楊勇軍 常 明 郭 勇 林小芳

（空軍通信士官學校，遼寧 大連 116600）

1 引言

隨著信息化技術的不斷深入發(fā)展，戰(zhàn)場上無線電電子設備越來越多，電子對抗日益加劇，頻譜資源的需求不斷增長。為迅速掌控未來戰(zhàn)爭電磁領域的主導權，美軍視電磁頻譜為繼陸、海、空、天和網(wǎng)絡之外的第六維作戰(zhàn)域[1]。由此可見，電磁頻譜已經(jīng)關系到國防和軍隊的信息化建設，是各國維護自身安全的戰(zhàn)略性任務之一。其中，雷達是戰(zhàn)場上的目標探測裝備[2]，通信是戰(zhàn)場上交流信息、實時指揮的裝備[3]，隨著裝備的增多及使用頻率的接近，戰(zhàn)場雷達和通信頻譜兼容問題不斷出現(xiàn)，嚴重制約了裝備的使用效能。本文主要研究戰(zhàn)場雷達和通信頻譜兼容問題，首先分析了戰(zhàn)場雷達和通信使用頻譜的差異，然后對戰(zhàn)場雷達和通信在頻譜相鄰、頻譜交叉和頻譜重疊的三種情況下的頻譜兼容進行了分析。

2 戰(zhàn)場雷達和通信使用頻譜的差異

2.1 頻譜功率不同

雷達探測目標需要發(fā)射信號并接收目標的回波信號，現(xiàn)代戰(zhàn)場的隱身技術、小型化以及無人化技術越來越先進，目標雷達散射截面越來越小[4]，需要較大的雷達發(fā)射功率才能實現(xiàn)目標探測，所以雷達信號的幅度較大，其頻譜圖的幅度也較大；通信的功率相對于雷達來說較小，其頻譜圖的幅度也相對較小。一般情況下，雷達和通信在用頻接近的情況下，通信受到的影響會比較大。

2.2 波形和頻譜特征不同

目前，常用的雷達信號有連續(xù)波信號、線性調(diào)頻信號、頻率分集雷達信號等，其信號波形類型有連續(xù)型和脈沖型[5-6]。大多數(shù)雷達信號波形是固定的，既具有一定的周期性，其頻譜特征也是具有一定的平穩(wěn)性。常用的通信信號有振幅鍵控、相移鍵控、頻移鍵控和正交振幅調(diào)制、正交頻分復用等信號，其信號波形類型分為頻率調(diào)制、相位調(diào)制和振幅調(diào)制，或不同類型調(diào)制的組合[7-8]。通信信號通常是隨機的，除一些導頻信號相同外，不同的通信信號調(diào)制后的波形是不同的，其頻譜特征具有一定的隨機性。

2.3 頻譜方向性不同

雷達探測目標時，如果目標的回波信號太弱，就會因識別不出信號而造成誤警，所以雷達難以實現(xiàn)對全方向發(fā)射信號，通常是使用定向天線將信號功率集中在一個方向發(fā)射，然后依靠天線的旋轉來實現(xiàn)對不同的方向進行目標探測[9]，所以雷達信號通常具有很強的方向性，在對雷達進行頻譜監(jiān)測時，不同時刻在同一方向監(jiān)測到的雷達信號頻譜強度是不一樣的。而通信除散射[10]、衛(wèi)星[11]等少部分通信裝備具有較強的方向性外，其它通信裝備通常采用的是全向天線，其信號強度在各方向基本一致，在對通信進行頻譜監(jiān)測時，不同時刻在同一方向監(jiān)測到的通信信號頻譜強度的平均值基本保持一致。

3 戰(zhàn)場雷達和通信頻譜兼容研究

戰(zhàn)場上各種武器裝備的使用容易造成頻譜擁擠，導致雷達和通信的頻譜使用空間被壓縮?；诶走_和通信使用頻譜的差異，本文對戰(zhàn)場雷達和通信在頻譜相鄰、頻譜交叉和頻譜重疊的三種情況下的頻譜兼容進行研究，分別如圖1(a)(b)(c)所示。

圖1 戰(zhàn)場雷達和通信使用頻譜示意圖

3.1 雷達和通信頻譜相鄰的情況

戰(zhàn)場上雷達為了在復雜的電磁環(huán)境中接收目標的回波，需要發(fā)射較大功率的信號，其發(fā)射機的末級功率放大器大多工作在飽和狀態(tài)，容易產(chǎn)生非線性失真，從而導致基波信號的各次諧波的產(chǎn)生，使得戰(zhàn)場上雷達和通信在頻譜相鄰的情況下有鄰頻道干擾、帶外干擾等，不利于雷達和通信的同時工作。為解決干擾問題，可以從以下兩方面入手：

