基于射頻綜合化的雷達與通信一體化系統(tǒng)

田建學　魏俊淦　趙波

摘 要 為適應飛機多種任務需要，電子設備及其天線數(shù)量越來越多，采用射頻綜合化技術能夠提高機載設備的使用效率。通過比較雷達與通信信號的特點，提出了雷達與通信一體化系統(tǒng)實現(xiàn)框圖及其關鍵技術。

【關鍵詞】雷達 通信 射頻綜合化 信號

長期以來，飛機上采用大量獨立的射頻傳感器，在整個航電系統(tǒng)內部完成各自的功能，通信系統(tǒng)與雷達、電子戰(zhàn)等系統(tǒng)之間較少融合。為了適應未來戰(zhàn)爭對作戰(zhàn)平臺多功能、多任務的需求，飛機上電子設備越來越多，導致機身天線數(shù)量增加，甚至造成嚴重的電磁干擾。因此利用綜合化的孔徑實現(xiàn)通信、雷達及電子戰(zhàn)等多種功能集成的射頻綜合化技術已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢，采用射頻綜合化技術能夠提高機載設備的使用效率，降低飛機設計的復雜度。

1 雷達與通信一體化的必要性

雷達、電子戰(zhàn)和通信系統(tǒng)的構成原理基本相同，均包括電磁波的發(fā)射和接收過程，都包含有諸如天線、發(fā)射機、接收機和信號處理器等部件（模塊）。

雷達的主要功能是主動探測目標、準確測定目標的空間位置，自動跟蹤目標，并實施目標引導。雷達面臨的最大威脅是干擾和反輻射導彈的攻擊，如果有電子戰(zhàn)設備密切配合，就可以隱蔽地監(jiān)視整個電磁環(huán)境，使雷達選擇最佳時機開機探測，并且電子戰(zhàn)設備還可以干擾敵方反輻射導彈引導頭，大大提高武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能和自我防護能力。同時，雷達進行目標引導時，其信息數(shù)據(jù)需要利用通信設備傳遞到情報和指揮中心，存在信息傳遞速度慢、保密性差等缺點。由此可見，雷達、電子戰(zhàn)和通信系統(tǒng)一體化可最大限度利用雷達、電子戰(zhàn)設備，并使雷達的優(yōu)良性能為通信服務。例如，利用雷達的大發(fā)射功率和接收機的高靈敏度，可以大大提高通信距離，雷達的強方向性可為通信的保密性提供有力的保證，增強通信的抗干擾能力。總之，雷達、電子戰(zhàn)與通信系統(tǒng)一體化有利于提升武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力。

2 雷達與通信信號特點對比

一般認為，雷達、電子戰(zhàn)信號與通信信號的頻段應明顯不同，而實際上雷達、電子戰(zhàn)信號與通信信號越來越趨于相同。這里主要對雷達信號與通信信號的特點進行對比。

2.1 電磁頻段

通信的常用頻段為高頻/甚高頻/特高頻（HF/VHF/UHF），雷達、電子戰(zhàn)信號通常為L、S、C、X和Ku頻段。但是，隨著高新武器技術的發(fā)展，雷達、電子戰(zhàn)信號與通信信號已經(jīng)超越了上述范疇，有些頻段相互覆蓋。

2.2 功能

從功能上講，雷達、電子戰(zhàn)與通信差異較大，主要包括以下幾個方面：通信一般都通過全向天線完成，雷達往往采用窄波束天線（方向性強）；通信主要關注信道容量、傳輸速率、保密性和傳輸可靠性，雷達則主要關注如何從目標回波中提取更多、更準確的目標信息；通信信號的處理必須考慮波形失真問題，雷達信號處理主要是提高檢測前的信噪比。

2.3 信號波形

從波形來講，通信信號一般為連續(xù)波，也有采用間斷連續(xù)波的猝發(fā)通信；雷達信號通常為連續(xù)波或脈沖調制波。

2.4 信號帶寬

一般而言，通信信號帶寬比較窄，常規(guī)VHF/UHF電臺信號帶寬為25kHz以內，HF電臺的信號帶寬3kHz左右，對于VHF/UHF擴頻通信其信號帶寬也在20MHz以下。雷達信號的帶寬比較寬，采用脈沖調制波時，脈沖持續(xù)時間為幾十納秒到幾百微秒，脈沖重復頻率在幾百赫茲到上兆赫茲之間變化。

