本發(fā)明屬于外輻射源雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于數(shù)字電視信號的外輻射源雷達(dá)無人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)和實(shí)時(shí)信號處理方法，可基于異構(gòu)架構(gòu)程序設(shè)計(jì)，在vc+cuda軟件開發(fā)平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信號處理，對小型無人機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測。

背景技術(shù)：

近年來，無人機(jī)擅闖敏感區(qū)域的新聞?lì)l頻見諸報(bào)端，美國白宮、韓國青瓦臺(tái)、日本首相官邸等安保要地都曾發(fā)生無人機(jī)侵入事件。2016年5月28日傍晚，“黑飛”無人機(jī)逼停成都雙流機(jī)場55個(gè)航班，嚴(yán)重?cái)_亂了機(jī)場飛行秩序。事實(shí)證明，無人機(jī)正在成為不法分子竊取秘密情報(bào)、危害國家和社會(huì)安全的新工具。需要指出的是，侵入上述要地的大部分無人機(jī)均為消費(fèi)級無人機(jī)。這些無人機(jī)成本較低、易于獲取、操控簡單、用戶數(shù)量多、，監(jiān)管難度大，極易被不法分子利用，給安保、保密、監(jiān)控工作帶來很大壓力。

由于相關(guān)法規(guī)不健全，監(jiān)管缺失，在消費(fèi)級無人機(jī)市場迎來井噴式發(fā)展的今天，解決無人機(jī)監(jiān)控問題已成為航空安全、社會(huì)安全、公眾安全的必要保障。消費(fèi)級無人機(jī)飛行高度低、飛行速度慢、體積小，是典型的低、慢、小目標(biāo)，目前針對此類目標(biāo)的監(jiān)控手段主要包括光電探測和雷達(dá)探測等，其中光電探測使用圖像識(shí)別和視頻跟蹤技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控被監(jiān)測區(qū)域，但該監(jiān)控手段受環(huán)境天氣的影響，不能實(shí)現(xiàn)全天候連續(xù)監(jiān)測，且監(jiān)測范圍小。雷達(dá)探測利用無人機(jī)電磁散射和反射回波，可實(shí)現(xiàn)大范圍全天候連續(xù)監(jiān)測，但對于傳統(tǒng)雷達(dá)，要實(shí)現(xiàn)大范圍全天候監(jiān)測，需要連續(xù)發(fā)射大功率電磁波，這不僅在城市環(huán)境中不被接受，而且大大增加了系統(tǒng)成本與復(fù)雜度。

外輻射源雷達(dá)本身不發(fā)射電磁波，它利用環(huán)境中存在的廣播、電視和通信等外輻射源實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測和跟蹤，是一種頻譜節(jié)約、環(huán)境友好、成本低廉、部署靈活、易于組網(wǎng)的新體制雷達(dá)，該體制雷達(dá)采用相干處理技術(shù)，即設(shè)置參考通道和監(jiān)測通道，分別用來接收參考信號和目標(biāo)回波信號，然后經(jīng)過雜波抑制和匹配濾波得到距離多普勒譜，從而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的檢測與跟蹤?；诘涂崭采w的外輻射源信號，該體制雷達(dá)為低空空域監(jiān)測提供了一種有力手段，可用于消費(fèi)級無人機(jī)的監(jiān)測。

目前外輻射源雷達(dá)的信號處理實(shí)現(xiàn)算法主要是通過離線采集數(shù)據(jù)，借助于matlab工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理。由于數(shù)字電視信號帶寬相對較大，在外輻射源雷達(dá)信號處理過程中常常面臨數(shù)據(jù)量、計(jì)算量巨大的問題，對高速實(shí)時(shí)信號處理平臺(tái)提出了巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的雷達(dá)實(shí)時(shí)信號處理一般采用基于可編程邏輯器件(fpga)和高速數(shù)字信號處理器件(dsp)等微處理器的方案，其具有處理速度快、容易滿足實(shí)時(shí)性要求等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)具有開發(fā)難度大、周期長、后期維護(hù)或升級困難等缺點(diǎn)。由于一般單片處理器無法滿足高復(fù)雜度信號處理的需求，常常需要通過聯(lián)合利用多片處理器進(jìn)行處理，這大大增加了設(shè)備成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于數(shù)字電視信號的外輻射源雷達(dá)無人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)及方法，利用gpu強(qiáng)大的并行運(yùn)算能力，為小型無人機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了一種頻率節(jié)約、環(huán)境友好的解決方案。

