基于2DPSK的多載頻雷達組網(wǎng)系統(tǒng)

朱 平

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州225001)

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基于2DPSK的多載頻雷達組網(wǎng)系統(tǒng)

朱 平

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州225001)

利用現(xiàn)有雷達平臺設(shè)計了一種基于二進制差分相移鍵控(2DPSK)的多載頻雷達組網(wǎng)系統(tǒng)，對編隊內(nèi)各部雷達分配對應(yīng)的頻率資源，將雷達組網(wǎng)數(shù)據(jù)進行2DPSK調(diào)制后上變頻至對應(yīng)的載頻發(fā)送，在各雷達接收端進行解調(diào)接收，以實現(xiàn)雷達數(shù)據(jù)的有效傳輸。仿真及試驗結(jié)果表明：采用2DPSK調(diào)制解調(diào)方法能有效實現(xiàn)組網(wǎng)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，具有一定的抗干擾能力。

雷達組網(wǎng)；差分相移鍵控；多載頻

0 引 言

針對日益復(fù)雜的電磁環(huán)境和目標威脅，將多平臺雷達進行組網(wǎng)協(xié)同探測已成為當前對抗“四大威脅”(電子干擾、隱身、反輻射摧毀和低空突防)的有效手段。而其中多平臺雷達數(shù)據(jù)傳輸鏈的設(shè)計成為多雷達能否成功組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本系統(tǒng)在現(xiàn)有雷達硬件平臺的基礎(chǔ)上增加組網(wǎng)調(diào)制/解調(diào)模塊，在信號發(fā)射端，將要發(fā)送的組網(wǎng)數(shù)據(jù)進行差分相移鍵控(2DPSK)調(diào)制，在雷達工作的間隙內(nèi)，利用雷達功放、發(fā)射機、天線輻射出去；在信號接收端，對接收到的多路組網(wǎng)調(diào)制信號分別進行解調(diào)處理，并與本雷達探測到的信號進行數(shù)據(jù)融合處理，實現(xiàn)多平臺雷達組網(wǎng)協(xié)同探測。

1 基于2DPSK的多載頻雷達組網(wǎng)系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)涉及到編隊內(nèi)多部雷達的組網(wǎng)協(xié)同探測，根據(jù)項目設(shè)計要求，本文采用頻分多址的工作方式，對每部雷達分配不同的組網(wǎng)發(fā)射頻率作為雷達標識，在信號接收端對接收到的編隊內(nèi)其它雷達數(shù)據(jù)寬帶接收[1]，對每路信號下變頻后，分別進行解調(diào)處理，最后在數(shù)據(jù)融合中心進行多雷達數(shù)據(jù)融合處理。總體設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1以4部雷達組網(wǎng)為例，當前雷達分配頻率為F4，其它3部雷達分別分配F1、F2、F3作為雷達組網(wǎng)頻率，3部雷達首先對各自探測到的目標數(shù)據(jù)信息分別進行數(shù)字編碼，然后進行2DPSK調(diào)制，形成與雷達工作重頻一致的脈沖數(shù)字流，當雷達組網(wǎng)觸發(fā)信號到來時，進行波形調(diào)制、上變頻后通過功放、發(fā)射機、天線輻射出去；在本雷達接收端，對接收到的編隊內(nèi)多部不同載頻的組網(wǎng)信號進行寬帶接收，數(shù)字多信道化分析后，分別對每個通道信號進行2DPSK解調(diào)，得到組網(wǎng)內(nèi)其他雷達探測到的目標信息，并與本雷達探測到的目標進行融合處理，以實現(xiàn)多雷達組網(wǎng)協(xié)同探測。

圖1 基于2DPSK的多載頻雷達組網(wǎng)系統(tǒng)框圖

2 基于2DPSK的多載頻雷達組網(wǎng)系統(tǒng)仿真分析

2.1 2DPSK調(diào)制解調(diào)原理

2DPSK是為了克服相移鍵控(PSK)系統(tǒng)相位模糊問題而產(chǎn)生的一種調(diào)制手段。由于PSK系統(tǒng)是用載波的絕對相位來判斷調(diào)制數(shù)據(jù)的，在信號傳輸過程及解調(diào)過程中，容易出現(xiàn)相位翻轉(zhuǎn)，在解調(diào)端無法準確還原原始數(shù)據(jù)。2DPSK調(diào)制解調(diào)方式是根據(jù)前后相鄰碼元的相對載波相位值來判斷數(shù)字信息，即使在接收解調(diào)端發(fā)生相位翻轉(zhuǎn)，由于數(shù)據(jù)之間的相對相位差不會發(fā)生改變，因此可以有效解決相位翻轉(zhuǎn)帶來的問題[2]。

2.1.1 2DPSK信號調(diào)制原理

假設(shè)本碼元與前一碼元初相相對載波相位值用相位偏移Δφ表示，則對應(yīng)如下關(guān)系式：

2DPSK調(diào)制原理框圖如圖2所示。

圖2 2DPSK調(diào)制原理框圖

數(shù)字信號{an}經(jīng)差分編碼器，把絕對碼轉(zhuǎn)換為相對碼{bn}，極性變換器是把單極性{bn}碼變成雙極性信號，且負電平對應(yīng){bn}中的1，正電平對應(yīng){bn}中的0。然后通過成型濾波器，濾除主瓣外的信號及噪聲[3]。本設(shè)計采用無線通信中應(yīng)用廣泛的升余弦滾降濾波器，其傳遞函數(shù)表達式為：

HT(ω)=

(1)

