基于擴(kuò)頻技術(shù)的雷達(dá)通信信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)

沈良+羅煒

摘 要：電磁環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜化，更多的電子設(shè)備也集中在作戰(zhàn)平臺(tái)領(lǐng)域，這樣促使作戰(zhàn)平臺(tái)的總體積不斷增大，電子設(shè)備相互之間的干擾也越來(lái)越多，作戰(zhàn)平臺(tái)的一體化可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。以信號(hào)共享思想作為前提，建立在直接序列擴(kuò)頻的雷達(dá)通信信號(hào)處理系統(tǒng)出現(xiàn)。本文著重分析擴(kuò)頻技術(shù)下的雷達(dá)通信信號(hào)處理。

關(guān)鍵詞：擴(kuò)頻技術(shù)；雷達(dá)信號(hào)分析；信號(hào)處理

作戰(zhàn)平臺(tái)兩個(gè)主要的組成部分是雷達(dá)和通信，在小型化、多功能化的現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中，它們常常被頻繁使用。擴(kuò)頻技術(shù)能使處于復(fù)雜電磁環(huán)境中的軍事通信保持暢通，極大得促進(jìn)了軍事通信技術(shù)的發(fā)展，在現(xiàn)代軍事領(lǐng)域，擴(kuò)頻技術(shù)被廣泛用于軍事干擾系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)等，大力展現(xiàn)著它的優(yōu)勢(shì)，成為前景無(wú)量的現(xiàn)代化技術(shù)。

1、擴(kuò)頻通信技術(shù)的理論基礎(chǔ)

雷達(dá)通信系統(tǒng)要保持正常工作，恰當(dāng)?shù)耐ㄐ帕鞒毯凸ぷ鞣绞狡鹬P(guān)鍵的作用。因?yàn)橥ǔＧ闆r下雷達(dá)會(huì)將探測(cè)到的目標(biāo)數(shù)據(jù)傳遞給其他相關(guān)的參數(shù)控制設(shè)備，通信系統(tǒng)在這個(gè)過(guò)程中就起到傳遞媒介的作用。雷達(dá)通信系統(tǒng)一般分為三個(gè)部分，分別是地面通信雷達(dá)、中間通信和其他相關(guān)設(shè)備等，雷達(dá)通信系統(tǒng)的工作流程如下：首先由地面雷達(dá)發(fā)出探測(cè)信號(hào)，探測(cè)信號(hào)遇到目標(biāo)后會(huì)發(fā)出回波信號(hào)，收到回波信號(hào)的地面雷達(dá)會(huì)立即處理接收到的信號(hào)，如計(jì)算獲得的具體參數(shù)等，然后將處理好的數(shù)據(jù)利用通信發(fā)到相關(guān)的處理設(shè)備上，處理設(shè)備再對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理，最后交由執(zhí)行裝置，執(zhí)行裝置便開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)，從而完成整個(gè)目標(biāo)。

擴(kuò)頻通信技術(shù)一般使用偽隨機(jī)序列調(diào)試信號(hào)基帶中有價(jià)值的信息，這種偽隨機(jī)序列使用頻率很高，調(diào)試后的頻譜信號(hào)接著被帶寬更高的頻帶傳播，從而完成整個(gè)通信過(guò)程。擴(kuò)頻通信技術(shù)將香農(nóng)公式作為理論基礎(chǔ)，即使身處噪音非常大的環(huán)境下，也能通過(guò)增大信道寬度的辦法準(zhǔn)確無(wú)誤地傳輸信號(hào)，即要達(dá)到預(yù)定信道容量的要求可采取信道寬度換取信號(hào)噪聲功率比的方法，這是依照理論的推斷內(nèi)容。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)與常規(guī)通信技術(shù)相比，需要在信息的發(fā)送端安裝擴(kuò)頻模塊，在信息的接收端安裝解擴(kuò)模塊，這樣能可以大大增強(qiáng)雷達(dá)通信系統(tǒng)的抗干擾能力。

現(xiàn)代化的軍事作戰(zhàn)需要配備性能更高的軍事通信技術(shù)，這使得擴(kuò)頻技術(shù)在現(xiàn)代通信中被廣泛使用，碼多分址技術(shù)具有很多優(yōu)良性能，比如它有較強(qiáng)的抗干擾和抗衰減力，能順利完成低功率譜密度，并能實(shí)現(xiàn)多地址通信。它就大量采用了擴(kuò)頻技術(shù)中的技術(shù)含量，如今已經(jīng)成為基于擴(kuò)頻通信技術(shù)的使用典范。

