[发明专利]一种基于外辐射源雷达无人机实时监测系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于外辐射源雷达无人机实时监测系统及方法，系统包括数据接收单元、数据传输单元、实时信号处理单元、终端显控单元；数据接收单元用于接收发射源的参考信号和无人机反射的监测信号，并将信号通过数据传输单元输入实时信号处理单元；通过实时信号处理单元处理后，得到无人机航迹，并在所述终端显控单元上实时显示。本发明无需频率分配，无电磁污染；可全天候监控；数据处理速度快，数据更新率高，可实时监控；研制和维护成本低，组网能力强。

主权项

1.一种基于外辐射源雷达无人机实时监测方法，采用基于外辐射源雷达无人机实时监测系统；其特征在于：所述系统包括数据接收单元、数据传输单元、实时信号处理单元、终端显控单元；所述数据接收单元用于接收发射源的参考信号和无人机反射的监测信号，并将信号通过所述数据传输单元输入所述实时信号处理单元；通过所述实时信号处理单元处理后，得到无人机航迹，并在所述终端显控单元上实时显示；所述数据接收单元包括多阵元天线、模拟接收机和数字接收机；所述多阵元天线，用于接收数字电视信号，多路信号经电缆传输至模拟接收机；所述模拟接收机，用于接收多阵元天线输出的多路信号，并对这多路信号依次进行限幅、放大、滤波后下变频至固定中频；所述数字接收机，对模拟接收机前段输出的中频信号进行A/D采样、数字下变频和并串转换，最终生成基带信号，并通过两路光纤线输入所述数据传输单元；所述方法包括以下步骤：步骤1：系统参数初始化，分配内存和显存空间，初始化光纤板卡；具体包括以下子步骤：步骤1.1：初始化系统参数，输入信号处理参数，检测参数和跟踪参数；其中信号处理参数包括累积时间、雷达工作频率、信号采样率、阵元个数、波束扫描范围、波束扫描间隔和阵列流型；检测参数包括虚警概率、检测范围、恒虚警检测保护单元和参考单元个数；跟踪参数包括数据更新率、双基雷达基线长度、阵列法线方位、基线方位和卡尔曼滤波中点迹关联概率；步骤1.2：初始化UDP传输协议，配置端口地址和端口号；步骤1.3：分配内存和显存空间，在CPU端分配两个相同长度内存packet1和packet2，定义数据包缓存计数器IPCI_CNT并初始化为0，在GPU端分配同样长度显存packet，作为并行信号处理数据入口；步骤1.4：初始化光纤板卡，等待数据传输；步骤2：模拟接收机通过多阵元天线接收环境中的数字电视信号，包括直达波信号，经运动目标反射回波信号，多径杂波以及噪声信号，并将多通道接收信号进行限幅、放大、滤波后下变频至固定中频；步骤3：数字接收机的GPS模块驯服的系统时钟为数字接收机提供采样时钟，模拟接收机输出的中频信号经A/D采样、数字下变频和并串转换，最终生成基带信号；步骤4：光纤板卡在初始化成功以后，通过两路光纤线分别接收多路基带信号，该基带信号经解包后存储至光纤板卡自带的1.5MB固定缓存中，等待CPU端读取；步骤5：CPU端通过驱动程序，调用光纤板卡回调函数，通过写入脉冲信号启动光纤板卡数据向服务器传输函数；步骤6：建立双线程A和B，采用乒乓缓存方式，将光纤板卡1.5MB数据包依次上传至CPU端；其具体实现包括以下子步骤：步骤6.1：线程A先将光纤板卡1.5MB数据包存储到固定内存packet1，数据包缓存计数器IPCI_CNT开始计数；步骤6.2：当计数器值为130时，线程A将光纤板卡1.5MB数据包存储到固定内存packet2中，同时线程B将packet1中数据整体拷贝到显存packet中，计数器IPCI_CNT继续计数；步骤6.3：当计数器IPCI_CNT为260时，线程A将光纤板卡1.5MB数据包存储到固定内存packet1中，同时线程B将packet2中数据整体拷贝到显存packet中；步骤6.4：计数器IPCI_CNT置零，重复步骤6.1‑步骤6.3，实现数据连续传输；步骤7：当数据拷贝至GPU显存packet后，启动信号处理主线程，借助GPU并行运算特性，在GPU端对参考信号重构、杂波抑制、匹配滤波、数字波束形成和目标检测进行并行化加速处理；其具体实现包括以下子步骤：步骤7.1：选取参考通道基带信号，并利用该通道基带数据在GPU端完成信号重构，重构同步峰值和星座映射上传至软件显示界面，用于实时监控信号重构质量；步骤7.2：继续对多通道基带信号进行通道校准，并将校准后的多通道基带信号进行分载波杂波抑制，得到杂波抑制后监测信号；步骤7.3：利用步骤7.1中的重构信号和步骤7.2中杂波抑制后的监测信号进行匹配滤波，得到距离多普勒谱；步骤7.4：将步骤7.3中得到的距离多普勒谱进行数字波束形成，得到多波束扫描数据，选取对应于阵列法向的波束数据上传至软件显示界面，用于实时监控杂波抑制效果；步骤7.5：对波束形成后的各波束进行峰值检测，检测出各波束中的所有峰值，并对所有峰值进行恒虚警检测，去除虚假目标，再对所有波束检测出的目标进行查重，得到最终检测后的目标；步骤7.6：对步骤7.5检测到的目标进行到达角估计，得到检测后目标的方位角；步骤8：将最终得到的目标双基距离、双基速度和方位角拷贝至CPU端，在CPU端，对目标进行航迹起始，维持和终结，得到最终目标航迹值，并通过UDP传输协议，将维持和终结航迹传输至雷达PPI显示界面，用于实时显示目标航迹；步骤9：重复步骤7‑步骤8，在线程A或B缓存一场数据时间段内，主线程完成实时信号处理部分，达到实时监测的目的。