李剛

摘 要：隨著科學技術的快速發(fā)展，雷達通信一體化發(fā)展程度逐漸地加深，在這種情況之下，可以更好地保證信息有效的傳輸。本文主要介紹了雷達通信一體化概念，分析了雷達通信一體化研究現(xiàn)狀，探究了雷達通信一體化未來發(fā)展趨勢。

關鍵詞：雷達通信;發(fā)展趨勢;一體化;研究現(xiàn)狀

一、引言

最初的雷達通信一體化是指，在共享頻譜、空間、時間和能量等資源條件下，通過信號、通道和信息等層面上的統(tǒng)一設計，實現(xiàn)一個通道、一個天線、一個信號對雷達和通信信息的統(tǒng)一承載。其初始的研究動機源于挖掘利用戰(zhàn)機、艦船等作戰(zhàn)平臺的空間資源。通過共用控制與顯示、數(shù)據(jù)處理、通道和射頻前端等資源，可大幅減少雷達、通信等電子設備占用的平臺體積，為隱身設計、燃油儲備和武器彈藥騰出空間?，F(xiàn)階段，部分歐美國家已初步實現(xiàn)了該研究初衷，并逐步將研究重點轉(zhuǎn)移到微小型一體化系統(tǒng)和電磁信號一體化?；诜涸诘牡统杀?、微小型一體化系統(tǒng)，可實現(xiàn)電磁空間的多功能一體化協(xié)同，進而衍生出面向未來的新型一體化思想，實現(xiàn)在任意時刻、任意地點和任意頻點，并行形成任意功能的目標。因此，只有進一步實現(xiàn)微小型一體化和信號一體化，才能真正意義上實現(xiàn)一體化。然而，從理論模型和系統(tǒng)構(gòu)型來看，雷達和通信在信號、通道、處理和應用等方面存在許多固有的、不可調(diào)和的矛盾。

無論是傳統(tǒng)大型一體化系統(tǒng)，還是未來微小型一體化系統(tǒng)，都面臨著種種限制。其中，信號一體化是兩者的共同核心難點。因此，為了實現(xiàn)雷達和通信的有機一體，需要從理論上統(tǒng)一認識雷達傳感與無線通信的信號模型，從物理、數(shù)學角度揭示一體化物理本質(zhì)和實現(xiàn)原理，通過信號的一體化設計尋求電磁資源的統(tǒng)一共享和利用，通過信息的一體化承載牽引孔徑、通道、處理、管控等多方面的一體化設計，逐步從雷達和通信的共存走向共生，最終實現(xiàn)多種功能對電磁資源的統(tǒng)一操控[1]。

二、雷達通信一體化系統(tǒng)設計思路

不管是雷達系統(tǒng)，還是通信系統(tǒng)，在運行原理上都能實現(xiàn)電磁波信號的發(fā)射或者接收。愛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，兩者之間呈現(xiàn)出重疊狀態(tài)，例如，天線、發(fā)射器等。在頻率上，通信系統(tǒng)只能在雷達范疇內(nèi)接收相應信號，而遠程雷達則可以根據(jù)通信范疇進行信號接收。在信號特征上，不具有顯著性，當前廣泛應用的頻率復用技術讓現(xiàn)代雷達與通信信號之間有著一定相似性。根據(jù)上述分析內(nèi)容得知，即便雷達和信號兩者間有著諸多差異，但是其在工作原理以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上存在一定相似性，因此在雷達系統(tǒng)設計過程中，通過把通信技術應用其中，利用雷達天線或者接收機實現(xiàn)信號的發(fā)射或者接收，也可以在軟件無線電技術的作用下，將雷達和通信信號進行整合，從而達到雷達通信一體化效果。

在虛線框中，雷達系統(tǒng)中含有大量的硬件資源，虛線外則包含一些能夠改善通信功能的內(nèi)容，雷達系統(tǒng)發(fā)射機也可以作為通信發(fā)射機，雷達天線則可以當做通信發(fā)射和接收天線，雷達接收機擁有接收一體化信號的功能。通過在雷達通信一體化系統(tǒng)中安裝信號分離器，能夠把雷達目標回波信號與通信信號充分分離，只有將信號傳遞到對應處理器中，實現(xiàn)信號處理。在此過程中，不管是雷達中發(fā)射機，還是接收機，都可以和通信系統(tǒng)實現(xiàn)信息傳遞和共享，發(fā)射的信號也就是雷達通信一體化信號，其中不但包含探測目標功能，也具有通信功能。針對通信接受設備來說，通過在接收機中安裝一個軟件無線電設備，能夠把通信信號從中分離，實現(xiàn)通信信號的解讀和處理。而雷達系統(tǒng)則在獲取通信分離器發(fā)出的信號以后，使發(fā)射的信號傳遞到雷達信號處理器中，將傳遞的信號顯示出來[2]。