3 雷達與通信一體化系統(tǒng)的組成及關鍵技術

雷達與通信一體化是在復雜電磁環(huán)境下，應對航空電子系統(tǒng)一體化發(fā)展的需要，其一體化系統(tǒng)的結構組成如圖1所示。一體化不僅能夠保證系統(tǒng)功能的完整性，而且可以加強系統(tǒng)中的各種功能，從而提高系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

雷達與通信一體化系統(tǒng)的關鍵技術主要有：

3.1 孔徑綜合

孔徑綜合技術是未來航電系統(tǒng)發(fā)展的關鍵技術之一。面對飛機上天線數(shù)量太多的問題，通過孔徑綜合對通信、雷達及電子戰(zhàn)的射頻孔徑進行綜合分配，研究一體化綜合天線，提高射頻綜合配置管理和機載天線的電磁兼容性，減少機載孔徑數(shù)量、降低飛機負荷，消除天線數(shù)量過多導致的不利影響。

3.2 射頻綜合

射頻綜合的目的是降低成本、重量和體積，同時提高系統(tǒng)的可用性和可靠性。射頻綜合需要把航電系統(tǒng)的各種功能重新劃分、組合，采用模塊化、標準化的設計方法，將傳感器前端組件、信號處理組件以及數(shù)據(jù)處理組件等組成資源可以共享、體系可以重構的新型通用化系統(tǒng)。

3.2 共用信號設計

一體化系統(tǒng)共用信號設計的主要目的是在發(fā)射端把通信信號與雷達信號進行融合，而在接收端通過信號識別在不同的系統(tǒng)中提取所需信號。目前，共用信號的設計主要是基于偽隨機序列原理而進行的，如線性調頻信號、直接序列超寬帶合成信號等。

3.4 軟件綜合

軟件綜合是指利用軟件無線電技術開發(fā)具有高度靈活性和開放性的航電系統(tǒng)。在盡可能靠近天線的地方利用寬帶模數(shù)（A/D）轉換器完成信號的數(shù)字化，再利用軟件定義實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

4 結束語

采用射頻綜合化技術的“綜合化通信、導航、識別（CNI）系統(tǒng)”已經(jīng)在美國獲得了成功，雷達與通信一體化是未來航空電子設備的發(fā)展趨勢。用戶越來越迫切希望在一部設備上就能同時實現(xiàn)雷達、通信及電子戰(zhàn)等設備的功能，同時完成各種不同的任務。

參考文獻

[1]寇明延，趙然.現(xiàn)代航空通信技術[M].北京：國防工業(yè)出版社版，2011（09）.

[2]張建軍.輕型射頻傳感器系統(tǒng)高度綜合化設計[J].電訊技術，2010（12）.

作者簡介

田建學（1967-），男，碩士學位。現(xiàn)為海軍航空工程學院青島校區(qū)副教授。主要研究方向為航空通信與導航技術、電磁兼容技術、機載設備維護技術。

作者單位

海軍航空工程學院青島校區(qū) 山東省青島市 266041endprint

摘 要 為適應飛機多種任務需要，電子設備及其天線數(shù)量越來越多，采用射頻綜合化技術能夠提高機載設備的使用效率。通過比較雷達與通信信號的特點，提出了雷達與通信一體化系統(tǒng)實現(xiàn)框圖及其關鍵技術。

【關鍵詞】雷達 通信 射頻綜合化 信號

長期以來，飛機上采用大量獨立的射頻傳感器，在整個航電系統(tǒng)內部完成各自的功能，通信系統(tǒng)與雷達、電子戰(zhàn)等系統(tǒng)之間較少融合。為了適應未來戰(zhàn)爭對作戰(zhàn)平臺多功能、多任務的需求，飛機上電子設備越來越多，導致機身天線數(shù)量增加，甚至造成嚴重的電磁干擾。因此利用綜合化的孔徑實現(xiàn)通信、雷達及電子戰(zhàn)等多種功能集成的射頻綜合化技術已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢，采用射頻綜合化技術能夠提高機載設備的使用效率，降低飛機設計的復雜度。

1 雷達與通信一體化的必要性

雷達、電子戰(zhàn)和通信系統(tǒng)的構成原理基本相同，均包括電磁波的發(fā)射和接收過程，都包含有諸如天線、發(fā)射機、接收機和信號處理器等部件（模塊）。