本發(fā)明的系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是：一種基于外輻射源雷達(dá)無人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：包括數(shù)據(jù)接收單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、實(shí)時(shí)信號處理單元、終端顯控單元；

所述數(shù)據(jù)接收單元用于接收發(fā)射源的參考信號和無人機(jī)反射的監(jiān)測信號，并將信號通過所述數(shù)據(jù)傳輸單元輸入所述實(shí)時(shí)信號處理單元；通過所述實(shí)時(shí)信號處理單元處理后，得到無人機(jī)航跡，并在所述終端顯控單元上實(shí)時(shí)顯示。

本發(fā)明的方法所采用的技術(shù)方案是：一種基于外輻射源雷達(dá)無人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：系統(tǒng)參數(shù)初始化，分配內(nèi)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(tǒng)參數(shù)，輸入信號處理參數(shù)，檢測參數(shù)和跟蹤參數(shù)；

其中信號處理參數(shù)包括累積時(shí)間、雷達(dá)工作頻率、信號采樣率、陣元個(gè)數(shù)、波束掃描范圍、波束掃描間隔和陣列流型；檢測參數(shù)包括虛警概率、檢測范圍；恒虛警檢測保護(hù)單元和參考單元個(gè)數(shù)；跟蹤參數(shù)包括數(shù)據(jù)更新率、雙基雷達(dá)基線長度、陣列法線方位、基線方位和卡爾曼濾波中點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)概率；

步驟1.2：初始化udp傳輸協(xié)議，配置端口地址和端口號；

步驟1.3：分配內(nèi)存和顯存空間，在cpu端分配兩個(gè)相同長度內(nèi)存packet1和packet2，定義數(shù)據(jù)包緩存計(jì)數(shù)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(shù)據(jù)入口；

步驟1.4：初始化光纖板卡，等待數(shù)據(jù)傳輸；

步驟2：模擬接收機(jī)通過多陣元天線接收環(huán)境中的數(shù)字電視信號，包括直達(dá)波信號，經(jīng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)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(jìn)行限幅、放大、濾波后下變頻至固定中頻；

步驟3：數(shù)字接收機(jī)的gps模塊馴服的系統(tǒng)時(shí)鐘為多通道數(shù)字接收機(jī)提供采樣時(shí)鐘，模擬接收機(jī)輸出的中頻信號經(jīng)a/d采樣、數(shù)字下變頻和并串轉(zhuǎn)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(jīng)解包后存儲(chǔ)至光纖板卡自帶的1.5mb固定緩存中，等待cpu端讀??；

步驟5：cpu端通過驅(qū)動(dòng)程序，調(diào)用光纖板卡回調(diào)函數(shù)，通過寫入脈沖信號啟動(dòng)光纖板卡數(shù)據(jù)向服務(wù)器傳輸函數(shù)；

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(shù)據(jù)包依次上傳至cpu端；

其具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟：

步驟6.1：線程a先將光纖板卡1.5mb數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)到固定內(nèi)存packet1，數(shù)據(jù)包緩存計(jì)數(shù)器ipci_cnt開始計(jì)數(shù)；

步驟6.2：當(dāng)計(jì)數(shù)器值為130時(shí)，線程a將光纖板卡1.5mb數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)到固定內(nèi)存packet2中，同時(shí)線程b將packet1中數(shù)據(jù)整體拷貝到顯存packet中，計(jì)數(shù)器ipci_cnt繼續(xù)計(jì)數(shù)；

步驟6.3：當(dāng)計(jì)數(shù)器值ipci_cnt為260時(shí)，線程a將光纖板卡1.5mb數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)到固定內(nèi)存packet1中，同時(shí)線程b將packet2中數(shù)據(jù)整體拷貝到顯存packet中；

步驟6.4：計(jì)數(shù)器ipci_cnt置零，重復(fù)步驟6.1-步驟6.3，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸；

步驟7：當(dāng)數(shù)據(jù)拷貝至gpu顯存packet后，啟動(dòng)信號處理主線程，借助gpu并行運(yùn)算特性，在gpu端對參考信號重構(gòu)、雜波抑制、匹配濾波、數(shù)字波束形成和目標(biāo)檢測進(jìn)行并行化加速處理；