三、雷達通信一體化研究現(xiàn)狀

（一）波形設計

1. LFM一體化波形設計

研究人員在一體化波形設計方面提出了自己的觀點。實際上，眾多因素都會影響波形設計，為提升波形設計水平，相關研究人員需要探究影響波形設計的因素，以優(yōu)化波形設計方案。就研究這些因素，發(fā)現(xiàn)波形指標、波形分集、波形種類等都是需要重點研究的波形設計因素。在進行一體化波形設計時，要獲得較好的模糊函數(shù)性能的一體化波形。這樣就可以更地開展定位和信息傳輸活動。

通過多次的實踐研究得出：通過脈沖位置調(diào)制加載通信數(shù)據(jù)至時跳超寬帶雷達脈沖上，就可以更好地實現(xiàn)設計目標。由于傳統(tǒng)的LFM信號在的測距和測速方面的表現(xiàn)并不是很好，主動地深化研究一體化波形設計方法，以此保證測距和測速精度。在研究的過程中，發(fā)現(xiàn)通過應用MSK調(diào)制LFM設計的一體化波形，可以更好地發(fā)揮性能。我國研究人員在LFM一體化波形設計中也做出了貢獻，其中，楊瑞娟等人指出頻分準正交多載波Chirp信號有利于提升雷達通信一體化發(fā)展水平，之后他們應用該信號進行了一體化波形設計工作，設計出一體化波形。對一體化波形設計工作繼續(xù)進行了研究，指出連續(xù)相位編碼與多相調(diào)頻雷達波有助于設計一體化波形，并形成了研究成果[3]。

2. OFDM一體化波形設計

在雷達通信一體化共享信號技術設計過程中，通過采取OFDM技術，能夠有效拓展信號帶寬，并且還能提高雷達分辨效率。對于OFDM雷達信號來說，在加載信號過程中，通過保證目標探測和數(shù)據(jù)通信一同進行，在接收端位置降低通信信號波形帶來的影響，給雷達及時完成探測工作提供安全的環(huán)境，這樣不但能夠有效提升雷達信號處理效率，同時也能保證通信運行速度。在雷達接受回波的情況下，利用OFDM進行解調(diào)處理，這樣能夠及時獲取接收數(shù)據(jù)信號。OFDM作為一種現(xiàn)代化高速數(shù)據(jù)通信技術，將其應用到雷達通信一體化信號共享技術中，能夠給雷達通信一體化發(fā)展提供良好條件[1]。

（二）信號處理

1. 一體化信號通信處理

信道稀疏對通信會產(chǎn)生重要的影響，因此要采取措施規(guī)避這種影響。通過研究發(fā)現(xiàn)，疏自適應匹配追蹤（SAMP）算法可以有效地解決這些問題。所以，要積極地將這種算法融入一體化信號通信處理中。通過研究發(fā)現(xiàn)通過權值加窗對接收數(shù)據(jù)進行FFT變換，同時做好解調(diào)工作之后，可以改善信噪比，強化通信效果。研究了一種科學有效的算法，即元啟發(fā)式算法，通過把這種算應用到一體化信號通信處理中，可以保證信號接收、傳輸效果[3]。

2. 一體化信號雷達處理

傳統(tǒng)的處理方法傳輸?shù)男实停运麄兲骄苛烁倪M信號傳輸?shù)姆绞?。研究發(fā)現(xiàn)，通過雜波重構(gòu)與分離OFDM一體化波形接收端，就可以提升信號傳輸水平。發(fā)現(xiàn)OFDM雷達具有很大的優(yōu)勢，主要是因其不僅可以保證距離傳輸效率，而且可以多普勒處理工作。Duan在一體化信號雷達處理的過程中需要提前估算目標的徑向速度。但是如何保證估算的準確性是當時需要重點解決的問題。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，通過應用三種關于OFDM信號多普勒處理方法，可以更好地實現(xiàn)該目標。

