王 君，白華珍，邵 雷

（1.空軍工程大學防空反導學院，西安 710051；2.解放軍93655部隊，北京 101500）

0 引言

為了適應現(xiàn)代電子戰(zhàn)環(huán)境，現(xiàn)代的作戰(zhàn)飛機和作戰(zhàn)艦艇都必不可少地裝備許多雷達、通信和電子對抗設備。雷達都盡可能采用各種抗干擾、抗反輻射導彈措施，才能保障自己的安全和正常功能的發(fā)揮；通信設備用于信息、情報的傳遞；電子對抗設備的作用是隨時監(jiān)視電磁環(huán)境，截獲信息、識別威脅、發(fā)出告警、引導各種有源和無源干擾設備干擾敵人的武器系統(tǒng)。雷達面臨的最大威脅是干擾和反輻射導彈的攻擊，但是如果有電子對抗設備的有機配合，就可以隱蔽地監(jiān)視整個電磁環(huán)境，在通信暢通的前提下，利用遠方情報，保證雷達在最佳時機開機探測，并且電子戰(zhàn)裝備還可以干擾敵反輻射導彈雷達導引頭，從而大大提高武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能和自我防護能力?？梢?，統(tǒng)一考慮雷達、通信、電子對抗三方面，使其成為有機整體，發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢，提高整體作戰(zhàn)能力。多功能綜合射頻系統(tǒng)設想實現(xiàn)框圖如圖1所示。

在雷達、通信、電子戰(zhàn)為一體的多功能綜合射頻系統(tǒng)研究方面，國內(nèi)開展了諸如通信、導航、識別綜合化系統(tǒng)技術（ICNIA）以及孔徑綜合等相關研究。在國外，美國海軍實驗室較早地開展了這方面的預先研究，見文獻［1］。新的多功能綜合射頻系統(tǒng)具有雷達、通信和電子戰(zhàn)一體化綜合能力，是今后軍事電子系統(tǒng)及武器系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，它涉及許多新概念、新技術，改變著傳統(tǒng)的單一化系統(tǒng)設計思想，這種設計的另一個優(yōu)勢在于敵方很難從通信信號中分辨出雷達發(fā)射信號。本文以多功能綜合射頻系統(tǒng)的共用信號為主要研究內(nèi)容。

1 多功能綜合射頻系統(tǒng)共用信號模型

共用信號的設計直接決定了系統(tǒng)的功能及其實現(xiàn)方式，設計特殊的共用信號以實現(xiàn)將雷達信號隱藏于通信信號之中，提高信號的隱蔽性，增強電子對抗能力。雖然通信和雷達在本質(zhì)上不一樣，但在超寬帶通信和沖擊雷達應用方面，他們所使用的信號形式與波形有許多相似之處，分析這種近似，會發(fā)現(xiàn)攜帶有傳輸信息的通信信號可以作為雷達信號使用，實現(xiàn)通信與雷達信號共用。并且信號的超寬帶和優(yōu)良的抗干擾性能使之成為雷達和通信系統(tǒng)共同追求的優(yōu)點。

脈沖幅度調(diào)制直接序列超寬帶信號（PAM DS UWB）與典型的脈沖位置調(diào)制跳時超寬帶信號（PPM TH UWB）可以表示為［2-3］

式中：

3）Ns是用來傳輸一個信息比特所用的脈沖數(shù)，也叫重復碼長度，并且滿足Tb=NsTs。

4）在式（1）中，Ts是脈沖重復周期。二進制PN碼序列的周期為Np，一般取Np=Ns，用此PN碼調(diào)制待傳輸?shù)亩M制序列b，產(chǎn)生一個調(diào)制序列a={a0，a1，…，aN-1}，N=NbNs為脈沖總數(shù)，Nb為輸入信息的比特數(shù)。

對于式（1）的PAM DS UWB信號，假設輸入數(shù)據(jù) b={1，1，0，0，1}，PN={-1，1}，則調(diào)制數(shù)據(jù)為 a={-1，1，-1，1，1，-1，1，-1，-1，1}，當 Ns=2，Ts=5 ns 時，PAM DS UWB 波形如圖 3（a）所示。對于式（2）的PPM TH UWB 信號，假設傳輸數(shù)據(jù)為 b=（bm）={0，1，0，0，1，1，0，1，0，0}，偽隨機跳時序列為c=（ci）={3，1，4，2，1}，其中 Ns=5，Tc=3 ns，Ts=18 ns，Nh=6，則 PPM TH UWB波形如圖2（b）所示。