式中:0<α<1,為滾降因子;Ts為碼元周期。

最后經(jīng)過成型濾波后的信號與調(diào)制信號直接相乘后即可得到2DPSK調(diào)制信號。

2.1.2 2DPSK信號解調(diào)原理

在信號接收端，經(jīng)過變頻、采樣后得到的基帶信號可表示為：

sr(t)=c(t-td)ej2π(f0+fd)t-j2πf0td+jθ0

(2)

式中：fd=v/λ,為2部相互移動雷達間的多普勒頻率；td為傳播延時；θ0為初相位。

2DPSK信號解調(diào)流程如圖3所示。對天線接收到的回波信號經(jīng)過低噪聲放大器、下變頻、中頻接收人工增益控制(MGC)后得到接收中頻信號，然后進行高速數(shù)字采樣，經(jīng)過數(shù)字帶通濾波器濾除帶外噪聲，延遲1個時鐘節(jié)拍后進行接收信號自相關(guān)，通過低通濾波器濾除噪聲后，進行幀同步得到同步位，進行抽樣判決，即可解調(diào)輸出原始數(shù)字信號。

2DPSK信號解調(diào)詳細軟件設(shè)計如圖4所示：由于采用并行模/數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)字采樣，因此對采樣后的數(shù)據(jù)首先需進行數(shù)據(jù)對齊，然后進行多信道化處理，將信號輸入到對應(yīng)中心頻率的數(shù)字濾波器中。由于在軟件設(shè)計時，每次經(jīng)過乘法、加法操作都會涉及到數(shù)據(jù)位寬的增加，因此對數(shù)據(jù)位寬進行適當?shù)慕厝。缓髮π盘栕韵嚓P(guān)、平滑處理后，進行自適應(yīng)門限提取，最后對提取后的數(shù)字信號進行報文頭、校驗位的提取，得到最終的有用數(shù)據(jù)后輸出[4]。

2.2 多雷達組網(wǎng)系統(tǒng)仿真

本系統(tǒng)同時實現(xiàn)4部雷達之間的組網(wǎng)，因此在同一時刻可同時收到其它3部雷達輻射出的組網(wǎng)信號。設(shè)置仿真條件如下：

(1) 4部雷達信號發(fā)送端采用2DPSK信號編碼，調(diào)制信號帶寬為10 MHz，4部雷達之間射頻載頻間隔≥25 MHz；

(2) 接收到的3部雷達的信號經(jīng)過變頻后，其中心頻率分別對應(yīng)為f1、f2、f3，3個頻率間隔≥25 MHz[5]。

采用上述圖3所示2DPSK信號解調(diào)過程，首先對接收信號進行頻譜分析，可得到每路信號的中心頻率及帶寬等信息，如圖5所示。

圖5 接收到的組網(wǎng)信號頻譜

將上述信號通過3路對應(yīng)各自中心頻率的高階數(shù)字帶通濾波器，濾波器中心頻率分別對應(yīng)為f1、f2、f3，1 dB帶寬10 MHz，取其中一路信號進行分析，濾波前后對應(yīng)的信號及頻譜分別如圖6、圖7所示。

圖6 原始信號及頻譜

圖7 帶通濾波后的信號及頻譜

由圖6、圖7可以看出，經(jīng)過帶通濾波器后，噪聲得到有效抑制，提高了接收信號信噪比，將信號延遲1個節(jié)拍后進行自相關(guān)并經(jīng)過低通濾波器后，可得信號如圖8所示。

如圖8所示，3路信號分別經(jīng)過低通濾波器后，信噪比得到了很大改善，后續(xù)進行幀同步，得到每幀信號的同步位后，根據(jù)抽樣脈沖進行數(shù)據(jù)抽取，提取校驗位后，即可采樣得到有效數(shù)據(jù)。

仿真結(jié)果表明：在單路信號信噪比S/N≥6 dB，且相鄰信號功率之差≤20 dB的情況下，接收到的3路信號均能有效解調(diào)，且誤碼率達到10-5，滿足雷達組網(wǎng)技術(shù)設(shè)計要求。

3 結(jié)束語

本文在現(xiàn)有雷達硬件平臺的基礎(chǔ)上增加了組網(wǎng)調(diào)制解調(diào)模塊，采用2DPSK算法設(shè)計了多平臺雷達組網(wǎng)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸鏈，提高了資源利用率，實現(xiàn)了多雷達數(shù)據(jù)的共享，有效地提高了編隊內(nèi)多平臺雷達的綜合作戰(zhàn)能力。

圖8 3路信號經(jīng)過低通濾波器后得到的數(shù)據(jù)

[1] 胡玉平.基于艦載相控陣雷達的一體化通信系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代雷達，2008,30(1)，22-25.

[2] 李曉柏，楊瑞娟，程偉.基于Chirp信號的雷達通信一體化研究[J].雷達科學(xué)與技術(shù)，2012,10(2):180- 186.

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

[4] 鄒廣超，劉以安，吳少鵬，唐霜天.雷達通信一體化系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機仿真，2011,28(8):1-4.

[5] 李薇.雷達通信跳頻網(wǎng)臺參數(shù)聯(lián)合估計方法與研究[J].電子設(shè)計工程，2011,19(9):9-12.

Multi-carrier Frequency Radar Netting System Based on 2DPSK

ZHU Ping

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

By means of existing radar platform,this paper designs a multi-carrier frequency radar netting system based on binary differential phase shift keying (2DPSK),distributes corresponding frequency source to each radar in the formation,performs 2DPSK modulation to radar netting data,and up-converts the data to relevant carrier frequency for delivery,implements demodulation reception at receiving part of each radar,so as to realize effective delivery of radar data.The simulation and test results indicate that 2DPSK modulation & demodulation method can achieve reliable delivery of netting data effectively and has certain anti- interference capability.

radar netting;differential phase shift keying;multi-carrier frequency

2016-01-14

TN959.1

A

CN32-1413(2016)03-0033-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.03.009