朱 平，李 偉

(中國船舶重工集團(tuán)公司第723研究所，揚州225001)

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基于擴頻技術(shù)的多雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計

朱 平，李 偉

(中國船舶重工集團(tuán)公司第723研究所，揚州225001)

針對日益復(fù)雜的電磁環(huán)境和目標(biāo)威脅，多雷達(dá)組網(wǎng)協(xié)同探測已成為當(dāng)前雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向?；诶走_(dá)平臺，采用擴頻技術(shù)實現(xiàn)多平臺雷達(dá)之間數(shù)據(jù)的傳輸共享。各部雷達(dá)分配不同的擴頻發(fā)射碼型，接收端通過計算接收到的信號的相關(guān)特性,區(qū)分出多路接收信號。仿真結(jié)果表明：采用擴頻技術(shù)的多雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)具有良好的低截獲性、保密性，抗干擾能力強，能實現(xiàn)組網(wǎng)數(shù)據(jù)的有效傳輸。

雷達(dá)組網(wǎng)；擴頻技術(shù)；相關(guān)

0 引 言

隨著當(dāng)前軍事裝備的不斷發(fā)展，大規(guī)模聯(lián)合作戰(zhàn)能力逐漸形成，多平臺雷達(dá)組網(wǎng)協(xié)同探測可以擴大探測范圍，提高探測數(shù)據(jù)率，增強系統(tǒng)反應(yīng)能力，并提高多雷達(dá)系統(tǒng)的抗干擾能力，有效對抗當(dāng)前作戰(zhàn)系統(tǒng)所面臨的“四大威脅”(電子干擾、隱身、反輻射摧毀和低空突防)。在多雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)中，大容量數(shù)據(jù)傳輸鏈的設(shè)計成為系統(tǒng)能否成功組網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)在硬件設(shè)計上充分利用雷達(dá)現(xiàn)有資源，在軟件上實現(xiàn)時間、碼型等資源的綜合調(diào)度，實現(xiàn)雷達(dá)功能/組網(wǎng)協(xié)同一體化設(shè)計；并在處理后端將接收到的其它雷達(dá)探測數(shù)據(jù)與本雷達(dá)探測數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，實現(xiàn)多平臺雷達(dá)組網(wǎng)協(xié)同探測。

1 基于擴頻技術(shù)的多雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)實現(xiàn)多平臺雷達(dá)的組網(wǎng)探測，因此需將各自探測到的目標(biāo)數(shù)據(jù)以及狀態(tài)信息實時發(fā)送給系統(tǒng)內(nèi)每部雷達(dá)。本文采用基于擴頻技術(shù)的多雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸方式，在信號發(fā)射端將各自雷達(dá)的探測數(shù)據(jù)按照相應(yīng)的碼型進(jìn)行擴頻編碼，在信號接收端利用本地擴頻序列分別計算各路接收信號的相關(guān)性能，以區(qū)分出接收到的各部雷達(dá)信號[1]。該系統(tǒng)總體技術(shù)框圖如圖1所示。

圖1 基于擴頻技術(shù)的多平臺雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)框圖

如圖1所示，在由N部雷達(dá)構(gòu)成的多雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)中，每部雷達(dá)將各自探測到的數(shù)據(jù)經(jīng)對應(yīng)的擴頻序列進(jìn)行擴頻處理后，由本地設(shè)備變頻、放大后輻射出去；經(jīng)過無線信道傳輸后，在信號接收端將接收到的信號分別與對應(yīng)的本地序列進(jìn)行匹配相關(guān)處理，解調(diào)得出每部雷達(dá)對應(yīng)的數(shù)據(jù)；最后將接收到的每部雷達(dá)數(shù)據(jù)與本地雷達(dá)探測數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，實現(xiàn)多雷達(dá)的協(xié)同探測。

2 基于擴頻技術(shù)的多雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)仿真分析

2.1 擴頻技術(shù)原理

擴頻技術(shù)采用信息論原理中的香農(nóng)公式抗干擾理論。在信息論中：

C=Wlog2(1+σSNR)

(1)

