基于2DPSK的多載頻雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)

朱 平

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第723研究所，揚(yáng)州225001)

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基于2DPSK的多載頻雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)

朱 平

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第723研究所，揚(yáng)州225001)

利用現(xiàn)有雷達(dá)平臺(tái)設(shè)計(jì)了一種基于二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)的多載頻雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)，對(duì)編隊(duì)內(nèi)各部雷達(dá)分配對(duì)應(yīng)的頻率資源，將雷達(dá)組網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行2DPSK調(diào)制后上變頻至對(duì)應(yīng)的載頻發(fā)送，在各雷達(dá)接收端進(jìn)行解調(diào)接收，以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)數(shù)據(jù)的有效傳輸。仿真及試驗(yàn)結(jié)果表明：采用2DPSK調(diào)制解調(diào)方法能有效實(shí)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(dá)組網(wǎng)；差分相移鍵控；多載頻

0 引 言

針對(duì)日益復(fù)雜的電磁環(huán)境和目標(biāo)威脅，將多平臺(tái)雷達(dá)進(jìn)行組網(wǎng)協(xié)同探測(cè)已成為當(dāng)前對(duì)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(tái)雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸鏈的設(shè)計(jì)成為多雷達(dá)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(dá)硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上增加組網(wǎng)調(diào)制/解調(diào)模塊，在信號(hào)發(fā)射端，將要發(fā)送的組網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行差分相移鍵控(2DPSK)調(diào)制，在雷達(dá)工作的間隙內(nèi)，利用雷達(dá)功放、發(fā)射機(jī)、天線輻射出去；在信號(hào)接收端，對(duì)接收到的多路組網(wǎng)調(diào)制信號(hào)分別進(jìn)行解調(diào)處理，并與本雷達(dá)探測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)雷達(dá)組網(wǎng)協(xié)同探測(cè)。

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

本系統(tǒng)涉及到編隊(duì)內(nèi)多部雷達(dá)的組網(wǎng)協(xié)同探測(cè)，根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，本文采用頻分多址的工作方式，對(duì)每部雷達(dá)分配不同的組網(wǎng)發(fā)射頻率作為雷達(dá)標(biāo)識(shí)，在信號(hào)接收端對(duì)接收到的編隊(duì)內(nèi)其它雷達(dá)數(shù)據(jù)寬帶接收[1]，對(duì)每路信號(hào)下變頻后，分別進(jìn)行解調(diào)處理，最后在數(shù)據(jù)融合中心進(jìn)行多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合處理?？傮w設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1以4部雷達(dá)組網(wǎng)為例，當(dāng)前雷達(dá)分配頻率為F4，其它3部雷達(dá)分別分配F1、F2、F3作為雷達(dá)組網(wǎng)頻率，3部雷達(dá)首先對(duì)各自探測(cè)到的目標(biāo)數(shù)據(jù)信息分別進(jìn)行數(shù)字編碼，然后進(jìn)行2DPSK調(diào)制，形成與雷達(dá)工作重頻一致的脈沖數(shù)字流，當(dāng)雷達(dá)組網(wǎng)觸發(fā)信號(hào)到來(lái)時(shí)，進(jìn)行波形調(diào)制、上變頻后通過功放、發(fā)射機(jī)、天線輻射出去；在本雷達(dá)接收端，對(duì)接收到的編隊(duì)內(nèi)多部不同載頻的組網(wǎng)信號(hào)進(jìn)行寬帶接收，數(shù)字多信道化分析后，分別對(duì)每個(gè)通道信號(hào)進(jìn)行2DPSK解調(diào)，得到組網(wǎng)內(nèi)其他雷達(dá)探測(cè)到的目標(biāo)信息，并與本雷達(dá)探測(cè)到的目標(biāo)進(jìn)行融合處理，以實(shí)現(xiàn)多雷達(dá)組網(wǎng)協(xié)同探測(cè)。

圖1 基于2DPSK的多載頻雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)框圖

2 基于2DPSK的多載頻雷達(dá)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(duì)相位來(lái)判斷調(diào)制數(shù)據(jù)的，在信號(hào)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(wú)法準(zhǔn)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(duì)載波相位值來(lái)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(duì)相位差不會(huì)發(fā)生改變，因此可以有效解決相位翻轉(zhuǎn)帶來(lái)的問題[2]。

