基于扩频技术的多雷达组网系统设计

朱 平，李 伟

(中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州225001)



基于扩频技术的多雷达组网系统设计

朱 平，李 伟

(中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州225001)

针对日益复杂的电磁环境和目标威胁，多雷达组网协同探测已成为当前雷达系统发展的一个重要方向。基于雷达平台，采用扩频技术实现多平台雷达之间数据的传输共享。各部雷达分配不同的扩频发射码型，接收端通过计算接收到的信号的相关特性,区分出多路接收信号。仿真结果表明：采用扩频技术的多雷达组网系统具有良好的低截获性、保密性，抗干扰能力强，能实现组网数据的有效传输。

雷达组网；扩频技术；相关

0 引 言

随着当前军事装备的不断发展，大规模联合作战能力逐渐形成，多平台雷达组网协同探测可以扩大探测范围，提高探测数据率，增强系统反应能力，并提高多雷达系统的抗干扰能力，有效对抗当前作战系统所面临的“四大威胁”(电子干扰、隐身、反辐射摧毁和低空突防)。在多雷达组网系统中，大容量数据传输链的设计成为系统能否成功组网的关键环节。本系统在硬件设计上充分利用雷达现有资源，在软件上实现时间、码型等资源的综合调度，实现雷达功能/组网协同一体化设计；并在处理后端将接收到的其它雷达探测数据与本雷达探测数据进行融合处理，实现多平台雷达组网协同探测。

1 基于扩频技术的多雷达组网系统总体设计

本系统实现多平台雷达的组网探测，因此需将各自探测到的目标数据以及状态信息实时发送给系统内每部雷达。本文采用基于扩频技术的多雷达数据传输方式，在信号发射端将各自雷达的探测数据按照相应的码型进行扩频编码，在信号接收端利用本地扩频序列分别计算各路接收信号的相关性能，以区分出接收到的各部雷达信号[1]。该系统总体技术框图如图1所示。

图1 基于扩频技术的多平台雷达组网系统框图

如图1所示，在由N部雷达构成的多雷达组网系统中，每部雷达将各自探测到的数据经对应的扩频序列进行扩频处理后，由本地设备变频、放大后辐射出去；经过无线信道传输后，在信号接收端将接收到的信号分别与对应的本地序列进行匹配相关处理，解调得出每部雷达对应的数据；最后将接收到的每部雷达数据与本地雷达探测数据进行融合处理，实现多雷达的协同探测。

2 基于扩频技术的多雷达组网系统仿真分析

2.1 扩频技术原理

扩频技术采用信息论原理中的香农公式抗干扰理论。在信息论中：

C=Wlog2(1+σSNR)

(1)

式中：C为信道容量，单位为bps；W为信道宽度；σSNR为信噪比,单位为dB。

该式给出了在给定信噪比σSNR和没有误码的情况下信道的理论容量C与该信道带宽W的关系。从这个公式可以得出一个重要的结论：对于给定的信息传输速率，可以用不同的带宽和信噪比的组合来传输，即信噪比和信道带宽可以互换，从而利用信道带宽的扩展换取信噪比的提高，增强系统的抗干扰能力。

本系统正是通过增加信号带宽来降低接收端对信噪比的要求，并通过扩频解调过程获得的扩频增益来提高信号解调能力，从而降低发射功率，实现低截获等性能，并在一定程度上提高信道传输的保密性，增强抗干扰能力[2]。

2.2 多雷达组网扩频编码选取

在多平台雷达组网系统中，从组网内雷达数量、数据传输抗干扰性能以及检测性能等角度考虑，扩频编码的选取主要遵循以下3个原则：

(1) 从雷达组网数据传输保密性能考虑：所选取的扩频码应具有足够长的周期，使干扰者难以从扩频码的一小段中重建整个码序列；

(2) 从检测性能以及多雷达检测的角度考虑：所选取的扩频序列应具有自相关性能好、互相关值接近零的特点[3]；

(3) 由于涉及到系统内多部雷达之间的组网数据传输，因此需要产生足够多的扩频序列满足多雷达的需求。

本文在满足上述3个条件的基础上，选取m序列作为本系统数据传输的扩频序列。m序列是由n级线性移位寄存器产生的周期为2n-1的码序列，是最长线性移位寄存器序列的简称。这种序列具有周期长、容易产生、随机性好等优异特性，其产生原理如图2所示[4]。

