基于2DPSK的多载频雷达组网系统

朱 平

(中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州225001)



基于2DPSK的多载频雷达组网系统

朱 平

(中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州225001)

利用现有雷达平台设计了一种基于二进制差分相移键控(2DPSK)的多载频雷达组网系统，对编队内各部雷达分配对应的频率资源，将雷达组网数据进行2DPSK调制后上变频至对应的载频发送，在各雷达接收端进行解调接收，以实现雷达数据的有效传输。仿真及试验结果表明：采用2DPSK调制解调方法能有效实现组网数据的可靠传输，具有一定的抗干扰能力。

雷达组网；差分相移键控；多载频

0 引 言

针对日益复杂的电磁环境和目标威胁，将多平台雷达进行组网协同探测已成为当前对抗“四大威胁”(电子干扰、隐身、反辐射摧毁和低空突防)的有效手段。而其中多平台雷达数据传输链的设计成为多雷达能否成功组网的关键技术之一。本系统在现有雷达硬件平台的基础上增加组网调制/解调模块，在信号发射端，将要发送的组网数据进行差分相移键控(2DPSK)调制，在雷达工作的间隙内，利用雷达功放、发射机、天线辐射出去；在信号接收端，对接收到的多路组网调制信号分别进行解调处理，并与本雷达探测到的信号进行数据融合处理，实现多平台雷达组网协同探测。

1 基于2DPSK的多载频雷达组网系统总体设计

本系统涉及到编队内多部雷达的组网协同探测，根据项目设计要求，本文采用频分多址的工作方式，对每部雷达分配不同的组网发射频率作为雷达标识，在信号接收端对接收到的编队内其它雷达数据宽带接收[1]，对每路信号下变频后，分别进行解调处理，最后在数据融合中心进行多雷达数据融合处理。总体设计框图如图1所示。

图1以4部雷达组网为例，当前雷达分配频率为F4，其它3部雷达分别分配F1、F2、F3作为雷达组网频率，3部雷达首先对各自探测到的目标数据信息分别进行数字编码，然后进行2DPSK调制，形成与雷达工作重频一致的脉冲数字流，当雷达组网触发信号到来时，进行波形调制、上变频后通过功放、发射机、天线辐射出去；在本雷达接收端，对接收到的编队内多部不同载频的组网信号进行宽带接收，数字多信道化分析后，分别对每个通道信号进行2DPSK解调，得到组网内其他雷达探测到的目标信息，并与本雷达探测到的目标进行融合处理，以实现多雷达组网协同探测。

图1 基于2DPSK的多载频雷达组网系统框图

2 基于2DPSK的多载频雷达组网系统仿真分析

2.1 2DPSK调制解调原理

2DPSK是为了克服相移键控(PSK)系统相位模糊问题而产生的一种调制手段。由于PSK系统是用载波的绝对相位来判断调制数据的，在信号传输过程及解调过程中，容易出现相位翻转，在解调端无法准确还原原始数据。2DPSK调制解调方式是根据前后相邻码元的相对载波相位值来判断数字信息，即使在接收解调端发生相位翻转，由于数据之间的相对相位差不会发生改变，因此可以有效解决相位翻转带来的问题[2]。

2.1.1 2DPSK信号调制原理

假设本码元与前一码元初相相对载波相位值用相位偏移Δφ表示，则对应如下关系式：

2DPSK调制原理框图如图2所示。

图2 2DPSK调制原理框图

数字信号{an}经差分编码器，把绝对码转换为相对码{bn}，极性变换器是把单极性{bn}码变成双极性信号，且负电平对应{bn}中的1，正电平对应{bn}中的0。然后通过成型滤波器，滤除主瓣外的信号及噪声[3]。本设计采用无线通信中应用广泛的升余弦滚降滤波器，其传递函数表达式为：

HT(ω)=

(1)