2.1.1 2DPSK信號(hào)調(diào)制原理

假設(shè)本碼元與前一碼元初相相對(duì)載波相位值用相位偏移Δφ表示，則對(duì)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(hào){an}經(jīng)差分編碼器，把絕對(duì)碼轉(zhuǎn)換為相對(duì)碼{bn}，極性變換器是把單極性{bn}碼變成雙極性信號(hào)，且負(fù)電平對(duì)應(yīng){bn}中的1，正電平對(duì)應(yīng){bn}中的0。然后通過成型濾波器，濾除主瓣外的信號(hào)及噪聲[3]。本設(shè)計(jì)采用無(wú)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(dá)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(hào)與調(diào)制信號(hào)直接相乘后即可得到2DPSK調(diào)制信號(hào)。

2.1.2 2DPSK信號(hào)解調(diào)原理

在信號(hào)接收端，經(jīng)過變頻、采樣后得到的基帶信號(hào)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(dòng)雷達(dá)間的多普勒頻率；td為傳播延時(shí)；θ0為初相位。

2DPSK信號(hào)解調(diào)流程如圖3所示。對(duì)天線接收到的回波信號(hào)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(hào)，然后進(jìn)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(gè)時(shí)鐘節(jié)拍后進(jìn)行接收信號(hào)自相關(guān)，通過低通濾波器濾除噪聲后，進(jìn)行幀同步得到同步位，進(jìn)行抽樣判決，即可解調(diào)輸出原始數(shù)字信號(hào)。

2DPSK信號(hào)解調(diào)詳細(xì)軟件設(shè)計(jì)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(duì)采樣后的數(shù)據(jù)首先需進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)齊，然后進(jìn)行多信道化處理，將信號(hào)輸入到對(duì)應(yīng)中心頻率的數(shù)字濾波器中。由于在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，每次經(jīng)過乘法、加法操作都會(huì)涉及到數(shù)據(jù)位寬的增加，因此對(duì)數(shù)據(jù)位寬進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕厝?，然后?duì)信號(hào)自相關(guān)、平滑處理后，進(jìn)行自適應(yīng)門限提取，最后對(duì)提取后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行報(bào)文頭、校驗(yàn)位的提取，得到最終的有用數(shù)據(jù)后輸出[4]。

2.2 多雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)仿真

本系統(tǒng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)4部雷達(dá)之間的組網(wǎng)，因此在同一時(shí)刻可同時(shí)收到其它3部雷達(dá)輻射出的組網(wǎng)信號(hào)。設(shè)置仿真條件如下：

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

(2) 接收到的3部雷達(dá)的信號(hào)經(jīng)過變頻后，其中心頻率分別對(duì)應(yīng)為f1、f2、f3，3個(gè)頻率間隔≥25 MHz[5]。

采用上述圖3所示2DPSK信號(hào)解調(diào)過程，首先對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，可得到每路信號(hào)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(hào)頻譜

將上述信號(hào)通過3路對(duì)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(duì)應(yīng)為f1、f2、f3，1 dB帶寬10 MHz，取其中一路信號(hào)進(jìn)行分析，濾波前后對(duì)應(yīng)的信號(hào)及頻譜分別如圖6、圖7所示。

圖6 原始信號(hào)及頻譜

圖7 帶通濾波后的信號(hào)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(hào)信噪比，將信號(hào)延遲1個(gè)節(jié)拍后進(jìn)行自相關(guān)并經(jīng)過低通濾波器后，可得信號(hào)如圖8所示。

如圖8所示，3路信號(hào)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(jìn)行幀同步，得到每幀信號(hào)的同步位后，根據(jù)抽樣脈沖進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取，提取校驗(yàn)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(hào)信噪比S/N≥6 dB，且相鄰信號(hào)功率之差≤20 dB的情況下，接收到的3路信號(hào)均能有效解調(diào)，且誤碼率達(dá)到10-5，滿足雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文在現(xiàn)有雷達(dá)硬件平臺(tái)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(jì)了多平臺(tái)雷達(dá)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(shí)現(xiàn)了多雷達(dá)數(shù)據(jù)的共享，有效地提高了編隊(duì)內(nèi)多平臺(tái)雷達(dá)的綜合作戰(zhàn)能力。

圖8 3路信號(hào)經(jīng)過低通濾波器后得到的數(shù)據(jù)

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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