信號的功率譜密度對選擇共用信號是重要的。PAM DS UWB信號的功率譜和PPM TH UWB信號的功率譜可以分別寫為［4-5］

對于式（3），輸入數(shù)據(jù) b={1，1，0，0，1}，Ns=127，Ts=5 ns時的PAM DS UWB功率譜如圖3（a）所示。對于式（4），b={0，1，…，1，0}，Ns=5，δ=0.25 ns，Ts=10 ns，Np=500，Nh=100時的PPM TH UWB信號的功率譜密度如圖 3（b）所示。

2 共用信號模糊函數(shù)比較

模糊函數(shù)是研究各種信號的分辨能力和雜波抑制能力的有力工具。非正弦信號廣義模糊函數(shù)的概念是由Hamuth提出的［6］。廣義模糊函數(shù)是距離-多普勒域的兩維自相關函數(shù)。為了獲得最大信噪比，雷達接收機通常采用匹配濾波器。根據(jù)匹配濾波理論，匹配濾波器的沖擊響應為 h（t）=s（t0-t）。

當將式（1）的 PAM DS UWB 信號 sPAM（t）或者式（2）的 PPM TH UWB 信號 sPPM（t）作為雷達信號使用時，則目標回波信號可分別表示為式中：tr=2R/c是雷達目標回波信號與發(fā)射信號的時間延遲。Td是由多普勒效應引起的時間延遲［7］。<1表示信號傳播衰減因子。它決定于電波傳輸介質(zhì)，目標幾何形狀及其材料等。為了簡化分析，可以令常數(shù)為1。。相對于式（5）、式（6）的匹配濾波器的沖擊響應分別為：

PAM DS UWB信號sPAM（t）的廣義模糊函數(shù)可以寫為

式中：

則式（12）為

將式（14）、式（15）代入式（10），可得 PAM DS UWB信號的模糊函數(shù)。

同理，可以推導出PPM TH UWB共用信號的廣義模糊函數(shù)的表達式為

采用如下的代換：

則式（16）可寫為

3 共用信號分辨性能仿真分析

根據(jù)式（10）和式（17），比較不同參數(shù)下 PAM DS UWB和PPM TH UWB信號模糊函數(shù)如圖4和圖5所示。是信號參數(shù)α，Ts和N的函數(shù)。對于 PAM DS UWB 信號，在 Nb=5，α=0.25 ns，Ns=10，N=50，而Ts=1 ns到Ts=10 ns和Ts=100 ns時的模糊函數(shù)如圖4所示。對于PPM TH UWB信號，在Nb=10，Nh=6，Ns=5，Np=50，δ=0.5 ns，N=50，而 Ts=6 ns到Ts=18 ns和Ts=60 ns時的模糊函數(shù)如圖5所示。

從圖4和圖5可以看出，PAM DS UWB和PPM TH UWB信號都實現(xiàn)了“拇指”形狀的模糊函數(shù)［8］。當增加Ts時，信號的分辨能力和雜波抑制能力提高，同時副瓣幅度降低，信號存在的模糊區(qū)域減小。因此，要獲得好的分辨性能，需要選擇盡可能大的Ts。但是作為共用信號，由于數(shù)據(jù)傳輸率的要求，共用信號的Ts需要優(yōu)化。

由于超寬帶信號的多普勒效應表現(xiàn)為脈沖有效寬度和脈沖間隔的改變，且對于一個靠近系統(tǒng)的目標產(chǎn)生的效果為Ts'>Ts，因此，多普勒效應Td和脈沖間隔Ts以及目標速度v、光速c之間的關系為Td=2Ts·v/c。同時，一體化系統(tǒng)的最大數(shù)據(jù)傳輸率Rb與脈沖間隔Ts、每比特脈沖數(shù)Ns之間滿足的關系為Rb=1/NsTs，Rb與 Td的關 系為 Rb=2/NsTd·v/c。 假 設v/c=10-6，Td=1 ns，則可以得到 Ts=0.5 ms，在 Ns=1 時的最大數(shù)據(jù)傳輸率為Rb=2 kb/s。相應的，如果最大傳輸率為Rb=110 Mb/s，則脈沖間隔為Ts=9 ns。因此，共用信號的脈沖有效寬度Te、最大數(shù)據(jù)傳輸率、脈沖間隔、每比特脈沖數(shù)、多普勒效應等參數(shù)之間有嚴格的約束關系，因此，一體化系統(tǒng)的共用信號參數(shù)必須優(yōu)化，才能滿足一體化使用的要求。

4 結論

新的多功能綜合射頻系統(tǒng)具有雷達、通信和電子戰(zhàn)一體化綜合能力，能夠發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢，提高整體作戰(zhàn)能力。本文理論分析了多功能綜合射頻系統(tǒng)共用信號的分辨性能、雜波抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸與作用距離。仿真并比較了PAM DS UWB和PPM TH UWB兩種共用信號的性能。理論分析證明上述兩種信號具有作為共用信號的優(yōu)勢。共用信號的信號處理方法將有待進一步的研究。