式中：C為信道容量，單位為bps；W為信道寬度；σSNR為信噪比,單位為dB。

該式給出了在給定信噪比σSNR和沒有誤碼的情況下信道的理論容量C與該信道帶寬W的關(guān)系。從這個公式可以得出一個重要的結(jié)論：對于給定的信息傳輸速率，可以用不同的帶寬和信噪比的組合來傳輸，即信噪比和信道帶寬可以互換，從而利用信道帶寬的擴展換取信噪比的提高，增強系統(tǒng)的抗干擾能力。

本系統(tǒng)正是通過增加信號帶寬來降低接收端對信噪比的要求，并通過擴頻解調(diào)過程獲得的擴頻增益來提高信號解調(diào)能力，從而降低發(fā)射功率，實現(xiàn)低截獲等性能，并在一定程度上提高信道傳輸?shù)谋Ｃ苄?，增強抗干擾能力[2]。

2.2 多雷達(dá)組網(wǎng)擴頻編碼選取

在多平臺雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)中，從組網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)數(shù)量、數(shù)據(jù)傳輸抗干擾性能以及檢測性能等角度考慮，擴頻編碼的選取主要遵循以下3個原則：

(1) 從雷達(dá)組網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸保密性能考慮：所選取的擴頻碼應(yīng)具有足夠長的周期，使干擾者難以從擴頻碼的一小段中重建整個碼序列；

(2) 從檢測性能以及多雷達(dá)檢測的角度考慮：所選取的擴頻序列應(yīng)具有自相關(guān)性能好、互相關(guān)值接近零的特點[3]；

(3) 由于涉及到系統(tǒng)內(nèi)多部雷達(dá)之間的組網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，因此需要產(chǎn)生足夠多的擴頻序列滿足多雷達(dá)的需求。

本文在滿足上述3個條件的基礎(chǔ)上，選取m序列作為本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄U頻序列。m序列是由n級線性移位寄存器產(chǎn)生的周期為2n-1的碼序列，是最長線性移位寄存器序列的簡稱。這種序列具有周期長、容易產(chǎn)生、隨機性好等優(yōu)異特性，其產(chǎn)生原理如圖2所示[4]。

圖2 m序列發(fā)生器

如圖2所示，產(chǎn)生的二值序列的序列值為：

(2)

序列周期由反饋系數(shù)Aj(j=1,2，…, n)決定，表示移位寄存器的反饋連線。Aj=1時，表明第j級移位寄存器和反饋網(wǎng)絡(luò)的連線存在；否則，表明連線不存在。

2.3 擴頻組網(wǎng)系統(tǒng)仿真分析

以4部雷達(dá)組網(wǎng)為例進(jìn)行分析，綜合考慮雷達(dá)發(fā)射脈沖寬度、系統(tǒng)電磁兼容要求、低截獲性能等因素，選取127位m序列作為本雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的擴頻碼長，即采用7級線性移位寄存器。

首先根據(jù)7級線性移位寄存器通過查找、試探的方式，確定其產(chǎn)生m序列本原多項式。7級線性移位寄存器共有18組本原多項式，即最多可實現(xiàn)18部雷達(dá)之間的組網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，本文選取f1(x)～f4(x)作為本系統(tǒng)內(nèi)4部雷達(dá)的擴頻序列：

f1(x)=x7+x6+x5+x4+x3+x2+1

f2(x)=x7+x6+x5+x4+x2+x+1

f3(x)=x7+x6+x5+x3+x2+x+1

f4(x)=x7+x6+x3+x+1

其次根據(jù)上述本原多項式構(gòu)造m序列移位寄存器的邏輯框圖求出m序列：

M1=[11111110111001111010000010101111001001000100001001110110101010010111010110000 00110010100011100001111100010110110011000110100110]

M2=[1111111001001000011000000101101100010100000111011010011110000100 1101110100010001 10101100111001100101111010100101010111000111110]

M3=[111111101100101100011001101101000111110000111000101001100000011010111010010101011 0111001000010001001001111010100000101111001110]

M4=[1111111011101101111010001011001011111000100000011001101100011100111010111000010011 000001010101101001001010011110010001101010000]

在信號發(fā)射端,4部雷達(dá)分別按照各自對應(yīng)的m序列進(jìn)行擴頻處理后發(fā)送；在信號接收端，將接收到的信號與本地擴頻序列進(jìn)行相關(guān)處理，以解調(diào)出各路信號[5]。如本雷達(dá)為m1序列，則接收到的組網(wǎng)協(xié)同信號可能同時包括m2、m3、m4序列等，此時在本地分別利用m2、m3、m4序列與接收信號進(jìn)行相關(guān)處理。

