[發(fā)明專利]基于GPU的雷達(dá)信號脈內(nèi)特征實時分析實現(xiàn)方案

無效

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• 申請日: 2011-07-26
• 公開（公告）號: CN102901951A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張朝暉
• 申請（專利權(quán)）人: 張朝暉
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子對抗偵察技術(shù)領(lǐng)域，主要用于電子偵察設(shè)備對雷達(dá)信號脈沖內(nèi)部調(diào)制特征進(jìn)行實時分析。

二、背景技術(shù)

隨著技術(shù)進(jìn)步，各種雷達(dá)爭相采用先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)，脈沖重復(fù)頻率、載頻均固定的雷達(dá)越來越少，信號環(huán)境日趨復(fù)雜。電子偵察設(shè)備越來越難以從信號的載頻、脈沖重復(fù)頻率、脈寬等參數(shù)中分析出具體目標(biāo)信息，進(jìn)而得到有價值的情報。電子偵察將重點轉(zhuǎn)向分析雷達(dá)脈沖內(nèi)部的調(diào)制特征，即電子“指紋”。

近二十年發(fā)生的幾場戰(zhàn)爭表明，對戰(zhàn)場電磁信息掌握的及時和準(zhǔn)確程度決定了戰(zhàn)爭的走向。因此，迫切需要可實時分析雷達(dá)脈內(nèi)特征的方法。

由于現(xiàn)代雷達(dá)信號瞬時帶寬越來越大，可達(dá)500MHz甚至更高，需要使用1GHz以上的采樣頻率來采集信號，需處理的數(shù)據(jù)量巨大，實時脈內(nèi)分析要求平臺的處理能力達(dá)到每秒幾百至數(shù)千億次，在處理器數(shù)量較少的通用計算平臺上難以實現(xiàn)。因此，目前國內(nèi)還沒有可實時分析雷達(dá)信號脈內(nèi)特征的現(xiàn)役裝備。

電子偵察開始借鑒軟件無線電的思路來解決這個問題，主要是采用基于FPGA的數(shù)字信道化接收機技術(shù)。一般的方法是在FPGA中采用多相濾波數(shù)字下變頻，將較寬的帶寬變換到多路較窄的基帶頻率上，從而減少每一路需處理的數(shù)據(jù)量，用硬件上的并行彌補處理性能不足。2008年12月，電子科技大學(xué)祝俊博士在其學(xué)位論文《寬帶雷達(dá)信號偵察接收關(guān)鍵技術(shù)研究》104至112頁公開了基于DSP和FPGA的寬帶數(shù)字信道化接收機實驗系統(tǒng)，初步實現(xiàn)了實時測頻，并可實時識別脈內(nèi)線性調(diào)頻、相位編碼特征。但該方案需要設(shè)計專門的硬件系統(tǒng)，且規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，實用化難度較大，目前尚未見于具體裝備。

近年來GPU(圖形處理器)技術(shù)發(fā)展很快，單芯片計算能力已超過每秒萬億次，而且可以通過CUDA、OpenCL等接口進(jìn)行通用計算。目前GPU已用于醫(yī)學(xué)成像、分子模擬、股票期權(quán)、物理仿真等領(lǐng)域，極大地提高了生產(chǎn)率。理論上，GPU已經(jīng)具備了直接處理寬帶海量數(shù)據(jù)的能力，但至今未見將GPU用于實時分析雷達(dá)脈內(nèi)特征的相關(guān)報道。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于GPU的雷達(dá)信號脈沖內(nèi)部調(diào)制特征實時分析處理方案。該實現(xiàn)方案使用現(xiàn)成的通用硬件，無須設(shè)計專門硬件，模塊少，結(jié)構(gòu)簡潔。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：基于GPU的雷達(dá)信號脈內(nèi)特征實時分析實現(xiàn)方案，其特征主要包括：

單路系統(tǒng)由1個數(shù)據(jù)獲取模塊、1至4個GPU信號分析模塊和1個CPU信號分析模塊組成，其中：

數(shù)據(jù)獲取模塊，接收來自數(shù)字化儀的數(shù)字比特流，按便于GPU處理的固定長度分為多組短序列，輸出供后續(xù)處理；

GPU信號分析模塊，執(zhí)行信號分析算法中可以并行處理的部分，利用GPU內(nèi)部大量運算單元并行分析各組短序列數(shù)據(jù)，將處理得到的頻率分集特征、頻率值、頻率值均方根誤差、相位跳變特征等數(shù)據(jù)輸出至CPU信號分析模塊；

CPU信號分析模塊，執(zhí)行信號分析算法中順序處理的部分，分析GPU信號分析模塊的輸出數(shù)據(jù)，統(tǒng)計屬于同一脈沖各短序列的分集比例，用各序列的頻率值以最小二乘法擬合得到調(diào)頻斜率及擬合均方根誤差，統(tǒng)計頻率均方根誤差的均值和有效相位跳變，然后根據(jù)各特征參數(shù)判斷調(diào)制類型。

通常情況下，單路系統(tǒng)采用1個GPU信號分析模塊即可實時處理，對于高占空比信號，可根據(jù)需要，采用1至4個GPU信號分析模塊并行執(zhí)行，達(dá)到實時處理目的。

本發(fā)明的單路系統(tǒng)可實時分析500MHz帶寬的雷達(dá)信號脈內(nèi)特征；如需分析更高帶寬信號，可在多個信道中同時應(yīng)用本發(fā)明的多路系統(tǒng)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點：

1.本發(fā)明提出的雷達(dá)信號脈內(nèi)特征實時分析實現(xiàn)方案，前端無需采用數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)，不必專門設(shè)計硬件，因此模塊少，結(jié)構(gòu)簡單，成本和制造難度較低。

2.本發(fā)明提出的雷達(dá)信號脈內(nèi)實時分析實現(xiàn)方案還具有良好的擴展性，可采用多個GPU號分析模塊并行執(zhí)行，也可用多路系統(tǒng)實時分析更寬頻段的信號。

3.本發(fā)明的處理核心GPU為通用硬件，更換、維修方便，而且隨著GPU技術(shù)的發(fā)展，容易通過直接升級新一代GPU獲得更強的處理能力。

因此，本發(fā)明除處理實時性較好，還具有結(jié)構(gòu)簡單，擴展性強，易維修可升級的優(yōu)點。

本發(fā)明如在電子偵察設(shè)備中得到應(yīng)用，可提高識別復(fù)雜調(diào)制雷達(dá)信號的能力，縮短對威脅目標(biāo)的預(yù)警時間，為作戰(zhàn)系統(tǒng)提供更及時、更準(zhǔn)確的電子情報，從而提高作戰(zhàn)能力。

四、附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于GPU的雷達(dá)信號脈內(nèi)特征實時分析實現(xiàn)方案處理流程；