其具體實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)在gpu端完成信號重構(gòu)，重構(gòu)同步峰值和星座映射上傳至軟件顯示界面，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控信號重構(gòu)質(zhì)量；

步驟7.2：繼續(xù)對多通道基帶信號進(jìn)行通道校準(zhǔn)，并將校準(zhǔn)后的多通道基帶信號進(jìn)行分載波雜波抑制，得到雜波抑制后監(jiān)測信號；

步驟7.3：利用步驟7.1中的重構(gòu)信號和步驟7.2中雜波抑制后的監(jiān)測信號進(jìn)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(jìn)行數(shù)字波束形成，得到多波束掃描數(shù)據(jù)，選取對應(yīng)于陣列法向的波束數(shù)據(jù)上傳至軟件顯示界面，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控雜波抑制效果；

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

步驟7.6：對步驟7.5檢測到的目標(biāo)進(jìn)行到達(dá)角估計(jì)，得到檢測后目標(biāo)的方位角；

步驟8：將最終得到的目標(biāo)雙基距離、雙基速度和方位角拷貝至cpu端，在cpu端，對目標(biāo)進(jìn)行航跡起始，維持和終結(jié)，得到最終目標(biāo)航跡值，并通過udp傳輸協(xié)議，將維持和終結(jié)航跡傳輸至雷達(dá)ppi顯示界面，用于實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)航跡；

步驟9：重復(fù)步驟7-步驟8，在線程a或b緩存一場數(shù)據(jù)時(shí)間段內(nèi)，主線程完成實(shí)時(shí)信號處理部分，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.頻率節(jié)約，無電磁污染；

2.全天候連續(xù)監(jiān)控；

3.利用數(shù)字電視信號，低空覆蓋能力好；

4.利用gpu并行運(yùn)算能力，數(shù)據(jù)處理速度快，數(shù)據(jù)更新率高，可實(shí)時(shí)監(jiān)控；

5.信號處理模塊結(jié)構(gòu)簡單、開發(fā)周期短、可維護(hù)性強(qiáng)；

6.系統(tǒng)無發(fā)射機(jī)模塊，開發(fā)成本低；

7.系統(tǒng)組網(wǎng)能力強(qiáng)；

8.對于低慢小目標(biāo)具有有效的監(jiān)測和跟蹤能力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)中模擬接收機(jī)結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)中數(shù)字接收機(jī)結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的方法流程圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的方法中光纖板卡數(shù)據(jù)傳輸流程圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的方法中軟件顯示界面示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的方法中雜波抑制前的距離多普勒譜圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例的方法中雜波抑制和波束形成后的距離多普勒譜圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例的方法中無人機(jī)目標(biāo)實(shí)時(shí)航跡監(jiān)測圖。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

近幾年，gpu以其極高的性價(jià)比、強(qiáng)大的浮點(diǎn)運(yùn)算和并行處理能力，成為了低成本的外輻射源雷達(dá)實(shí)時(shí)信號處理方案的首選，目前基于gpu的通用計(jì)算編程模型主要有cuda、opencl、directcompute、amdapp和brookgpu。其中，基于c語言編程的cuda是發(fā)展最為成熟、市場份額最大的通用計(jì)算解決方案，其具有成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、開發(fā)周期短、可維護(hù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

請見圖1，本發(fā)明提供的一種基于外輻射源雷達(dá)無人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)接收單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、實(shí)時(shí)信號處理單元、終端顯控單元；數(shù)據(jù)接收單元用于接收發(fā)射源的參考信號和無人機(jī)反射的監(jiān)測信號，并將信號通過數(shù)據(jù)傳輸單元輸入實(shí)時(shí)信號處理單元；通過實(shí)時(shí)信號處理單元處理后，得到無人機(jī)航跡，并在終端顯控單元上實(shí)時(shí)顯示。

數(shù)據(jù)接收單元包括多陣元天線、模擬接收機(jī)和數(shù)字接收機(jī)；多陣元天線，用于接收數(shù)字電視信號，多路信號經(jīng)電纜傳輸至模擬接收機(jī)；模擬接收機(jī)，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(jìn)行限幅、放大、濾波后下變頻至固定中頻；數(shù)字接收機(jī)，對模擬接收機(jī)前段輸出的中頻信號進(jìn)行a/d采樣、數(shù)字下變頻和并串轉(zhuǎn)換，最終生成基帶信號，并通過兩路光纖線輸入數(shù)據(jù)傳輸單元。