式中:0<α<1,为滚降因子;Ts为码元周期。

最后经过成型滤波后的信号与调制信号直接相乘后即可得到2DPSK调制信号。

2.1.2 2DPSK信号解调原理

在信号接收端，经过变频、采样后得到的基带信号可表示为：

sr(t)=c(t-td)ej2π(f0+fd)t-j2πf0td+jθ0

(2)

式中：fd=v/λ,为2部相互移动雷达间的多普勒频率；td为传播延时；θ0为初相位。

2DPSK信号解调流程如图3所示。对天线接收到的回波信号经过低噪声放大器、下变频、中频接收人工增益控制(MGC)后得到接收中频信号，然后进行高速数字采样，经过数字带通滤波器滤除带外噪声，延迟1个时钟节拍后进行接收信号自相关，通过低通滤波器滤除噪声后，进行帧同步得到同步位，进行抽样判决，即可解调输出原始数字信号。

2DPSK信号解调详细软件设计如图4所示：由于采用并行模/数转换数字采样，因此对采样后的数据首先需进行数据对齐，然后进行多信道化处理，将信号输入到对应中心频率的数字滤波器中。由于在软件设计时，每次经过乘法、加法操作都会涉及到数据位宽的增加，因此对数据位宽进行适当的截取，然后对信号自相关、平滑处理后，进行自适应门限提取，最后对提取后的数字信号进行报文头、校验位的提取，得到最终的有用数据后输出[4]。

2.2 多雷达组网系统仿真

本系统同时实现4部雷达之间的组网，因此在同一时刻可同时收到其它3部雷达辐射出的组网信号。设置仿真条件如下：

(1) 4部雷达信号发送端采用2DPSK信号编码，调制信号带宽为10 MHz，4部雷达之间射频载频间隔≥25 MHz；

(2) 接收到的3部雷达的信号经过变频后，其中心频率分别对应为f1、f2、f3，3个频率间隔≥25 MHz[5]。

采用上述图3所示2DPSK信号解调过程，首先对接收信号进行频谱分析，可得到每路信号的中心频率及带宽等信息，如图5所示。

图5 接收到的组网信号频谱

将上述信号通过3路对应各自中心频率的高阶数字带通滤波器，滤波器中心频率分别对应为f1、f2、f3，1 dB带宽10 MHz，取其中一路信号进行分析，滤波前后对应的信号及频谱分别如图6、图7所示。

图6 原始信号及频谱

图7 带通滤波后的信号及频谱

由图6、图7可以看出，经过带通滤波器后，噪声得到有效抑制，提高了接收信号信噪比，将信号延迟1个节拍后进行自相关并经过低通滤波器后，可得信号如图8所示。

如图8所示，3路信号分别经过低通滤波器后，信噪比得到了很大改善，后续进行帧同步，得到每帧信号的同步位后，根据抽样脉冲进行数据抽取，提取校验位后，即可采样得到有效数据。

仿真结果表明：在单路信号信噪比S/N≥6 dB，且相邻信号功率之差≤20 dB的情况下，接收到的3路信号均能有效解调，且误码率达到10-5，满足雷达组网技术设计要求。

3 结束语

本文在现有雷达硬件平台的基础上增加了组网调制解调模块，采用2DPSK算法设计了多平台雷达组网系统之间的数据传输链，提高了资源利用率，实现了多雷达数据的共享，有效地提高了编队内多平台雷达的综合作战能力。

图8 3路信号经过低通滤波器后得到的数据

[1] 胡玉平.基于舰载相控阵雷达的一体化通信系统研究[J].现代雷达，2008,30(1)，22-25.

[2] 李晓柏，杨瑞娟，程伟.基于Chirp信号的雷达通信一体化研究[J].雷达科学与技术，2012,10(2):180- 186.

[3] 李璐，李广军，李超强.基于有源相控阵雷达的通信系统[J].中国电子科学研究院学报，2008,3(2):131- 135.

[4] 邹广超，刘以安，吴少鹏，唐霜天.雷达通信一体化系统设计[J].计算机仿真，2011,28(8):1-4.

[5] 李薇.雷达通信跳频网台参数联合估计方法与研究[J].电子设计工程，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