脉冲测量雷达中频记录与信号分析系统

随着运载火箭、卫星和临近空间飞行器性能的快速发展，在航天试验中对跟踪雷达的作用距离、跟踪精度和目标特性测量能力等要求越来越高。为了满足航天试验对飞行目标测量精度不断提高的需求，除了配置更多新型高增益宽带雷达外，如何对现有脉冲跟踪雷达进行升级改造，挖掘在用航天雷达的潜力也是一条经济合算的路线。

基于以上背景，研制了一种脉冲雷达中频检前记录加高精度事后处理系统。该系统不需要对现有脉冲雷达进行复杂改造，只需要额外配置一台具备高速记录和高性能运算的计算机便可完成雷达性能提升任务。通过灵活的信号处理算法，充分挖掘航天试验记录数据中蕴含的幅度和相位信息量，提高脉冲雷达的测量精度和目标特性识别能力。

另外，系统还具备对记录中频雷达信号回放功能，可提高雷达测量任务的可靠性。为雷达天地链路任务情况分析、故障诊断和定位提供有效手段，并为设备联试、操作维护提供动态模拟信号，有效提高了雷达设备维护、使用效率和水平。

系统采用的主要关键技术包括：

1. 高速采集、存储与回放技术：脉冲测量雷达中频回波信号具有脉冲宽度窄、载波频率高的特点。为了能够不丢失目标回波信息，减小原始数据损失，系统采集速度为240MHz。高速数据存储速率由存储介质和存储协议控制器等决定。系统选用商业现货SAS硬盘阵列实现了对高速大容量信号的持续记录，采用RAID技术大幅度提高了系统持续记录回放速率。

2. 雷达控制信号与B码时标信号组帧设计技术：记录平台设计基于数字化处理和存储技术实现同步脉冲时间间隔测量、同步脉冲与波门脉冲时间间隔测量、波门脉冲前沿IRIG-B码绝对时解算，以及上述数据和AGC控制电压的组帧。

3. 基于GPU的高精度事后信号处理技术：为了提高事后数据处理实时性，硬件处理平台采用了CPU + GPU的异构并行处理方式来实现测控信号的事后软件处理。CPU执行单元在事后处理中用于复杂逻辑控制和分支预测。GPU提供了大量执行单元来运行更多相对简单的线程，能够实现很强的计算能力和很高的存储器带宽，在事后处理中用于大块数据处理，如滤波和快速傅里叶变换。

4. 基于记录数据的雷达目标幅度信息提取技术：利用雷达中频信号记录系统可以有效提取回波信号幅度变化信息，有助于雷达目标在起飞段和助推段进行事件分析和低分辨运动状态识别。

5. 基于记录数据的雷达目标相位信息提取技术：目前在航天试验中大部分脉冲跟踪雷达是低重频体制，雷达存在严重的速度模糊，一般不提供测速功能。通过解算相位信息可以得到高精度的速度测量值，以及其它运动特性，包括距离、加速度、自旋速度等。另外，相位信息可以反演出雷达目标的微小特征，变化尺度为雷达波长量级。通过解算速度模糊值，利用相位测距结合游标测距方法可以实现低重频雷达的高精度测速和测距，大大地拓展了雷达记录设备的功能和应用领域。

项目研究成果已经应用到国内4个测控站，交付用户和工业部门5台套。圆满完成载人航天、探月工程、北斗导航等重大任务，社会效益和经济效益显著，整体技术达到国内领先水平。

随着运载火箭、卫星和临近空间飞行器性能快速发展,在航天试验中对跟踪雷达的作用距离、跟踪精度和目标特性测量能力等要求越来越高。为了满足航天试验对飞行目标测量精度不断提高的需求,除了配置更多新型高增益宽带雷达外,如何对现有脉冲跟踪雷达进行升级改造,挖掘在用航天雷达的潜力也是一条经济合算的路线。基于以上背景研制了一种脉冲雷达中频检前记录加高精度事后处理系统,该系统不需要对现有脉冲雷达进行复杂改造,只需要额外配置一台具备高速记录和高性能运算的计算机便可完成雷达性能提升任务,通过灵活的信号处理算法充分挖掘航天试验记录数据中蕴含的幅度和相位信息量,提高脉冲雷达的测量精度和目标特性识别能力。另外系统还具备对记录中频雷达信号回放功能,可提高雷达测量任务的可靠性,为雷达天地链路任务情况分析、故障诊断和定位提供有效手段,并为设备联试、操作维护提供动态模拟信号,有效提高了雷达设备维护、使用效率和水平。系统采用的主要关键技术包括：（1）高速采集、存储与回放技术,脉冲测量雷达中频回波信号具有脉冲宽度窄、载波频率高的特点,为了能够不丢失目标回波信息,减小原始数据损失,系统采集速度为240MHz,高速数据存储速率由存储介质和存储协议控制器等决定,系统选用商业现货SAS硬盘阵列实现了对高速大容量信号的持续记录,采用RAID技术大幅度提高了系统持续记录回放速率。（2）雷达控制信号与B码时标信号组帧设计技术,记录平台设计基于数字化处理和存储技术实现同步脉冲时间间隔测量、同步脉冲与波门脉冲时间间隔测量、波门脉冲前沿IRIG-B码绝对时解算,以及上述数据和AGC控制电压的组帧。（3）基于GPU的高精度事后信号处理技术,为了提高事后数据处理实时性,硬件处理平台采用了CPU + GPU的异构并行处理方式来实现测控信号的事后软件处理。CPU执行单元在事后处理中用于复杂逻辑控制和分支预测。GPU提供了大量执行单元来运行更多相对简单的线程,能够实现很强的计算能力和很高的存储器带宽,在事后处理中用于大块数据处理,如滤波和快速傅里叶变换。（4）基于记录数据的雷达目标幅度信息提取技术,利用雷达中频信号记录系统可以有效提取回波信号幅度变化信息,有助于雷达目标在起飞段和助推段进行事件分析和低分辨运动状态识别。（5）基于记录数据的雷达目标相位信息提取技术,目前在航天试验中大部分脉冲跟踪雷达是低重频体制,雷达存在严重的速度模糊,一般不提供测速功能,通过解算相位信息可以得到高精度的速度测量值,以及其它运动特性,包括距离、加速度、自旋速度等,另外,相位信息可以反演出雷达目标的微小特征,变化尺度为雷达波长量级,通过解算速度模糊值,利用相位测距结合游标测距方法可以实现低重频雷达的高精度测速和测距,大大地拓展了雷达记录设备的功能和应用领域。项目研究成果已经应用到国内4个测控站,交付用户和工业部门5台套。圆满完成载人航天、探月工程、北斗导航等重大任务,社会效益和经济效益显著,整体技术达到国内领先水平。