本實(shí)施例中，多陣元天線分為參考天線和監(jiān)測天線兩部分，其中參考天線為一垂直極化八木天線，正對發(fā)射源，用于接收參考信號。監(jiān)測天線采用多元八木天線組成均勻線陣，陣面間距0.2m，天線單元為垂直極化，陣列總覆蓋范圍約為120°；

多元陣接收的數(shù)字電視信號，該信號為廣泛存在的中國移動(dòng)多媒體廣播(cmmb)信號和地面數(shù)字多媒體廣播(dtmb)信號，陣元輸出信號包括直達(dá)波信號，經(jīng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)反射回波信號，多徑雜波以及噪聲信號。

本實(shí)施例中，模擬接收機(jī)包括限幅器、放大器、濾波器、衰減器、混頻器和溫度補(bǔ)償器；圖2是模擬接收機(jī)的一種實(shí)施方案。該模擬接收前端首先對輸入射頻信號限幅，再采用二次混頻、固定中頻方案，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度；在混頻前加入高增益的低噪聲放大器，降低了接收機(jī)內(nèi)部噪聲；在低噪聲放大器之后混頻器之前加入帶通濾波器和電調(diào)衰減器，抑制帶外噪聲同時(shí)防止混頻器產(chǎn)生非線性失真；最終輸出60mhz固定中頻；

本實(shí)施例中，數(shù)字接收機(jī)包括多個(gè)高分辨率低噪聲adc模塊，兩片大規(guī)模fpga芯片，一個(gè)arm芯片，一個(gè)gps信息獲取模塊和兩路光纖收發(fā)模塊。圖3是數(shù)字接收機(jī)的一種實(shí)施方案。數(shù)字接收機(jī)的多個(gè)adc模塊分為兩組，對模擬前端輸出的中頻信號進(jìn)行ad采樣，輸出端分別與兩片fpga芯片相連；fpga芯片選用altera公司的ep2agx125ef35i5，其內(nèi)部包括ad數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)字下變頻模塊、數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊、光纖收發(fā)模塊和與arm通信接口模塊，其中ad數(shù)據(jù)接收模塊接收adc采樣后的數(shù)字信號，通過數(shù)字下變頻模塊處理降低數(shù)據(jù)率，數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊將下變頻后的多路數(shù)據(jù)合并成一路串行數(shù)據(jù)，輸出至光纖收發(fā)模塊。gps信息獲取模塊采用時(shí)間頻率測控技術(shù)馴服高穩(wěn)定度晶振，將gps的長期穩(wěn)定性與高穩(wěn)晶振的短期穩(wěn)定性相結(jié)合，提供高精度的采樣時(shí)鐘和時(shí)間頻率基準(zhǔn)。arm芯片選用lpc2292，用于接收gps模塊獲取的基準(zhǔn)時(shí)間信息、本地經(jīng)緯度位置信息，并解析數(shù)據(jù)后傳送至fpga，同時(shí)與fpga通信。

本實(shí)施例中，數(shù)字接收機(jī)中光纖收發(fā)模塊接收到的兩路串行數(shù)據(jù)經(jīng)過光纖線傳輸至光纖板卡，經(jīng)過光纖板卡內(nèi)部的fpga芯片解包，將串行數(shù)據(jù)解包為并行數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)至光纖板卡自帶的1.5mb緩存中，等待服務(wù)器數(shù)據(jù)讀取響應(yīng)。

本實(shí)施例的數(shù)據(jù)傳輸單元包括纖板卡，數(shù)據(jù)接收單元中經(jīng)并串轉(zhuǎn)換后的基帶信號經(jīng)兩路光纖線傳輸至光纖板卡，光纖板卡對串行信號解包，等待實(shí)時(shí)信號處理單元中斷響應(yīng)。

