基于软件无线电的被动雷达系统.docx

一种多频段多波束的软件定义的被动雷达PART Ⅰ系统设计关键字：无源双基站雷达，软件定义的雷达，多频段多波束雷达，USRP摘要： 这篇论文讲述了一种软件定义的无源双基站雷达系统的设计和发展，这种雷达系统可以工作在任意载频、带宽以及一种可以大致6Ghz并且发送端以不同的位置机会的大频谱信号。一种廉价的开源的软件定义的无线电技术被用来发展一种完全同步的多频道数字接收系统。许多不同构造的相控阵天线被建造用来覆盖一个宽的频域和数量。数字波束形成，可适应滤波，数字信号处理技术被用来在所有的方向上侦测和追踪任务。测试结果在末尾给出来证明设计。简介无源双基站雷达使用了几率发射系统作为他的信息源并与雷达接收系统处在不同位置。发送器可以是任何广播发送设备比如模拟或者数字音响，电视，GPS系统，等等，或者是无线通信系统比如GSM,UMTS,WiMAX,LTE或者空间通信连接等等。甚至可以在双站模式下使用另一种同类型的雷达发送器。大量的这种发送器可以[1]中被发现。无源双基站雷达相较于他的同类型设备而言有许多优点。很明显的是这种系统使得反导系统以及电子侦测设备与它对抗变得更难同时对于各种天气条件下都适用。由于这种低的操作频率以及双站或者多路统计结构使得它可以检测隐身目标。由于使用了已经存在的几率发送器，所以这种设备比较廉价。在过去的一段时间内，许多的处于试验阶段或者实用阶段的适用于陆、空、海域的被动雷达系统已经被研发出来，这些系统使用FM[2],TV[3],DTV-B[4],GSM[5],UMTS[6],WiMAX[7],WLAN/WiFi[8],GPS/GL ONASS[9]等形式的信号。然而，这些系统被设计用于某种特殊的发送器，一种特殊信号的选择应主要的根据信号的特点以及雷达任务的双站几何特点。基于这个原因，软件定义的无线电是一种理想的选择。软件定义的无线电系统是能够在传播中通过重新构造它的频率，带宽，数字信号处理模式等等操作特性来改变信号的特性。软件定义的无线电由于其灵活性和适应性而具有很多操作上的优点。随着数字波束变化的频率使得多角色的智能天线可以形成多种可用于各种雷达功能的天线模式。将这两种技术结合起来意味着可以适应各种射频和任务环境的可适应性的雷达。无源双基站雷达和软件定义的无线电的结合使用了巨大的信号处理信道。然而，数字信号处理器和FPGAs的容量使得这样一个雷达系统的实时性变得现实。一种软件定义的无线电和无源双基站雷达结合的有限容量的这样一个系统的趋势可以在文章[8,10,6,4,11]查找到。在这篇论文中，我们会讨论一种多频段和多波束的软件定义的无源双基站雷达的设计和发展。为了实现这个目的，我们设计了一种使用叫做USDR的开源软件定义的无线电的多信道数字雷达接收系统。通过使用了相位改变、数字波束、多信道同步、无源双基站雷达、软件定义的无线电、可适应过滤器、数字信号处理以及雷达信号处理等技术，我们可以开发一种雷达系统，这种雷达可以调到各种小于GHz有一个特定的小于50MHz的带宽的载频信号。第二部分解释了雷达系统设计过程中的挑战，第三部分展示了演示结果。2．雷达系统设计 基于软件无线电的无源双基站雷达系统的基本设计理论是它能基于变化的载频和任务环境，通过一个可以在空间和频域上控制的软件来改变它的功能参数。这意味着这种雷达应该有以下能力。1.360度全方位覆盖并拥有最小的盲区。2.能够形成多功能适应性天线波束。3.能够调整到来自任意方向的任意载频的能力。4.控制截获信号带宽的能力。5.侦测和追踪任务的能力。这些能力可以使得这种被动雷达使用从陆地、空中、海洋上捕捉到的广播或者无线通信信号来在同一时间采用多种模式的方式去侦测和追踪多项任务。对于这样一种来说，基本的构造模块应包括：随着数字波束结构改变的天线多信道异步模式的软件定义的无线电系统数字信号处理器接下来，我们会解释我们是如何实现这样一种被动雷达系统的各种目标的。2.1 随着天线转换单元变化的天线阵列无源双基站雷达可以使用大量的存在于地面和空间的覆盖了一个宽的频率的几率发送机，比如： HF,FM,TV,DTV-B,GSM,EDGE,UMTS,WIMAX,LTE,GPS,ACARS,卫星无线电以及电视通信信号以及其他的雷达等等。这些发送器和任务可以位于空间中的任何位置。随着方向元素和可适应的数字波束改变的天线使得我们可以捕获来自所有发送源的信号。为了覆盖较宽的频域，可变的带宽，数量，和多变的位置，大量的直线型的和圆圈型的基于多种频带的天线被设计出来。这些天线通过一种软件控制的天线转换单元连接到一个多信道的雷达接收系统。这允许我们可以针对一种特殊的空间环境来选择合适的天线。图1.多基带无源双基站雷达的功能模块图2.覆盖一个宽的频谱范围的多基带相控阵天线 图3.多信道基于软件无线电的双站被