雷達的主要功能是主動探測目標、準確測定目標的空間位置，自動跟蹤目標，并實施目標引導。雷達面臨的最大威脅是干擾和反輻射導彈的攻擊，如果有電子戰(zhàn)設備密切配合，就可以隱蔽地監(jiān)視整個電磁環(huán)境，使雷達選擇最佳時機開機探測，并且電子戰(zhàn)設備還可以干擾敵方反輻射導彈引導頭，大大提高武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能和自我防護能力。同時，雷達進行目標引導時，其信息數(shù)據(jù)需要利用通信設備傳遞到情報和指揮中心，存在信息傳遞速度慢、保密性差等缺點。由此可見，雷達、電子戰(zhàn)和通信系統(tǒng)一體化可最大限度利用雷達、電子戰(zhàn)設備，并使雷達的優(yōu)良性能為通信服務。例如，利用雷達的大發(fā)射功率和接收機的高靈敏度，可以大大提高通信距離，雷達的強方向性可為通信的保密性提供有力的保證，增強通信的抗干擾能力。總之，雷達、電子戰(zhàn)與通信系統(tǒng)一體化有利于提升武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力。

2 雷達與通信信號特點對比

一般認為，雷達、電子戰(zhàn)信號與通信信號的頻段應明顯不同，而實際上雷達、電子戰(zhàn)信號與通信信號越來越趨于相同。這里主要對雷達信號與通信信號的特點進行對比。

2.1 電磁頻段

通信的常用頻段為高頻/甚高頻/特高頻（HF/VHF/UHF），雷達、電子戰(zhàn)信號通常為L、S、C、X和Ku頻段。但是，隨著高新武器技術的發(fā)展，雷達、電子戰(zhàn)信號與通信信號已經(jīng)超越了上述范疇，有些頻段相互覆蓋。

2.2 功能

從功能上講，雷達、電子戰(zhàn)與通信差異較大，主要包括以下幾個方面：通信一般都通過全向天線完成，雷達往往采用窄波束天線（方向性強）；通信主要關注信道容量、傳輸速率、保密性和傳輸可靠性，雷達則主要關注如何從目標回波中提取更多、更準確的目標信息；通信信號的處理必須考慮波形失真問題，雷達信號處理主要是提高檢測前的信噪比。

2.3 信號波形

從波形來講，通信信號一般為連續(xù)波，也有采用間斷連續(xù)波的猝發(fā)通信；雷達信號通常為連續(xù)波或脈沖調制波。

2.4 信號帶寬

一般而言，通信信號帶寬比較窄，常規(guī)VHF/UHF電臺信號帶寬為25kHz以內，HF電臺的信號帶寬3kHz左右，對于VHF/UHF擴頻通信其信號帶寬也在20MHz以下。雷達信號的帶寬比較寬，采用脈沖調制波時，脈沖持續(xù)時間為幾十納秒到幾百微秒，脈沖重復頻率在幾百赫茲到上兆赫茲之間變化。

3 雷達與通信一體化系統(tǒng)的組成及關鍵技術

雷達與通信一體化是在復雜電磁環(huán)境下，應對航空電子系統(tǒng)一體化發(fā)展的需要，其一體化系統(tǒng)的結構組成如圖1所示。一體化不僅能夠保證系統(tǒng)功能的完整性，而且可以加強系統(tǒng)中的各種功能，從而提高系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

雷達與通信一體化系統(tǒng)的關鍵技術主要有：

3.1 孔徑綜合

孔徑綜合技術是未來航電系統(tǒng)發(fā)展的關鍵技術之一。面對飛機上天線數(shù)量太多的問題，通過孔徑綜合對通信、雷達及電子戰(zhàn)的射頻孔徑進行綜合分配，研究一體化綜合天線，提高射頻綜合配置管理和機載天線的電磁兼容性，減少機載孔徑數(shù)量、降低飛機負荷，消除天線數(shù)量過多導致的不利影響。

3.2 射頻綜合

射頻綜合的目的是降低成本、重量和體積，同時提高系統(tǒng)的可用性和可靠性。射頻綜合需要把航電系統(tǒng)的各種功能重新劃分、組合，采用模塊化、標準化的設計方法，將傳感器前端組件、信號處理組件以及數(shù)據(jù)處理組件等組成資源可以共享、體系可以重構的新型通用化系統(tǒng)。