擴(kuò)頻通信技術(shù)分為跳變頻率擴(kuò)頻和直接序列擴(kuò)頻兩種，其中跳變頻率擴(kuò)頻是把擴(kuò)頻碼的載波頻率變成不停發(fā)生變化的隨機(jī)跳變，其跳頻方式可以被看成載波進(jìn)行有規(guī)律變化的一種多頻頻移鍵控，調(diào)頻頻率系統(tǒng)的離散頻率一般是從幾千到220，與直擴(kuò)系統(tǒng)的不同在于，跳頻系統(tǒng)可以對(duì)擴(kuò)頻碼選擇不同的信道。

直接序列擴(kuò)頻通常將原始信號(hào)和偽隨機(jī)序列作為模二加，偽隨機(jī)序列碼率高，接著用它來(lái)表示信息碼元。碼片的速率由于比信息碼元的速率高出很多，因此可以擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。我們可以將接收信號(hào)的干擾或噪音看成擴(kuò)頻，信號(hào)在這個(gè)過(guò)程中功率被抑制，且與擴(kuò)頻碼關(guān)系不大，這是因?yàn)橥粋€(gè)擴(kuò)頻碼和接收信號(hào)在接收端處還需要進(jìn)行一次時(shí)域相乘?？晒┦褂玫男盘?hào)和同一個(gè)擴(kuò)頻碼相乘兩次可以變回原有信號(hào)，這時(shí)信號(hào)能量又聚集在較窄的帶寬壓縮或者擁聚，信號(hào)便這樣被解擴(kuò)出去。

2、頻譜分析

如果想知道經(jīng)過(guò)最小頻移鍵控?cái)U(kuò)頻調(diào)制后是否會(huì)對(duì)最小頻移鍵控直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜產(chǎn)生影響，就可以對(duì)最小頻移鍵控?cái)U(kuò)頻基帶復(fù)包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換來(lái)判斷。PN碼的碼元周期決定著最小頻移鍵控直接序列擴(kuò)頻基帶復(fù)包絡(luò)信號(hào)的頻譜寬度，不受其他因素的影響，因此其頻譜速率更快，主瓣更窄，這也決定了最小頻移鍵控直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的頻譜效率更高。

3、擴(kuò)頻技術(shù)中擴(kuò)頻序列的同步

擴(kuò)頻序列的同步在雷達(dá)通信系統(tǒng)中地位非常重要，擴(kuò)頻通信中的同步包含一般的載波同步和擴(kuò)頻碼兩點(diǎn)。目前滑動(dòng)相關(guān)捕獲法、并行相關(guān)捕獲法和匹配濾波器捕獲法是擴(kuò)頻通信技術(shù)中被廣泛采用的接受同步法，其中滑動(dòng)相關(guān)捕獲法是一種相位匹配捕獲法，它搜尋所需相位時(shí)一般會(huì)滑動(dòng)本地的偽碼，當(dāng)出現(xiàn)需要峰值信號(hào)時(shí)，便意味著捕獲成功。并行相位捕獲法則是借助相關(guān)器把將多路的相關(guān)性計(jì)算結(jié)果傳輸?shù)奖容^電路中，最終選取相關(guān)性最大的電路，表示捕獲電路成功。匹配濾波捕獲器計(jì)算并分析相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)通常使用一個(gè)快速捕獲器，其頻譜特性和輸入信號(hào)的頻譜特性完全吻合，被廣泛用于雷達(dá)信號(hào)系統(tǒng)。

4、擴(kuò)頻信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試

雷達(dá)通信系統(tǒng)擴(kuò)頻功能建立在擴(kuò)頻技術(shù)的基礎(chǔ)上，其需要結(jié)合擴(kuò)頻碼序列來(lái)擴(kuò)展原始信號(hào)的頻譜，這也是信號(hào)發(fā)射機(jī)上同時(shí)有載波調(diào)制模塊和擴(kuò)頻信號(hào)調(diào)制模塊的原因。最新的結(jié)構(gòu)組成要求更先進(jìn)的雷達(dá)通信系統(tǒng)與之匹配，但主要通過(guò)發(fā)送模塊和接收模塊來(lái)完成設(shè)計(jì)和調(diào)試擴(kuò)頻信號(hào)系統(tǒng)的工作。

