高效調制雷達通信一體化系統(tǒng)相關技術研究.pdf

1、傳統(tǒng)單一功能電子裝備的作戰(zhàn)平臺要面臨來自不同平臺、不同形式的電磁威脅，其生存能力和作戰(zhàn)性能日益受到嚴峻的挑戰(zhàn)。本文主要從通信和雷達信號處理角度，探索基于高效調制的電子綜合一體化技術設計方案和相關處理算法，克服系統(tǒng)的成本和重量瓶頸，以實現(xiàn)裝備的通用性、小型化和多功能化，達到提高系統(tǒng)傳輸速率、擴充系統(tǒng)容量和改善目標探測性能的目的。結合傳統(tǒng)雷達和高效數(shù)字調制的技術特點，提出了基于高效調制的雙頻電子綜合系統(tǒng)的設計方案，并根據(jù)不同的使用環(huán)境進行相

2、應的改進，進一步提出了基于高效調制的雷達通信一體機設計方案。分別討論了系統(tǒng)的目標測距測速、不同類型目標檢測跟蹤和數(shù)字通信傳輸?shù)确矫娴膯栴}。重點討論了以下幾個方面:
　　1.為了解決雙頻連續(xù)波雷達的測距整周期模糊問題，同時實現(xiàn)雷達通信一體化，提出了一種基于雙頻雙路擴展的二元相移鍵控(EBPSK)調制解調器的電子綜合系統(tǒng)，實現(xiàn)基本的雷達與通信功能。介紹了系統(tǒng)的幾種工作模式，分析了雙頻信號發(fā)射功率分配問題。討論了EBPSK調制參數(shù)、雙頻

3、頻差對目標測距范圍和精度以及數(shù)字通信傳輸性能的影響。仿真表明，雙頻綜合電子系統(tǒng)在基本保持測量精度的同時，消除了整周期模糊度對其最大不模糊測距的限制。同時利用EBPSK調制信號和沖擊濾波輔助解調的特殊優(yōu)勢進行高頻譜利用率的數(shù)字通信，并可根據(jù)實際需求以不同模式工作，表現(xiàn)出良好的靈活性。
　　2.對雙頻電子綜合系統(tǒng)進行改進，提出了基于EBPSK/MPPSK調制的雷達通信機設計方案，實現(xiàn)雷達信號和通信數(shù)據(jù)的同時傳送。說明了EBPSK/MP

4、PSK調制信號發(fā)射機和接收機的工作原理，分析了偽隨機EBPSK/MPPSK數(shù)據(jù)幀的相關處理，并導出了不同目標（靜止的、移動的、速度未知的）的恒虛警率(CFAR)檢測閾值、檢測概率和虛警概率。通過仿真表明，回波信號多普勒相對值大于5×10-7時，雷通機信噪比提升量大于傳統(tǒng)線性調頻(LFM)雷達;目標相對速度為2000m/s時，對于非起伏和Swerlingl目標，EBPSK信號的檢測性能優(yōu)于LFM信號約3dB，MPPSK信號的檢測性能優(yōu)于L

5、FM信號約1dB;而當回波信號時延τ=0.5μs時，EBSPK信號所需信噪比(SNR)則少于LFM信號2.5dB。雖然作為雷達應用時MPPSK信號的CFAR檢測性能不如EBPSK信號，但用于通信時頻譜利用率和傳輸碼率更高。
　　3.根據(jù)模糊函數(shù)定義，推導了偽隨機EBPSK/MPPSK數(shù)據(jù)幀的平均模糊函數(shù)，分析了EBPSK脈沖信號的幾種Swerling目標探測概率。同時，采用改進孫子余數(shù)定理(CRT)算法解決了雙頻脈沖雷達模糊測速問

6、題，利用多目標多普勒估計算法優(yōu)化了多目標測速性能。仿真表明，偽隨機EBPSK/MPPSK數(shù)據(jù)幀串具有“圖釘”型的平均模糊函數(shù)。取代偽隨機碼連續(xù)信號序列，同樣可以取得距離無模糊測量，且隱蔽性好?；谡{制碼元處理的多目標多普勒估計算法能夠分辨微小的速度差值，大幅提高了主峰旁瓣比，而且主峰旁瓣比只受限于Fourier旁瓣，矩形脈沖和發(fā)送數(shù)據(jù)相關性的旁瓣都不會出現(xiàn)。
　　4.通過對距離擴展目標沖擊響應進行估計，采用EBPSK脈沖逼近最優(yōu)化

7、回波信號與雷達散射參數(shù)互信息量的信號。在峰均比(PAR)和信號能量受限下，分別提出了已知及未知目標多普勒頻移下，兩種基于最優(yōu)SNR的EBPSK編碼設計算法。研究了基于最大輸出SNR的低峰均比認知EBPSK波形設計算法。針對機動目標探測，利用不同時刻目標回波多普勒的相關性，提出了一種基于Kalman濾波的目標判決方法。通過實驗仿真表明，對于距離擴展目標，在未知目標多普勒頻移的情況下，優(yōu)化波形的檢測性能都優(yōu)于未優(yōu)化波形的檢測性能，基于最大輸

8、出SNR的低峰均比認知EBPSK波形設計算法的性能更好。較之未優(yōu)化EBPSK波形，認知EBPSK波形設計算法優(yōu)化波形的性能提升了4dB。針對機動目標檢測，基于Kalman濾波的雷通機所需SNR少于峰值檢測系統(tǒng)約2.4dB;存在雜波干擾時，基于Kalman濾波目標檢測方法所需的SNR少3dB。
　　5.討論了高效調制的雷通機體制下機動目標跟蹤和多擴展目標跟蹤中的建模與算法設計問題。將多普勒測量運用于雜波環(huán)境下的多擴展目標跟蹤，其中多