3.2 共用信號設計

一體化系統(tǒng)共用信號設計的主要目的是在發(fā)射端把通信信號與雷達信號進行融合，而在接收端通過信號識別在不同的系統(tǒng)中提取所需信號。目前，共用信號的設計主要是基于偽隨機序列原理而進行的，如線性調頻信號、直接序列超寬帶合成信號等。

3.4 軟件綜合

軟件綜合是指利用軟件無線電技術開發(fā)具有高度靈活性和開放性的航電系統(tǒng)。在盡可能靠近天線的地方利用寬帶模數(shù)（A/D）轉換器完成信號的數(shù)字化，再利用軟件定義實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

4 結束語

采用射頻綜合化技術的“綜合化通信、導航、識別（CNI）系統(tǒng)”已經(jīng)在美國獲得了成功，雷達與通信一體化是未來航空電子設備的發(fā)展趨勢。用戶越來越迫切希望在一部設備上就能同時實現(xiàn)雷達、通信及電子戰(zhàn)等設備的功能，同時完成各種不同的任務。

參考文獻

[1]寇明延，趙然.現(xiàn)代航空通信技術[M].北京：國防工業(yè)出版社版，2011（09）.

[2]張建軍.輕型射頻傳感器系統(tǒng)高度綜合化設計[J].電訊技術，2010（12）.

作者簡介

田建學（1967-），男，碩士學位。現(xiàn)為海軍航空工程學院青島校區(qū)副教授。主要研究方向為航空通信與導航技術、電磁兼容技術、機載設備維護技術。

作者單位

海軍航空工程學院青島校區(qū) 山東省青島市 266041endprint

摘 要 為適應飛機多種任務需要，電子設備及其天線數(shù)量越來越多，采用射頻綜合化技術能夠提高機載設備的使用效率。通過比較雷達與通信信號的特點，提出了雷達與通信一體化系統(tǒng)實現(xiàn)框圖及其關鍵技術。

【關鍵詞】雷達 通信 射頻綜合化 信號

長期以來，飛機上采用大量獨立的射頻傳感器，在整個航電系統(tǒng)內部完成各自的功能，通信系統(tǒng)與雷達、電子戰(zhàn)等系統(tǒng)之間較少融合。為了適應未來戰(zhàn)爭對作戰(zhàn)平臺多功能、多任務的需求，飛機上電子設備越來越多，導致機身天線數(shù)量增加，甚至造成嚴重的電磁干擾。因此利用綜合化的孔徑實現(xiàn)通信、雷達及電子戰(zhàn)等多種功能集成的射頻綜合化技術已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢，采用射頻綜合化技術能夠提高機載設備的使用效率，降低飛機設計的復雜度。

1 雷達與通信一體化的必要性

雷達、電子戰(zhàn)和通信系統(tǒng)的構成原理基本相同，均包括電磁波的發(fā)射和接收過程，都包含有諸如天線、發(fā)射機、接收機和信號處理器等部件（模塊）。

雷達的主要功能是主動探測目標、準確測定目標的空間位置，自動跟蹤目標，并實施目標引導。雷達面臨的最大威脅是干擾和反輻射導彈的攻擊，如果有電子戰(zhàn)設備密切配合，就可以隱蔽地監(jiān)視整個電磁環(huán)境，使雷達選擇最佳時機開機探測，并且電子戰(zhàn)設備還可以干擾敵方反輻射導彈引導頭，大大提高武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能和自我防護能力。同時，雷達進行目標引導時，其信息數(shù)據(jù)需要利用通信設備傳遞到情報和指揮中心，存在信息傳遞速度慢、保密性差等缺點。由此可見，雷達、電子戰(zhàn)和通信系統(tǒng)一體化可最大限度利用雷達、電子戰(zhàn)設備，并使雷達的優(yōu)良性能為通信服務。例如，利用雷達的大發(fā)射功率和接收機的高靈敏度，可以大大提高通信距離，雷達的強方向性可為通信的保密性提供有力的保證，增強通信的抗干擾能力。總之，雷達、電子戰(zhàn)與通信系統(tǒng)一體化有利于提升武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力。

2 雷達與通信信號特點對比

一般認為，雷達、電子戰(zhàn)信號與通信信號的頻段應明顯不同，而實際上雷達、電子戰(zhàn)信號與通信信號越來越趨于相同。這里主要對雷達信號與通信信號的特點進行對比。