图2 m序列发生器

如图2所示，产生的二值序列的序列值为：

(2)

序列周期由反馈系数Aj(j=1,2，…, n)决定，表示移位寄存器的反馈连线。Aj=1时，表明第j级移位寄存器和反馈网络的连线存在；否则，表明连线不存在。

2.3 扩频组网系统仿真分析

以4部雷达组网为例进行分析，综合考虑雷达发射脉冲宽度、系统电磁兼容要求、低截获性能等因素，选取127位m序列作为本雷达组网系统的扩频码长，即采用7级线性移位寄存器。

首先根据7级线性移位寄存器通过查找、试探的方式，确定其产生m序列本原多项式。7级线性移位寄存器共有18组本原多项式，即最多可实现18部雷达之间的组网数据传输，本文选取f1(x)～f4(x)作为本系统内4部雷达的扩频序列：

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

其次根据上述本原多项式构造m序列移位寄存器的逻辑框图求出m序列：

M1=[11111110111001111010000010101111001001000100001001110110101010010111010110000 00110010100011100001111100010110110011000110100110]

M2=[1111111001001000011000000101101100010100000111011010011110000100 1101110100010001 10101100111001100101111010100101010111000111110]

M3=[111111101100101100011001101101000111110000111000101001100000011010111010010101011 0111001000010001001001111010100000101111001110]

M4=[1111111011101101111010001011001011111000100000011001101100011100111010111000010011 000001010101101001001010011110010001101010000]

在信号发射端,4部雷达分别按照各自对应的m序列进行扩频处理后发送；在信号接收端，将接收到的信号与本地扩频序列进行相关处理，以解调出各路信号[5]。如本雷达为m1序列，则接收到的组网协同信号可能同时包括m2、m3、m4序列等，此时在本地分别利用m2、m3、m4序列与接收信号进行相关处理。

本文首先仿真得到各序列的自相关与互相关函数,如图3～图8所示。

图3 m2序列自相关函数

图4 m3序列自相关函数

图5 m4序列自相关函数

图6 m2和m3序列的互相关函数

图7 m2和m4序列的互相关函数

图8 m3和m4序列的互相关函数

如图3～图8所示,接收到的m2、m3、m4序列自相关函数性能很好，而序列相互之间的互相关函数性能较差，因此将接收的混合信号分别进行自相关处理后能解调区分出各路信号。

进一步进行分析，设接收到的混合信号包括各路信号及噪声，各路原码数字信号设计为：

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]。

分别按上述m2、m3、m4扩频序列进行扩频处理后，相加形成混合信号，并加入白噪声进行分析。

图9 接收并处理后的信号

图9(a)为接收到的Rm2、Rm3、Rm4及白噪声的混合信号；图9(b)为混合信号与本地m2序列相关后解调出的信号；图9(c)为混合信号与本地m3序列相关后解调出的信号；图9(d)为混合信号与本地m4序列相关后解调出的信号。从图9可以看出，经过与本地对应序列的相关处理后，均能将原始原码数字序列Rm2、Rm3、Rm4解调出来。

3 结束语

本文基于雷达硬件平台，采用基于扩频技术的处理方式，实现了多平台雷达之间的信号可靠传输，具有一定的低截获性、保密性，抗干扰能力强，有效提高了雷达组网系统的综合作战能力。

[1] 赵兴运，张群，娄昊，李晓辉，罗迎.基于OFDM随机步进频的雷达通信一体化信号模型[J].电讯技术，2014,8(8):1107-1112.

[2] 李晓柏，杨瑞娟，程伟.多相伪随机序列在雷达通信一体化中的应用[J].信号处理，2012,11(11):1543- 1550.

[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] 杨瑞娟，陈小民，李晓柏，程伟.雷达通信一体化共享信号技术研究[J].空军预警学院学报，2011,2(1):39- 42.

[5] 陈兴波，王小谟，曹晨，徐山峰，孙延坤.雷达通信综合化波形设计技术分析[J].现代雷达，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