設(shè)計(jì)發(fā)送模塊的工作主要由原始信息編碼、擴(kuò)頻和調(diào)制三部分組成，在雷達(dá)通信系統(tǒng)中，對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻時(shí)，通常將擴(kuò)頻碼序列和帶發(fā)射信號(hào)相乘，得到擴(kuò)頻碼比數(shù)據(jù)窄的時(shí)寬，從而使擴(kuò)頻序列的頻帶比數(shù)據(jù)序列高。

接收模塊的設(shè)計(jì)工作主要由以下四方面的內(nèi)容組成：信號(hào)帶同采樣、信號(hào)濾波器的設(shè)計(jì)、信號(hào)的解調(diào)和匹配濾波器。在信號(hào)的接收系統(tǒng)中，濾波器會(huì)被多次使用，通常情況下，濾波器性能越高，其IP功能越強(qiáng)大，它可以自動(dòng)發(fā)掘出系數(shù)對(duì)稱性，從而節(jié)約資源。過(guò)濾波器處理經(jīng)采樣后的信息數(shù)據(jù)時(shí)，一般會(huì)采用差分相干解調(diào)法調(diào)試信號(hào)，之后由匹配濾波器對(duì)之進(jìn)行相位搜索。

5、雷達(dá)通信信號(hào)處理系統(tǒng)分析

在多址通訊中經(jīng)常使用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，因其抗衰弱性和抗干擾能力較強(qiáng)，在應(yīng)用中有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，碼分多址使用了擴(kuò)頻技術(shù)大部分的技術(shù)原理，從而被廣泛使用，由此可知現(xiàn)代通信正在越來(lái)越廣泛地使用擴(kuò)頻技術(shù)。通常情況下，人們將偽隨機(jī)序列作為擴(kuò)頻序列，而在擴(kuò)頻通信方式中，直接序列擴(kuò)頻通信方式最為常見(jiàn)，它直接將數(shù)據(jù)序列和偽隨機(jī)序列進(jìn)行相乘，以對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展。但BPSK調(diào)制由于在二進(jìn)制相移鍵控下的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)頻譜利用率低，導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)用功能容易受到限制，這是它本身的缺陷造成的。

相反，連續(xù)相位頻率調(diào)制體制中的最小頻移鍵頻譜很高，處理雷達(dá)通信信號(hào)時(shí)應(yīng)用起來(lái)功能更佳，自身有完整連結(jié)的線性相位路徑。它能及時(shí)消除碼元轉(zhuǎn)換時(shí)的相位突變，解決信號(hào)包絡(luò)中出現(xiàn)的起伏問(wèn)題，并使頻譜滾降問(wèn)題得到有效改善。它自身的包絡(luò)持久穩(wěn)定，因此系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)非線性期間對(duì)其幾乎不能產(chǎn)生影響。

6、結(jié)束語(yǔ)

本文深入分析了采用擴(kuò)頻技術(shù)后雷達(dá)通信信號(hào)處理的一些問(wèn)題，分別對(duì)雷達(dá)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、擴(kuò)頻通信技術(shù)的相關(guān)理論技術(shù)、擴(kuò)頻序列的同步技術(shù)等進(jìn)行探討，從而得到了擴(kuò)頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法，希望能給擴(kuò)頻技術(shù)下雷達(dá)通信信號(hào)處理相關(guān)問(wèn)題的進(jìn)一步發(fā)展提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊瑞娟，陳小民，李曉柏，等.雷達(dá)通信一體化共享信號(hào)技術(shù)研究[J].空軍預(yù)警學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，01（17）：39-43.

[2]劉少華，黃志星.基于擴(kuò)頻的雷達(dá)-通信一體化信號(hào)的設(shè)計(jì)[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2014，01（26）：69-75.

[3]姚利鋒.數(shù)字通信信號(hào)的參數(shù)估計(jì)與干擾技術(shù)研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014，15（08）：60.

[4]陳兵.雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)顯控及通信技術(shù)探討[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016，11（02）：42.

[5]沈戈婷，殷堂春，劉兆輝，等.擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)及其在雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2014，08（17）：47-49.