（三）系統(tǒng)設計

系統(tǒng)設計涉及多項內(nèi)容，是一項系統(tǒng)的工作。對系統(tǒng)設計工作進行了深入地研究，發(fā)現(xiàn)應用SBA-RA的定向鄰近節(jié)點發(fā)現(xiàn)算法可以更好地獲得位置信息。在這種情況之下，不僅可以擴大掃描范圍，而且可以提升系統(tǒng)的性能，以便提高雷達通信數(shù)據(jù)信息處理效果，真正地發(fā)揮雷達通信一體化系統(tǒng)優(yōu)勢。芬蘭的Aalto大學Marian等人著重研究了目標參數(shù)估計問題，希望通過展開一系列的研究保證目標參數(shù)估計的準確性。而多載波雷達時延估計器則可以解決該問題[4]。

四、發(fā)展趨勢與展望

（一）電磁信號一體化是雷達通信一體化的必然發(fā)展趨勢

現(xiàn)階段，雷達和通信已經(jīng)在控制與顯示、處理、通道、孔徑方面初步實現(xiàn)了一體化。這能夠減小系統(tǒng)平臺體積、降低電子設備間的電磁干擾、提高平臺的機動能力等。平臺的空間資源得到了充分共享利用。但對于頻譜資源而言，現(xiàn)有一體化系統(tǒng)的多種功能之間仍然處于生硬的、分割使用狀態(tài)。電磁頻譜資源的競爭局面并沒有解決。日益增長的帶寬需求、不斷重合工作頻段和指數(shù)增加的設備數(shù)量必將進一步加劇頻譜資源的競爭和擁擠，導致局部區(qū)域的若干通信、雷達功能無法并行工作，如圖1所示。

因此，為了真正意義上實現(xiàn)雷達、通信等多種功能的一體化協(xié)同，需要在控制與顯示、處理、通道、孔徑一體化的基礎上，進一步實現(xiàn)信號的一體化。本文提出的多維信號波形為信號一體化的研究指明了方向[5]。

（二）微小型一體化系統(tǒng)是雷達通信一體化的必然發(fā)展趨勢

微小型一體化系統(tǒng)是芯片化的一體化系統(tǒng)，可理解為在傳統(tǒng)大型一體化系統(tǒng)的基礎上對平臺空間資源的進一步壓縮，也可以理解為精細挖掘多維信號自由度的必要手段。這主要是因為，多維信號波形是一種在時間、空間、頻率、極化、多普勒、編碼、渦旋等多個維度內(nèi)具備豐富自由度的廣義波形。信號設計可利用的維度和自由度越多，多維信號波形的性能越高。若在局部區(qū)域內(nèi)廣泛布設微小型、低成本的一體化系統(tǒng)，則可大幅提升信號在空間維度的自由度，進而為電磁信號空間的多功能并行一體化協(xié)同奠定基礎。

目前，先進微電子技術正進入后摩爾時代，微系統(tǒng)技術也不斷向異構(gòu)異質(zhì)巨集成方向發(fā)展。因此，基于三維異構(gòu)異質(zhì)巨集成的微小型一體化系統(tǒng)是未來一體化系統(tǒng)的重點發(fā)展方向[5]。

五、結(jié)束語

綜上所述，雷達通信一體化在軍事領域、民用智能交通領域發(fā)揮著重要的作用。隨著雷達通信一體化的深入發(fā)展，未來其將會發(fā)揮更大的價值。對于研究人員來講，其需要深化研究雷達通信一體化發(fā)展方法，提升雷達通信一體化發(fā)展水平。

參考文獻：

[1]肖博，霍凱，劉永祥.雷達通信一體化研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].電子與信息學報， 2019，41（03）：739-750.

[2]曾瑞琪，劉方正，姜秋喜，樊霖暉，劉鑫.雷達通信一體化的六種主要技術體制[J].現(xiàn)代雷達， 2019，41（02）：10-14+30.

[3]肖博，霍凱，劉永祥.雷達通信一體化研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].電子與信息學報， 2019，41（3）：236-247.

[4]盧俊，張群飛，史文濤，張玲玲.探測通信一體化研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].信號處理， 2019，35（9）：1484-1495.

[5]劉玉濤，詹平，梁晨，呂玉靜，李根.基于MIMO-OFDM的雷達通信一體化收發(fā)方法[J].計算機測量與控制， 2019，27（08）：202-206.

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