，通過對多組脈沖進行積累和模糊函數修正，可以擁有高的距離分辨率，并獲得自相關函數的時延剖面，從而得到各種電離層參數。

現有的ISR信號處理方法比較成熟，有統一的計算過程。但由于非相干散射雷達造價高昂，建造和維護難，目前全世界只有約十部非相干散射雷達，因此，如何通過硬件實現ISR的信號處理系統至今無統一標準，故沒有相應的ISR信號處理系統文獻報道。

發明內容

本發明的目的在于針對非相干散射雷達ISR處理的信號信噪比低、數據量和計算量大、自相關函數的時延剖面距離分辨率高的特點，提出一種基于交替碼調制的ISR信號處理系統，以對非相干散射雷達ISR的回波信號進行處理。

為實現上述目的，本發明基于交替碼調制的ISR信號處理系統，包括：

FPGA模塊，用于接收外部輸入的處理參數和數據信號，對接收的數據進行數字下變頻，將處理參數和數字下變頻結果發送給第一個DSP芯片，并為DSP提供基準時鐘；

DSP模塊，包括三個DSP芯片，這三個DSP芯片之間通過以DMA方式傳輸數據的鏈路口連接，且第一芯片DSP1通過21位地址總線和32位數據總線與FPGA模塊相連；第一芯片DSP1用于接收FPGA傳送的處理參數和數據并對接收的數據進行濾波，第二芯片DSP2用于計算濾波結果的自相關函數和積累自相關結果，第三芯片DSP3用于對積累的自相關結果用模糊函數修正并計算回波信號的功率譜，最終將累積的自相關結果和功率譜結果以UDP包的形式輸出；

電源模塊，用于為FPGA和DSP提供所需的工作電壓。

利用所述的系統進行ISR信號處理的方法，包括：

(1)處理參數傳輸步驟，FPGA模塊接收外部輸入的處理參數，并將處理參數發送給第一芯片DSP1，第一芯片DSP1從FPGA模塊獲取處理參數后，將處理參數通過鏈路口以DMA方式傳送給第二芯片DSP2，第二芯片DSP2再將處理參數通過鏈路口以DMA方式傳送給第三芯片DSP3，3片DSP接收處理參數后，根據處理參數分別計算出傳送數字下變頻結果的個數、傳送濾波結果的個數；

(2)數字下變頻步驟，FPGA模塊接收外部輸入的數據信號，并對接收的數據信號進行數字下變頻；

(3)數字下變頻結果傳輸步驟，FPGA模塊將數字下變頻結果發送給數字下變頻處理子模塊；

(4)濾波步驟，數字下變頻處理子模塊將處理的數字下變頻結果傳送到濾波子模塊，濾波子模塊對其進行濾波，并將濾波結果通過鏈路口以DMA方式發送給濾波結果處理子模塊；