（1）優(yōu)化武器裝備防電磁干擾設計

在武器裝備設計方面，可以對雷達或通信的關鍵部位用特殊材料包裹形成防護層[12]，或是根據(jù)雷達頻譜方向性不同，在特定的方向加強防護，增加電磁屏蔽或電磁吸收效果。

（2）增強信號處理

雷達和通信同時工作時，可以對信號進行濾波處理，比如自適應濾波技術[13]、卡爾曼濾波技術[14]等減少電磁干擾。

3.2 雷達和通信頻譜交叉的情況

戰(zhàn)場雷達和通信在頻譜交叉的情況下，如果二者仍正常用頻，當二者中心頻率一致時，即使沒有外界電磁環(huán)境干擾，雷達和通信之間也會出現(xiàn)同頻干擾。根據(jù)雷達和通信的頻譜特征，雷達或通信在空域、時域和頻域都會出現(xiàn)對于當前工作冗余的、可以被利用的空閑頻譜資源，這些頻譜資源被稱為頻譜空穴。為解決同頻干擾，可采用以下技術：

（1）匿影技術

匿影的基本工作原理是其它裝備利用雷達的脈沖間隙時間來工作[15]。脈沖雷達為了增加最大不模糊距離，發(fā)射的脈沖信號占空比往往較小，所以通信可以充分利用其脈沖間隙時間來工作，減少雷達信號的干擾。

（2）認知無線電技術

認知無線電技術的基本思路是基于認知功能提前感知和分析可以使用的頻率，并實時接入可以使用的頻率，避免對擁有授權頻段的主用戶形成干擾[16]。雷達或通信可以使用認知無線電技術及時感知和使用空閑頻率，避免發(fā)生同頻干擾，提高頻譜利用率。

3.3 雷達和通信頻譜重疊的情況

戰(zhàn)場雷達和通信頻譜重疊時，可以采用共享頻譜的方式同時工作。雷達和通信共享頻譜是指雷達和通信通過共同采用一種共享信號綜合實現(xiàn)雷達功能和通信功能[17]，這樣可以提高資源的共享程度、降低能源消耗和節(jié)約維護成本，并且能減小系統(tǒng)自身的電磁干擾，增加系統(tǒng)運行的可靠性和高效性。對于共享信號的選擇有正交頻分復用信號、線性調(diào)頻信號等。

（1）正交頻分復用信號

正交頻分復用信號作為共享信號具有多載波特性，且形式類似于噪聲，能有效降低被敵方電子偵察的概率，且擁有較大的時寬帶寬積保證其具有較高的距離與速度分辨率[18]。主要缺點有兩個方面：一是峰均功率比較高，二是脈壓峰值旁瓣比的隨機性較大。其中，高峰均功率比信號經(jīng)過功率放大器會導致信號畸變、頻譜偏移等嚴重問題，導致信號失真嚴重，大幅增加通信誤碼率；峰值旁瓣比會影響雷達檢測的虛警概率，如果虛警目標的數(shù)量超出了系統(tǒng)的可承受范圍，將對真實目標的檢測造成很大的影響。因此，正交頻分復用信號需要在發(fā)送端抑制峰均功率比，在接收端抑制脈壓峰值旁瓣比的隨機性。

（2）線性調(diào)頻信號

線性調(diào)頻信號作為共享信號有系統(tǒng)簡單容易實現(xiàn)、擁有較大的時寬帶寬積等優(yōu)點[19]。主要缺點是通信速率較低和通信信息解調(diào)困難。因此，線性調(diào)頻信號的載波通常需要搭載通信速率較高的多進制信號，以及優(yōu)化通信信息解調(diào)的方式方法。

4 結語

國防和軍隊的現(xiàn)代化建設增加了對電磁頻譜的使用，而戰(zhàn)場雷達和通信的頻譜兼容問題制約了戰(zhàn)斗力的提升，本文分析了戰(zhàn)場雷達和通信使用頻譜的差異，并研究了戰(zhàn)場雷達和通信在頻譜相鄰、頻譜交叉和頻譜重疊的三種情況下的頻譜兼容問題，為提升我軍戰(zhàn)場武器使用效能作支撐。