實(shí)時(shí)信號處理單元包括參考信號重構(gòu)模塊、雜波抑制模塊、匹配濾波模塊、數(shù)字波束形成模塊、目標(biāo)檢測模塊、到達(dá)角估計(jì)模塊、定位跟蹤模塊；數(shù)據(jù)傳輸單元送入的參考信號經(jīng)過參考信號重構(gòu)模塊重構(gòu)；數(shù)據(jù)傳輸單元送入的監(jiān)測信號利用重構(gòu)后的參考信號依次通過雜波抑制模塊、匹配濾波模塊、數(shù)字波束形成模塊、目標(biāo)檢測模塊、到達(dá)角估計(jì)模塊，進(jìn)行雜波抑制和匹配濾波，繼而對匹配濾波后的距離多普勒譜進(jìn)行數(shù)字波束形成、目標(biāo)檢測以及到達(dá)角估計(jì)；定位跟蹤模塊將得到的目標(biāo)雙基距離、雙基速度以及到達(dá)角進(jìn)行目標(biāo)定位與跟蹤，得到目標(biāo)航跡。

本實(shí)施例的實(shí)時(shí)信號處理單元基于異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)，cpu端控制數(shù)據(jù)的傳輸，用于讀取從數(shù)據(jù)傳輸單元解包的數(shù)字基帶信號，該基帶信號從cpu端拷貝到gpu端，在gpu端，利用專用gpu計(jì)算卡并行運(yùn)算，對特定一路基帶信號進(jìn)行信號重構(gòu)，利用重構(gòu)后的參考信號進(jìn)行雜波抑制和匹配濾波，繼而對匹配濾波后的距離多普勒譜進(jìn)行數(shù)字波束形成、目標(biāo)檢測以及到達(dá)角估計(jì)，將得到的目標(biāo)雙基距離，雙基速度以及到達(dá)角拷貝到cpu端進(jìn)行目標(biāo)定位與跟蹤，得到目標(biāo)航跡。航跡信息通過udp協(xié)議傳輸?shù)嚼走_(dá)ppi顯示界面進(jìn)行航跡實(shí)時(shí)顯示；

本實(shí)施例中，終端顯控單元包括軟件顯示界面和雷達(dá)ppi顯示界面，該軟件顯示界面，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測信號同步峰值、信號重構(gòu)質(zhì)量、雜波抑制效果和目標(biāo)檢測結(jié)果，同時(shí)監(jiān)控實(shí)時(shí)化處理時(shí)間和各種軟件異常顯示；該雷達(dá)ppi顯示界面接收經(jīng)udp協(xié)議傳輸航跡信息，用于顯示實(shí)時(shí)信號處理單元獲得的目標(biāo)真實(shí)航跡，該航跡包括目標(biāo)距離、速度、航向等。

請見圖4，本發(fā)明提供的一種基于外輻射源雷達(dá)無人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測方法，包括以下步驟：

步驟1：系統(tǒng)參數(shù)初始化，分配內(nèi)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(tǒng)參數(shù)，輸入信號處理參數(shù)，檢測參數(shù)和跟蹤參數(shù)；

其中信號處理參數(shù)包括累積時(shí)間、雷達(dá)工作頻率、信號采樣率、陣元個(gè)數(shù)、波束掃描范圍、波束掃描間隔和陣列流型；檢測參數(shù)包括虛警概率、檢測范圍；恒虛警檢測保護(hù)單元和參考單元個(gè)數(shù)；跟蹤參數(shù)包括數(shù)據(jù)更新率、雙基雷達(dá)基線長度、陣列法線方位、基線方位和卡爾曼濾波中點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)概率；

本實(shí)施例中，信號處理參數(shù)包括：累積時(shí)間為0.8s、雷達(dá)工作頻率為658mhz、信號采樣率為10mhz、陣元個(gè)數(shù)為6個(gè)、波束掃描范圍-56°到+56°、波束掃描間隔為8°、陣列流型為均勻線陣；檢測參數(shù)包括：虛警概率1e-7、檢測范圍距離元0到512、多普勒元-128到128、恒虛警檢測距離維和多普勒維保護(hù)單元均為4、距離維和多普勒維參考單元均為20；跟蹤參數(shù)包括：數(shù)據(jù)更新率0.85s、雙基雷達(dá)基線長度7.5km、陣列法線方位50.3°、基線方位284.4°、卡爾曼濾波中點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)概率為10.597；

步驟1.2：初始化udp傳輸協(xié)議，配置端口地址和端口號；

步驟1.3：分配內(nèi)存和顯存空間，在cpu端分配兩個(gè)相同長度內(nèi)存packet1和packet2，定義數(shù)據(jù)包緩存計(jì)數(shù)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(shù)據(jù)入口；

本實(shí)施例中，在cpu端分配兩個(gè)相同長度內(nèi)存packet1和packet2，大小均為195mb，數(shù)據(jù)長度0.85s，定義數(shù)據(jù)包緩存計(jì)數(shù)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(shù)據(jù)入口；

