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基于2D-FFT与2D-CFAR的调频引信快速高精度信号处理方法

张安琪 曹荣刚 周宇 李佳武 曹宇曦 于永滨

张安琪,曹荣刚,周宇,等. 基于2D-FFT与2D-CFAR的调频引信快速高精度信号处理方法[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(3):837-845
引用本文: 张安琪,曹荣刚,周宇,等. 基于2D-FFT与2D-CFAR的调频引信快速高精度信号处理方法[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(3):837-845
ZHANG A Q,CAO R G,ZHOU Y,et al. Fast and high precision signal processing method for frequency modulation fuze based on 2D-FFT and 2D-CFAR[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(3):837-845 (in Chinese)
Citation: ZHANG A Q,CAO R G,ZHOU Y,et al. Fast and high precision signal processing method for frequency modulation fuze based on 2D-FFT and 2D-CFAR[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(3):837-845 (in Chinese)

基于2D-FFT与2D-CFAR的调频引信快速高精度信号处理方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2023.0827
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:crgeea@bit.edu.cn

  • 中图分类号: TJ43+4.1

Fast and high precision signal processing method for frequency modulation fuze based on 2D-FFT and 2D-CFAR

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  • 摘要:

    针对调频引信在实际应用中谐波定距法定距精度不高的问题,根据快速傅里叶变换(FFT)及恒虚警率(CFAR)理论,设计以二维快速傅里叶变换(2D-FFT)方法与频域二维恒虚警率(2D-CFAR)自适应检测方法为核心的差频信号处理方法。该方法将一维差频信号转换为二维矩阵,通过2D-FFT变换得到二维距离-速度频谱,并将静态杂波滤除,抑制噪声对调频引信的影响,对滤波后的二维频谱使用2D-CFAR提取目标的距离和速度。通过仿真验证所提方法性能,结果表明:所提方法在干信比15 dB的情况下,定距相对误差为0.033,测速相对误差为0.004,能够在10.26 μs内准确地输出起爆信号。所提方法能够满足调频引信与地面目标在高速交会情况下目标距离和速度的准确获取和实时性,并提高调频引信的抗扫频干扰能力。

     

  • 图 1  毫米波调频引信理论框图

    Figure 1.  Theoretical block diagram of millimeter wave frequency modulation fuze

    图 2  锯齿波调频定距引信信号时频特性曲线

    Figure 2.  Time frequency characteristic curve of sawtooth wave frequency modulation fixed distance fuse signal

    图 3  差频信号处理方法流程框图

    Figure 3.  Flow chart of differential frequency signal processing method

    图 4  数据重排流程

    Figure 4.  Flow chart of data rearrangement

    图 5  2D-FFT距离和速度提取方法

    Figure 5.  2D-FFT distance velocity extraction method

    图 6  2D-CFAR检测的信号处理步骤

    Figure 6.  Signal processing steps for 2D-CFAR detection

    图 7  2D-CFAR检测方法

    Figure 7.  2D-CFAR detection method

    图 8  调频引信发射信号、回波信号和差频信号模型

    Figure 8.  The model of transmitting signal, receiving signal, and differential frequency signal for frequency modulation fuze

    图 9  未经静态杂波滤除的1D-FFT处理结果

    Figure 9.  1D-FFT processing results without static clutter filtering

    图 10  静态杂波滤除后的1D-FFT处理结果

    Figure 10.  1D-FFT processing results after static clutter filtering

    图 11  2D-FFT处理结果

    Figure 11.  2D-FFT processing result

    图 12  2D-CFAR检测处理结果

    Figure 12.  2D-CFAR detection processing results

    图 13  不同干信比下差频信号处理方法处理结果

    Figure 13.  Processing results of differential frequency signals processing method under different jamming-to-signal ratios

    图 14  差频信号处理方法在FPGA上运行的仿真结果

    Figure 14.  Simulation results of differential frequency signal processing method running on the FPGA

    表  1  毫米波调频引信的系统参数

    Table  1.   System parameters of millimeter wave frequency modulation fuse

    载波中心
    频率$ {f}_{\text{c}} $/GHz
    调制频偏
    $ {F}_{\text{m}} $/MHz
    调制周
    期$ {T}_{\text{m}} $/μs
    弹目交会
    距离$ R $/m
    弹目交会速
    度$ v $/(m·s−1)
    FIR带通滤
    波器通带
    范围/MHz
    60 450 10 9~12 100 2.7~3.6
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    表  2  扫频干扰参数

    Table  2.   Sweep frequency interference parameters

    载波中心频率/GHz 扫频干扰带宽/MHz 干扰调制周期/μs 干信比/dB
    60 600 500 15,20
    下载: 导出CSV

    表  3  FPGA的片上资源消耗情况

    Table  3.   The on-chip resource consumption of FPGA

    资源 已使用 可用 利用率/%
    LUT 13604 134600 10.11
    LUTRAM 2040 46200 4.42
    FF 19270 269200 7.16
    BRAM 68 365 18.63
    DSP 14 740 1.89
    IO 8 285 2.81
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-12-20
  • 录用日期:  2024-03-01
  • 网络出版日期:  2024-04-03
  • 整期出版日期:  2026-03-31

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