[發明專利]一種基于外輻射源雷達無人機實時監測系統及方法

有效

• 申請號: 201710175752.5
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN106970382B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 萬顯榮;劉玉琪;柯亨玉;楊博宇;黃昌增;朱辰;陳虹嘉;陳天陽;肖云
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S13/72
• 分類號: G01S13/72;G01S13/58;G01S7/35
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魏波

1.一種基于外輻射源雷達無人機實時監測方法，采用基于外輻射源雷達無人機實時監測系統；

其特征在于：所述系統包括數據接收單元、數據傳輸單元、實時信號處理單元、終端顯控單元；

所述數據接收單元用于接收發射源的參考信號和無人機反射的監測信號，并將信號通過所述數據傳輸單元輸入所述實時信號處理單元；通過所述實時信號處理單元處理后，得到無人機航跡，并在所述終端顯控單元上實時顯示；

所述數據接收單元包括多陣元天線、模擬接收機和數字接收機；

所述多陣元天線，用于接收數字電視信號，多路信號經電纜傳輸至模擬接收機；

所述模擬接收機，用于接收多陣元天線輸出的多路信號，并對這多路信號依次進行限幅、放大、濾波后下變頻至固定中頻；

所述數字接收機，對模擬接收機前段輸出的中頻信號進行A/D采樣、數字下變頻和并串轉換，最終生成基帶信號，并通過兩路光纖線輸入所述數據傳輸單元；

所述方法包括以下步驟：

步驟1：系統參數初始化，分配內存和顯存空間，初始化光纖板卡；

具體包括以下子步驟：

步驟1.1：初始化系統參數，輸入信號處理參數，檢測參數和跟蹤參數；

其中信號處理參數包括累積時間、雷達工作頻率、信號采樣率、陣元個數、波束掃描范圍、波束掃描間隔和陣列流型；檢測參數包括虛警概率、檢測范圍、恒虛警檢測保護單元和參考單元個數；跟蹤參數包括數據更新率、雙基雷達基線長度、陣列法線方位、基線方位和卡爾曼濾波中點跡關聯概率；

步驟1.2：初始化UDP傳輸協議，配置端口地址和端口號；

步驟1.3：分配內存和顯存空間，在CPU端分配兩個相同長度內存packet1和packet2，定義數據包緩存計數器IPCI_CNT并初始化為0，在GPU端分配同樣長度顯存packet，作為并行信號處理數據入口；

步驟1.4：初始化光纖板卡，等待數據傳輸；

步驟2：模擬接收機通過多陣元天線接收環境中的數字電視信號，包括直達波信號，經運動目標反射回波信號，多徑雜波以及噪聲信號，并將多通道接收信號進行限幅、放大、濾波后下變頻至固定中頻；

步驟3：數字接收機的GPS模塊馴服的系統時鐘為數字接收機提供采樣時鐘，模擬接收機輸出的中頻信號經A/D采樣、數字下變頻和并串轉換，最終生成基帶信號；

步驟4：光纖板卡在初始化成功以后，通過兩路光纖線分別接收多路基帶信號，該基帶信號經解包后存儲至光纖板卡自帶的1.5MB固定緩存中，等待CPU端讀取；

步驟5：CPU端通過驅動程序，調用光纖板卡回調函數，通過寫入脈沖信號啟動光纖板卡數據向服務器傳輸函數；

步驟6：建立雙線程A和B，采用乒乓緩存方式，將光纖板卡1.5MB數據包依次上傳至CPU端；

其具體實現包括以下子步驟：

步驟6.1：線程A先將光纖板卡1.5MB數據包存儲到固定內存packet1，數據包緩存計數器IPCI_CNT開始計數；

步驟6.2：當計數器值為130時，線程A將光纖板卡1.5MB數據包存儲到固定內存packet2中，同時線程B將packet1中數據整體拷貝到顯存packet中，計數器IPCI_CNT繼續計數；

步驟6.3：當計數器IPCI_CNT為260時，線程A將光纖板卡1.5MB數據包存儲到固定內存packet1中，同時線程B將packet2中數據整體拷貝到顯存packet中；

步驟6.4：計數器IPCI_CNT置零，重復步驟6.1-步驟6.3，實現數據連續傳輸；

步驟7：當數據拷貝至GPU顯存packet后，啟動信號處理主線程，借助GPU并行運算特性，在GPU端對參考信號重構、雜波抑制、匹配濾波、數字波束形成和目標檢測進行并行化加速處理；

其具體實現包括以下子步驟：

步驟7.1：選取參考通道基帶信號，并利用該通道基帶數據在GPU端完成信號重構，重構同步峰值和星座映射上傳至軟件顯示界面，用于實時監控信號重構質量；

步驟7.2：繼續對多通道基帶信號進行通道校準，并將校準后的多通道基帶信號進行分載波雜波抑制，得到雜波抑制后監測信號；

步驟7.3：利用步驟7.1中的重構信號和步驟7.2中雜波抑制后的監測信號進行匹配濾波，得到距離多普勒譜；

步驟7.4：將步驟7.3中得到的距離多普勒譜進行數字波束形成，得到多波束掃描數據，選取對應于陣列法向的波束數據上傳至軟件顯示界面，用于實時監控雜波抑制效果；

步驟7.5：對波束形成后的各波束進行峰值檢測，檢測出各波束中的所有峰值，并對所有峰值進行恒虛警檢測，去除虛假目標，再對所有波束檢測出的目標進行查重，得到最終檢測后的目標；

步驟7.6：對步驟7.5檢測到的目標進行到達角估計，得到檢測后目標的方位角；

步驟8：將最終得到的目標雙基距離、雙基速度和方位角拷貝至CPU端，在CPU端，對目標進行航跡起始，維持和終結，得到最終目標航跡值，并通過UDP傳輸協議，將維持和終結航跡傳輸至雷達PPI顯示界面，用于實時顯示目標航跡；

步驟9：重復步驟7-步驟8，在線程A或B緩存一場數據時間段內，主線程完成實時信號處理部分，達到實時監測的目的。