步驟1.4：初始化光纖板卡，等待數(shù)據(jù)傳輸；

步驟2：模擬接收機(jī)通過多陣元天線接收環(huán)境中的數(shù)字電視信號，包括直達(dá)波信號，經(jīng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)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(jìn)行限幅、放大、濾波后下變頻至固定中頻；

本實(shí)施例中，接收信號中參考和監(jiān)測信號經(jīng)過限幅、放大、濾波和二次混頻變?yōu)?0mhz的固定中頻后采用80mhz頻率帶通采樣，然后經(jīng)數(shù)字下變頻輸出采樣率為10mhz的基帶信號。

步驟3：數(shù)字接收機(jī)的gps模塊馴服的系統(tǒng)時(shí)鐘為多通道數(shù)字接收機(jī)提供采樣時(shí)鐘，模擬接收機(jī)輸出的中頻信號經(jīng)a/d采樣、數(shù)字下變頻和并串轉(zhuǎn)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(jīng)解包后存儲(chǔ)至光纖板卡自帶的1.5mb固定緩存中，等待cpu端讀取；

本實(shí)施例中，光纖板卡在初始化成功以后，通過兩路光纖線分別接收三路基帶信號，該基帶信號經(jīng)解包后存儲(chǔ)至光纖板卡自帶的1.5mb固定緩存中，等待cpu端讀??；

步驟5：cpu端通過驅(qū)動(dòng)程序，調(diào)用光纖板卡回調(diào)函數(shù)，通過寫入脈沖信號啟動(dòng)光纖板卡數(shù)據(jù)向服務(wù)器傳輸函數(shù)；

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(shù)據(jù)包依次上傳至cpu端；

圖5為光纖板卡數(shù)據(jù)傳輸流程圖，其具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟：

步驟6.1：線程a先將光纖板卡1.5mb數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)到固定內(nèi)存packet1，數(shù)據(jù)包緩存計(jì)數(shù)器ipci_cnt開始計(jì)數(shù)；

步驟6.2：當(dāng)計(jì)數(shù)器值為130時(shí)，線程a將光纖板卡1.5mb數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)到固定內(nèi)存packet2中，同時(shí)線程b將packet1中數(shù)據(jù)整體拷貝到顯存packet中，計(jì)數(shù)器ipci_cnt繼續(xù)計(jì)數(shù)；

步驟6.3：當(dāng)計(jì)數(shù)器值ipci_cnt為260時(shí)，線程a將光纖板卡1.5mb數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)到固定內(nèi)存packet1中，同時(shí)線程b將packet2中數(shù)據(jù)整體拷貝到顯存packet中；

步驟6.4：計(jì)數(shù)器ipci_cnt置零，重復(fù)步驟6.1-步驟6.3，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸；

步驟7：當(dāng)數(shù)據(jù)拷貝至gpu顯存packet后，啟動(dòng)信號處理主線程，借助gpu并行運(yùn)算特性，在gpu端對參考信號重構(gòu)、雜波抑制、匹配濾波、數(shù)字波束形成和目標(biāo)檢測進(jìn)行并行化加速處理；

其具體實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)在gpu端完成信號重構(gòu)，重構(gòu)同步峰值和星座映射上傳至軟件顯示界面，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控信號重構(gòu)質(zhì)量；

參考信號重構(gòu)的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟：

步驟7.1.1：在gpu端，利用同步信號對參考通道基帶信號進(jìn)行粗同步；

步驟7.1.2：對步驟7.1.1中粗同步后的基帶信號進(jìn)行小數(shù)倍頻偏估計(jì)與補(bǔ)償，再對頻偏補(bǔ)償后的基帶信號進(jìn)行整數(shù)倍頻偏估計(jì)與補(bǔ)償；

步驟7.1.3：對步驟7.1.2中頻偏補(bǔ)償后的基帶信號進(jìn)行符號精同步，得到同步信號的起點(diǎn)位置；

步驟7.1.4：利用步驟7.1.3中得到的同步信號起點(diǎn)取ofdm符號數(shù)據(jù)體部分，對數(shù)據(jù)體部分在時(shí)頻二維進(jìn)行插值運(yùn)算得到信道響應(yīng)；

