基于二相编码的探测干扰一体化信号波形设计与仿真

黄治军，张钊源，何玉平

（ 92697部队，海南陵水 572400）

关键字：巴克码；自相关函数；模糊函数；功率谱

如今，随着雷达信号处理技术的迅速发展，在追求低截获性能的同时，如何提高雷达信号的资源利用率并向多功能发展已成为1个重要的问题。探测干扰一体化信号（以下简称探干一体化信号）的设计具有重要意义，它能够提升战场中雷达探测效率，对非合作方的测频、测向提出更高要求。

探干一体化信号，是将单一调制的干扰信号和具有干扰能力的噪声信号融合成为1种既具有探测目标的能力，又能对目标进行有效的噪声干扰的信号。在探干一体化信号的研究过程中，张勇等人提出了1种基于混沌原理调制载波的幅度、频率或者相位得到的射频信号，通过仿真实验验证了该信号具有良好的探测与干扰效果；谭龙等人通过利用梳妆谱信号的正交特性，提出了1 种正交梳妆谱型探干一体化信号波形。上述文献虽都论证了信号具有良好的模糊函数特性，但工程实现较为复杂，尤其是在信号回波处理过程中。如何更好、更有效地变频，达到更高效的数据运用是关键问题。

1 探干一体化信号波形设计

十三位巴克码信号是1种利用了相位调制的典型低截获概率信号，是二相编码中综合性能最好的1 种信号。基于十三位巴克码的探干一体化信号在信号的相位中进行噪声调频调制，其同时具有噪声干扰信号和相位编码信号的特点，相较于单一调制的相位编码信号，这种信号具有更强干扰特性，能够实现信号的能量共享，从而提高雷达的能量效率。

基于十三位巴克码的探干一体化信号的数学表达式如下：

信号的处理往往是在中频、视频阶段。信号在混频后的视频图，如图1所示。

图1 一体化信号视频图Fig.1 Visual frequency diagram of the integrated signal

2 探干一体化信号探测性能

基于十三位巴克码的探干一体化信号的模糊函数表达式为：

其中：

图1 参数设计如下：编码码元个数=13 ，=3 900，脉冲时宽为13 μs，相位编码分量子码周期为1 μs，噪声序列编码周期为0.003 μs，为5 MHz。

对雷达回波信号的处理相当于进行“噪声加信号”的常规处理，但和处理单纯携带高斯噪声信号不同，该一体化信号中的噪声分量服从正态分布，具有较好的统计特性，是伪随机的，并不完全是非相关的，也具有一定的相参性，能够提升信号本身的检测性能。

图2 为十三位巴克码序列和噪声编码序列的自相关函数图。

图2 2种编码序列的自相关函数图Fig.2 Autocorrelation function graphs of two coding sequences

可以看出，噪声编码序列具有良好的自相关特性，而且编码长度越长，自相关特性越好。反映在模糊函数图中就是“图钉型”特征越发明显，在保持十三位巴克码信号良好的“多普勒敏感”特性上，距离分辨力有所提升，探测性能也有所提升。

由式（7）可知，信号的包络呈现sin函数形状，其主瓣宽度由乘积决定，而代表相位编码分量的子码周期，因此，其速度分辨力保留了十三位巴克码信号分量的“多普勒敏感”特性。

3 探干一体化信号干扰性能分析

对探干信号的干扰性能分析，应从其功率谱、频谱角度进行分析。

根据式（1），其傅里叶变换为：

式中，利用了积分中值定理如下，

4 探干一体化信号性能仿真对比分析

4.1 探测性能仿真对比

通过将探干一体化信号与单一调制的十三位巴克码信号的模糊函数图进行对比，以说明探干一体化信号具有优良探测性能。本文将通过MATLAB 进行仿真分析，参数设置如下：以十三位巴克码为基础，=13 ，=3 900 ，信号编码分量载频为=3 000 MHz ，噪 声 分 量 中 心 频 率 为=2 500 MHz ，服从标准正态分布，调频系数=50 MHz，脉冲时宽为13 μs，信号的模糊函数图，如图3所示。

图3 一体化信号模糊函数图Fig.3 Ambiguity function of the integrated signal

为突出对比，现给出同参数的单一调制的十三位巴克码信号模糊函数图，如图4所示。

图4 十三位巴克码模糊函数图Fig.4 Ambiguity function of 13-bit Barker code

可以看出，探干一体化模糊函数图呈现“图钉型”。与单一调制的十三位巴克码模糊函数图（图4）对比，探干一体化信号具有更好的距离分辨力。

由上述理论分析以及与图2 a）仿真结果的对比可知，探干一体化相较于单一调制的二相编码信号来说，具有良好的自相关函数特性，能够减少对于周边回波较弱目标的遮挡，便于对目标的探测和检测。

4.2 干扰性能仿真对比

通过MATLAB 仿真信号的功率谱，参数设置同4.1，仿真图，如图5所示。

图5 功率谱图对比Fig.5 Comparison between the two power spectrums

通过仿真对比可知，探干一体化信号通过引入噪声调频信号分量，扩展了信号的带宽，使其峰值功率降低，并使能量在频域上“摊开”，很好地将其中的二相编码分量淹没，提高信号的低截获特性。而带宽的大小主要由的大小决定，下面依次取=5 MHz、25 MHz、50 MHz 和100 MHz，进行信号功率谱图的仿真，给出仿真图，如图6所示。

图6 功率谱仿真对比Fig.6 Simulation comparison of power spectrums

从不同调频系数值对应的功率谱仿真对比图中可以看出，随着调频系数的增大，信号的功率谱峰值逐渐减小，这样就不容易被截获，从而大大提升了信号的低截获性能。同时，因为信号的频谱展宽，在能量足够的前提下能够对更宽的频带进行压制式干扰，从而提升了干扰的效果。

5 结论

本文提出了1种基于十三位巴克码的探干一体化信号，信号中加入的噪声分量属于噪声调频。对该一体化信号进行了时域波形的仿真，从信号的调制原理、模糊函数、功率谱以及编码序列的自相关函数特性角度进行了理论分析，总结得出：探干一体化信号的模糊函数呈现“图钉型”，相比于单一调制的二相编码信号具有更好的距离分辨力，自相关性能也更好，信号具有良好的相参性，因此，具有更好的探测性能和高效的回波处理过程；功率谱较宽，能够实现宽频带的压制式干扰，同时提升雷达信号的低截获性能。

综上所述，本文提出的基于十三位巴克码的探干一体化信号具有较好的探测性能和干扰能力，为未来电子技术的小型化、微型化和高效化发展提供了新的思路。