2.1 電磁頻段

通信的常用頻段為高頻/甚高頻/特高頻（HF/VHF/UHF），雷達、電子戰(zhàn)信號通常為L、S、C、X和Ku頻段。但是，隨著高新武器技術的發(fā)展，雷達、電子戰(zhàn)信號與通信信號已經(jīng)超越了上述范疇，有些頻段相互覆蓋。

2.2 功能

從功能上講，雷達、電子戰(zhàn)與通信差異較大，主要包括以下幾個方面：通信一般都通過全向天線完成，雷達往往采用窄波束天線（方向性強）；通信主要關注信道容量、傳輸速率、保密性和傳輸可靠性，雷達則主要關注如何從目標回波中提取更多、更準確的目標信息；通信信號的處理必須考慮波形失真問題，雷達信號處理主要是提高檢測前的信噪比。

2.3 信號波形

從波形來講，通信信號一般為連續(xù)波，也有采用間斷連續(xù)波的猝發(fā)通信；雷達信號通常為連續(xù)波或脈沖調制波。

2.4 信號帶寬

一般而言，通信信號帶寬比較窄，常規(guī)VHF/UHF電臺信號帶寬為25kHz以內，HF電臺的信號帶寬3kHz左右，對于VHF/UHF擴頻通信其信號帶寬也在20MHz以下。雷達信號的帶寬比較寬，采用脈沖調制波時，脈沖持續(xù)時間為幾十納秒到幾百微秒，脈沖重復頻率在幾百赫茲到上兆赫茲之間變化。

3 雷達與通信一體化系統(tǒng)的組成及關鍵技術

雷達與通信一體化是在復雜電磁環(huán)境下，應對航空電子系統(tǒng)一體化發(fā)展的需要，其一體化系統(tǒng)的結構組成如圖1所示。一體化不僅能夠保證系統(tǒng)功能的完整性，而且可以加強系統(tǒng)中的各種功能，從而提高系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

雷達與通信一體化系統(tǒng)的關鍵技術主要有：

3.1 孔徑綜合

孔徑綜合技術是未來航電系統(tǒng)發(fā)展的關鍵技術之一。面對飛機上天線數(shù)量太多的問題，通過孔徑綜合對通信、雷達及電子戰(zhàn)的射頻孔徑進行綜合分配，研究一體化綜合天線，提高射頻綜合配置管理和機載天線的電磁兼容性，減少機載孔徑數(shù)量、降低飛機負荷，消除天線數(shù)量過多導致的不利影響。

3.2 射頻綜合

射頻綜合的目的是降低成本、重量和體積，同時提高系統(tǒng)的可用性和可靠性。射頻綜合需要把航電系統(tǒng)的各種功能重新劃分、組合，采用模塊化、標準化的設計方法，將傳感器前端組件、信號處理組件以及數(shù)據(jù)處理組件等組成資源可以共享、體系可以重構的新型通用化系統(tǒng)。

3.2 共用信號設計

一體化系統(tǒng)共用信號設計的主要目的是在發(fā)射端把通信信號與雷達信號進行融合，而在接收端通過信號識別在不同的系統(tǒng)中提取所需信號。目前，共用信號的設計主要是基于偽隨機序列原理而進行的，如線性調頻信號、直接序列超寬帶合成信號等。

3.4 軟件綜合

軟件綜合是指利用軟件無線電技術開發(fā)具有高度靈活性和開放性的航電系統(tǒng)。在盡可能靠近天線的地方利用寬帶模數(shù)（A/D）轉換器完成信號的數(shù)字化，再利用軟件定義實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

4 結束語

采用射頻綜合化技術的“綜合化通信、導航、識別（CNI）系統(tǒng)”已經(jīng)在美國獲得了成功，雷達與通信一體化是未來航空電子設備的發(fā)展趨勢。用戶越來越迫切希望在一部設備上就能同時實現(xiàn)雷達、通信及電子戰(zhàn)等設備的功能，同時完成各種不同的任務。

參考文獻

[1]寇明延，趙然.現(xiàn)代航空通信技術[M].北京：國防工業(yè)出版社版，2011（09）.

[2]張建軍.輕型射頻傳感器系統(tǒng)高度綜合化設計[J].電訊技術，2010（12）.

作者簡介

田建學（1967-），男，碩士學位。現(xiàn)為海軍航空工程學院青島校區(qū)副教授。主要研究方向為航空通信與導航技術、電磁兼容技術、機載設備維護技術。

作者單位

海軍航空工程學院青島校區(qū) 山東省青島市 266041endprint