步驟7.1.5：利用步驟7.1.4中的信道響應(yīng)對參考信號進(jìn)行信道均衡，均衡后有效數(shù)據(jù)體部分上傳至軟件顯示界面，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控參考信號重構(gòu)質(zhì)量；

步驟7.1.6：對步驟7.1.5中信道均衡后的參考信號數(shù)據(jù)進(jìn)行硬判決，生成最終重構(gòu)的參考信號。

本實(shí)施例中，參考信號重構(gòu)選取通道1的基帶信號完成。首先利用同步信號進(jìn)行粗同步，然后進(jìn)行小數(shù)倍頻偏估計(jì)和補(bǔ)償以及整數(shù)倍頻偏估計(jì)和補(bǔ)償，利用補(bǔ)償后的同步信號完成精同步，再在時(shí)頻二維完成信道估計(jì)，對信道均衡后的數(shù)據(jù)進(jìn)行硬判決，最后通過ofmd符號調(diào)制成參考信號。

步驟7.2：繼續(xù)對多通道基帶信號進(jìn)行通道校準(zhǔn)，并將校準(zhǔn)后的多通道基帶信號進(jìn)行分載波雜波抑制，得到雜波抑制后監(jiān)測信號；其具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟：

雜波抑制的具體實(shí)現(xiàn)包括以下步驟：

步驟7.2.1：在gpu端，取出經(jīng)通道相位校準(zhǔn)后的多通道基帶信號中ofdm符號有效數(shù)據(jù)體部分，并進(jìn)行fft變換到頻域；

步驟7.2.2：分離出步驟7.2.1中的頻域ofdm符號每個(gè)子載波，形成子載波×監(jiān)測通道數(shù)的子矩陣；

步驟7.2.3：對步驟7.2.2中的每個(gè)子矩陣進(jìn)行svd分解，得到雜波子空間和信號子空間，將子矩陣投影到信號子空間，得到雜波抑制后的子載波×監(jiān)測通道數(shù)子矩陣；

步驟7.2.4：對所有雜波抑制后的子矩陣進(jìn)行組合，將組合后的頻域ofdm符號進(jìn)行ifft變換到時(shí)域，得到經(jīng)分載波雜波抑制后的監(jiān)測信號。

本實(shí)施例取相當(dāng)長一段時(shí)間的數(shù)據(jù)做信號處理，針對低慢小的無人機(jī)目標(biāo)，長時(shí)間累積用于提高目標(biāo)信噪比；長時(shí)間累積，不同于強(qiáng)散射體飛行目標(biāo)探測，針對無人機(jī)目標(biāo)低慢小的特征，長時(shí)間累積有利于提高目標(biāo)信噪比，便于后期的目標(biāo)檢測；

本實(shí)施例中，基于空域分載波處理來抑制直達(dá)波和多徑雜波。首先取出經(jīng)通道相位校準(zhǔn)后的多通道基帶信號中ofdm符號有效數(shù)據(jù)體部分，并進(jìn)行fft變換到頻域；分離出頻域ofdm符號每個(gè)子載波，形成子載波監(jiān)測通道數(shù)的子矩陣；對每個(gè)子矩陣進(jìn)行svd分解，得到雜波子空間和信號子空間，將子矩陣投影到信號子空間，得到雜波抑制后的子載波監(jiān)測通道數(shù)子矩陣；對所有雜波抑制后的子矩陣進(jìn)行組合，將組合后的頻域ofdm符號進(jìn)行ifft變換到時(shí)域，得到經(jīng)分載波雜波抑制后的監(jiān)測信號。

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

本實(shí)施例中，匹配濾波基于“快時(shí)間維相關(guān)-慢時(shí)間維fft”算法。劃分每個(gè)ofdm符號為快時(shí)間維，避免信號結(jié)構(gòu)中的信標(biāo)、循環(huán)前綴和保護(hù)間隔產(chǎn)生的副峰；累積時(shí)間為5332個(gè)ofdm符號(0.8s)，速度分辨率為0.57m/s。

步驟7.4：將步驟7.3中得到的距離多普勒譜進(jìn)行數(shù)字波束形成，得到多波束掃描數(shù)據(jù)，選取對應(yīng)于陣列法向的波束數(shù)據(jù)上傳至軟件顯示界面，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控雜波抑制效果；

