基于擴頻技術的多雷達組網系統設計

朱 平，李 偉

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州225001)

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基于擴頻技術的多雷達組網系統設計

朱 平，李 偉

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州225001)

針對日益復雜的電磁環境和目標威脅，多雷達組網協同探測已成為當前雷達系統發展的一個重要方向。基于雷達平臺，采用擴頻技術實現多平臺雷達之間數據的傳輸共享。各部雷達分配不同的擴頻發射碼型，接收端通過計算接收到的信號的相關特性,區分出多路接收信號。仿真結果表明：采用擴頻技術的多雷達組網系統具有良好的低截獲性、保密性，抗干擾能力強，能實現組網數據的有效傳輸。

雷達組網；擴頻技術；相關

0 引 言

隨著當前軍事裝備的不斷發展，大規模聯合作戰能力逐漸形成，多平臺雷達組網協同探測可以擴大探測范圍，提高探測數據率，增強系統反應能力，并提高多雷達系統的抗干擾能力，有效對抗當前作戰系統所面臨的“四大威脅”(電子干擾、隱身、反輻射摧毀和低空突防)。在多雷達組網系統中，大容量數據傳輸鏈的設計成為系統能否成功組網的關鍵環節。本系統在硬件設計上充分利用雷達現有資源，在軟件上實現時間、碼型等資源的綜合調度，實現雷達功能/組網協同一體化設計；并在處理后端將接收到的其它雷達探測數據與本雷達探測數據進行融合處理，實現多平臺雷達組網協同探測。

1 基于擴頻技術的多雷達組網系統總體設計

本系統實現多平臺雷達的組網探測，因此需將各自探測到的目標數據以及狀態信息實時發送給系統內每部雷達。本文采用基于擴頻技術的多雷達數據傳輸方式，在信號發射端將各自雷達的探測數據按照相應的碼型進行擴頻編碼，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性能，以區分出接收到的各部雷達信號[1]。該系統總體技術框圖如圖1所示。

圖1 基于擴頻技術的多平臺雷達組網系統框圖

如圖1所示，在由N部雷達構成的多雷達組網系統中，每部雷達將各自探測到的數據經對應的擴頻序列進行擴頻處理后，由本地設備變頻、放大后輻射出去；經過無線信道傳輸后，在信號接收端將接收到的信號分別與對應的本地序列進行匹配相關處理，解調得出每部雷達對應的數據；最后將接收到的每部雷達數據與本地雷達探測數據進行融合處理，實現多雷達的協同探測。

2 基于擴頻技術的多雷達組網系統仿真分析

2.1 擴頻技術原理

擴頻技術采用信息論原理中的香農公式抗干擾理論。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的關系。從這個公式可以得出一個重要的結論：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，增強系統的抗干擾能力。

本系統正是通過增加信號帶寬來降低接收端對信噪比的要求，并通過擴頻解調過程獲得的擴頻增益來提高信號解調能力，從而降低發射功率，實現低截獲等性能，并在一定程度上提高信道傳輸的保密性，增強抗干擾能力[2]。

2.2 多雷達組網擴頻編碼選取

在多平臺雷達組網系統中，從組網內雷達數量、數據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) 從雷達組網數據傳輸保密性能考慮：所選取的擴頻碼應具有足夠長的周期，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檢測的角度考慮：所選取的擴頻序列應具有自相關性能好、互相關值接近零的特點[3]；

(3) 由于涉及到系統內多部雷達之間的組網數據傳輸，因此需要產生足夠多的擴頻序列滿足多雷達的需求。

本文在滿足上述3個條件的基礎上，選取m序列作為本系統數據傳輸的擴頻序列。m序列是由n級線性移位寄存器產生的周期為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、容易產生、隨機性好等優異特性，其產生原理如圖2所示[4]。

圖2 m序列發生器

如圖2所示，產生的二值序列的序列值為：

(2)

序列周期由反饋系數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絡的連線存在；否則，表明連線不存在。

2.3 擴頻組網系統仿真分析

以4部雷達組網為例進行分析，綜合考慮雷達發射脈沖寬度、系統電磁兼容要求、低截獲性能等因素，選取127位m序列作為本雷達組網系統的擴頻碼長，即采用7級線性移位寄存器。

首先根據7級線性移位寄存器通過查找、試探的方式，確定其產生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18部雷達之間的組網數據傳輸，本文選取f1(x)～f4(x)作為本系統內4部雷達的擴頻序列：

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

其次根據上述本原多項式構造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]

在信號發射端,4部雷達分別按照各自對應的m序列進行擴頻處理后發送；在信號接收端，將接收到的信號與本地擴頻序列進行相關處理，以解調出各路信號[5]。如本雷達為m1序列，則接收到的組網協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序列與接收信號進行相關處理。

本文首先仿真得到各序列的自相關與互相關函數,如圖3～圖8所示。

圖3 m2序列自相關函數

圖4 m3序列自相關函數

圖5 m4序列自相關函數

圖6 m2和m3序列的互相關函數

圖7 m2和m4序列的互相關函數

圖8 m3和m4序列的互相關函數

如圖3～圖8所示,接收到的m2、m3、m4序列自相關函數性能很好，而序列相互之間的互相關函數性能較差，因此將接收的混合信號分別進行自相關處理后能解調區分出各路信號。

進一步進行分析，設接收到的混合信號包括各路信號及噪聲，各路原碼數字信號設計為：

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擴頻序列進行擴頻處理后，相加形成混合信號，并加入白噪聲進行分析。

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序列相關后解調出的信號；圖9(c)為混合信號與本地m3序列相關后解調出的信號；圖9(d)為混合信號與本地m4序列相關后解調出的信號。從圖9可以看出，經過與本地對應序列的相關處理后，均能將原始原碼數字序列Rm2、Rm3、Rm4解調出來。

3 結束語

本文基于雷達硬件平臺，采用基于擴頻技術的處理方式，實現了多平臺雷達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，有效提高了雷達組網系統的綜合作戰能力。

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

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

[3] 李璐，李廣軍，李超強.基于有源相控陣雷達的通信系統[J].中國電子科學研究院學報，2008,3(2):131- 135.

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[5] 陳興波，王小謨，曹晨，徐山峰，孫延坤.雷達通信綜合化波形設計技術分析[J].現代雷達，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