本文首先仿真得到各序列的自相關(guān)與互相關(guān)函數(shù),如圖3～圖8所示。

圖3 m2序列自相關(guān)函數(shù)

圖4 m3序列自相關(guān)函數(shù)

圖5 m4序列自相關(guān)函數(shù)

圖6 m2和m3序列的互相關(guān)函數(shù)

圖7 m2和m4序列的互相關(guān)函數(shù)

圖8 m3和m4序列的互相關(guān)函數(shù)

如圖3～圖8所示,接收到的m2、m3、m4序列自相關(guān)函數(shù)性能很好，而序列相互之間的互相關(guān)函數(shù)性能較差，因此將接收的混合信號分別進(jìn)行自相關(guān)處理后能解調(diào)區(qū)分出各路信號。

進(jìn)一步進(jìn)行分析，設(shè)接收到的混合信號包括各路信號及噪聲，各路原碼數(shù)字信號設(shè)計為：

Rm2=[1,1,-1,1,-1,-1,1,-1,-1,1,1,-1,-1,-1,1];

Rm3=[1,-1,-1,1,1,-1,-1,-1,-1,1,1,-1,-1,1,1];

Rm4=[1,-1,1,-1,-1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,1,-1,-1]。

分別按上述m2、m3、m4擴頻序列進(jìn)行擴頻處理后，相加形成混合信號，并加入白噪聲進(jìn)行分析。

圖9 接收并處理后的信號

圖9(a)為接收到的Rm2、Rm3、Rm4及白噪聲的混合信號；圖9(b)為混合信號與本地m2序列相關(guān)后解調(diào)出的信號；圖9(c)為混合信號與本地m3序列相關(guān)后解調(diào)出的信號；圖9(d)為混合信號與本地m4序列相關(guān)后解調(diào)出的信號。從圖9可以看出，經(jīng)過與本地對應(yīng)序列的相關(guān)處理后，均能將原始原碼數(shù)字序列Rm2、Rm3、Rm4解調(diào)出來。

3 結(jié)束語

本文基于雷達(dá)硬件平臺，采用基于擴頻技術(shù)的處理方式，實現(xiàn)了多平臺雷達(dá)之間的信號可靠傳輸，具有一定的低截獲性、保密性，抗干擾能力強，有效提高了雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的綜合作戰(zhàn)能力。

[1] 趙興運，張群，婁昊，李曉輝，羅迎.基于OFDM隨機步進(jìn)頻的雷達(dá)通信一體化信號模型[J].電訊技術(shù)，2014,8(8):1107-1112.

[2] 李曉柏，楊瑞娟，程偉.多相偽隨機序列在雷達(dá)通信一體化中的應(yīng)用[J].信號處理，2012,11(11):1543- 1550.

[3] 李璐，李廣軍，李超強.基于有源相控陣?yán)走_(dá)的通信系統(tǒng)[J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報，2008,3(2):131- 135.

[4] 楊瑞娟，陳小民，李曉柏，程偉.雷達(dá)通信一體化共享信號技術(shù)研究[J].空軍預(yù)警學(xué)院學(xué)報，2011,2(1):39- 42.

[5] 陳興波，王小謨，曹晨，徐山峰，孫延坤.雷達(dá)通信綜合化波形設(shè)計技術(shù)分析[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2013,12(12):56- 60.

Design of Multi-radar Netting System Based on Spread Spectrum Technology

ZHU Ping，LI Wei

(The 723 Institute of CSIC，Yangzhou 225001,China)

Aiming at increasingly complex electromagnetic environment and target threat,cooperative detection based on multi-radar netting has been an important development trend of current radar system.Based on radar platform,this paper adopts spread spectrum technology to realize the transmission sharing of multi-platform radar data.Every radar use different spread spectrum transmitting code type,receiving terminal distinguishes the multiplex receiving signals by calculating the correlation characteristic of received signal.The simulation results indicate that the multi-radar netting system using spread spectrum technology has good performances of low probability of interception,confidentiality and strong anti-interference ability,can realize the effective transmission of netting data.

radar netting;spread spectrum technology;correlation

2016-06-30

TN958

A

CN32-1413(2016)05-0042-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.05.010