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

本實(shí)施例中，目標(biāo)檢測采用峰值檢測和恒虛警檢測相結(jié)合的方法。峰值檢測中被檢測單元與相鄰八個(gè)單元做比，數(shù)值最大即為峰值，遍歷所有距離多普勒譜單元，找出所有疑似目標(biāo)；對所有疑似目標(biāo)進(jìn)行os-cfar，其根據(jù)恒定的虛警率自適應(yīng)的調(diào)整檢測門限，若峰值大于檢測門限即判定為目標(biāo)。

步驟7.6：對步驟7.5檢測到的目標(biāo)進(jìn)行到達(dá)角估計(jì)，得到檢測后目標(biāo)的方位角；

達(dá)角估計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)包括以下步驟：

步驟7.6.1：對匹配濾波中的時(shí)域互相關(guān)結(jié)果進(jìn)行滑窗，得到各個(gè)子窗的時(shí)域互相關(guān)數(shù)據(jù)；

步驟7.6.2：對各子窗時(shí)域互相關(guān)數(shù)據(jù)在慢時(shí)間維fft，得到滑窗后的各個(gè)子窗距離多普勒譜；

步驟7.6.3：利用檢測后的目標(biāo)距離和多普勒信息，在各個(gè)子窗距離多普勒譜中提取對應(yīng)位置的目標(biāo)值，形成通道數(shù)×子窗數(shù)的目標(biāo)矩陣；

步驟7.6.4：結(jié)合music算法，利用步驟7.6.3中的目標(biāo)矩陣進(jìn)行到達(dá)角估計(jì)，得到目標(biāo)的方位角信息。

本實(shí)施例中，到達(dá)角估計(jì)采用時(shí)域滑窗加music算法相結(jié)合的方法。首先對匹配濾波中的時(shí)域互相關(guān)結(jié)果進(jìn)行滑窗，得到各個(gè)子窗的時(shí)域互相關(guān)數(shù)據(jù)；然后對各子窗時(shí)域互相關(guān)數(shù)據(jù)在慢時(shí)間維fft，得到滑窗后的各個(gè)子窗距離多普勒譜；利用檢測后的目標(biāo)距離和多普勒信息，在各個(gè)子窗距離多普勒譜中提取對應(yīng)位置的目標(biāo)值，形成通道數(shù)子窗數(shù)的目標(biāo)矩陣；結(jié)合music算法，利用目標(biāo)矩陣進(jìn)行到達(dá)角估計(jì)，得到目標(biāo)的方位角信息。

步驟8：將最終得到的目標(biāo)雙基距離、雙基速度和方位角拷貝至cpu端，在cpu端，對目標(biāo)進(jìn)行航跡起始，維持和終結(jié)，得到最終目標(biāo)航跡值，并通過udp傳輸協(xié)議，將維持和終結(jié)航跡傳輸至雷達(dá)ppi顯示界面，用于實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)航跡；

本實(shí)施例中，目標(biāo)跟蹤在cpu端進(jìn)行?；陔p基地雷達(dá)模型，使用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法和全局最近鄰域方法，對無人機(jī)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。

步驟9：重復(fù)步驟7-步驟8，在線程a或b緩存一場數(shù)據(jù)時(shí)間段內(nèi)，主線程完成實(shí)時(shí)信號處理部分，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。

圖6為軟件顯示界面，實(shí)時(shí)監(jiān)控信號同步峰值、信號重構(gòu)質(zhì)量、雜波抑制效果、目標(biāo)檢測結(jié)果。

目標(biāo)航跡通過udp協(xié)議傳輸至雷達(dá)ppi顯示界面，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)航跡實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)測。

本發(fā)明實(shí)施例的效果可通過對無人機(jī)探測的外場實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說明：

圖7為雜波抑制前的距離多普勒譜。在零多普勒元出，可見明顯的直達(dá)波和多徑雜波，強(qiáng)直達(dá)波和多徑雜波使基底抬高淹沒了目標(biāo)；

圖8是雜波抑制和波束形成后的距離多普勒譜。可見經(jīng)雜波抑制和數(shù)字波束形成后噪聲基底降低，無人機(jī)目標(biāo)凸顯出來，為后期目標(biāo)檢測提供有利條件；

圖9為無人機(jī)目標(biāo)實(shí)時(shí)航跡監(jiān)測圖。可見在無人機(jī)目標(biāo)飛行過程中，本發(fā)明能夠連續(xù)檢測和跟蹤無人機(jī)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。