黃治軍，袁萬(wàn)江，鐘家發(fā)

（ 92697部隊(duì)，海南陵水 572400）

0 引言

隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的不斷發(fā)展，雷達(dá)信號(hào)的樣式也越來(lái)越豐富，除了單一調(diào)制的線性調(diào)頻信號(hào)、相位編碼信號(hào)外，還出現(xiàn)了一些例如線性調(diào)頻和二相編碼信號(hào)復(fù)合調(diào)制、多相編碼方式的復(fù)雜信號(hào)樣式[1-4]。這些信號(hào)識(shí)別難度大，普遍具有低截獲性能好的優(yōu)點(diǎn)。然而，由于雷達(dá)系統(tǒng)資源的局限性，對(duì)于信號(hào)波形的設(shè)計(jì)，愈發(fā)要求信號(hào)在相同的系統(tǒng)條件下具有更多功能。

探干一體化信號(hào)的出現(xiàn)增加了雷達(dá)信號(hào)的實(shí)用性，即在有限的雷達(dá)資源條件下，使信號(hào)同時(shí)具有探測(cè)和干擾對(duì)方的功能。

張勇等[5-7]已經(jīng)提出了1種基于混沌原理調(diào)制載波的幅度、頻率或者相位得到的射頻信號(hào)，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該種信號(hào)具有良好的探測(cè)與干擾效果；譚龍等[8]通過(guò)利用梳妝譜信號(hào)的正交特性，提出1種正交梳妝譜型探干一體化信號(hào)波形[9-13]。上述文章針對(duì)不同種類的一體化信號(hào)進(jìn)行分析，論證了其具有較好的模糊函數(shù)特性，但實(shí)現(xiàn)難度較大，且對(duì)于雷達(dá)目標(biāo)回波的檢測(cè)處理方法并不完善，對(duì)現(xiàn)有基本調(diào)制方式的利用不夠充足。

本文針對(duì)上述問(wèn)題，提出1 種線性調(diào)頻和偽隨機(jī)編碼序列混合調(diào)制的探干一體化信號(hào)。通過(guò)對(duì)模糊函數(shù)、功率譜和自相關(guān)系數(shù)等方面的分析，完成對(duì)該信號(hào)的多角度分析，證明其具有良好的探測(cè)干擾性能、檢測(cè)性能和實(shí)用性。

1 調(diào)制原理

線性調(diào)頻信號(hào)具有大的時(shí)寬和帶寬，在頻域、時(shí)域上能量“攤開”，具有較好的低截獲性能。噪聲調(diào)頻調(diào)制是1 種常見(jiàn)的干擾信號(hào)調(diào)制樣式，該調(diào)制方式在一定程度上能夠拓展信號(hào)的帶寬。本文分析的一體化信號(hào)中，噪聲調(diào)頻分量將基于偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制。一體化信號(hào)表達(dá)式：

式（1）中：A表示信號(hào)幅度；f0是一體化信號(hào)的載頻；un(z)是噪聲調(diào)頻函數(shù)，服從正態(tài)分布；kfm為噪聲分量的調(diào)頻系數(shù)；μ為線性調(diào)頻分量的調(diào)頻斜率。

式（3）中：np服從正態(tài)分布的噪聲序列碼；w(t)是單個(gè)噪聲序列脈沖信號(hào)的包絡(luò)，在子脈沖范圍內(nèi)數(shù)值為1；τ為噪聲調(diào)頻分量的子碼寬度；Q是噪聲調(diào)頻分量的碼元個(gè)數(shù)。

一體化信號(hào)的時(shí)域波形，如圖1 所示。由于存在偽隨機(jī)碼，信號(hào)的時(shí)域波形較為雜亂，在自然環(huán)境中，非合作方較難從時(shí)域上截獲到信號(hào)。一體化信號(hào)在時(shí)域上具有較好的低截獲性能。

圖1 一體化信號(hào)時(shí)域波形Fig.1 Waveform of the integrated detecting-jamming signal

圖2 給出了載頻為3 GHz ，線性調(diào)頻斜率μ為5×103GHz，噪聲調(diào)頻系數(shù)kfm為1 GHz 的圖像，可以看出，相較于單一調(diào)制的LFM 信號(hào)，其時(shí)頻譜線較為模糊，因?yàn)槠渲械脑肼暦至渴沟眯盘?hào)時(shí)頻圖具有一定的不確定性。非合作方一旦接收到，很難對(duì)其脈內(nèi)調(diào)制參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，這進(jìn)一步增加了信號(hào)的低截獲性能。

圖2 同參數(shù)設(shè)置下時(shí)頻圖Fig.2 Comparison of the time-frequency diagram based on the same parameters setting

2 一體化信號(hào)探測(cè)性能

模糊函數(shù)表達(dá)式為：

式（4）中：b(t)=(fd+μτ)t+kfm( ∫0tun(z)dz-∫0t-τun(z)dz)，積分上、下限a、b根據(jù)t和τ不同取值關(guān)系確定。

b(t)表達(dá)式中存在un(t)，即存在偽隨機(jī)編碼序列分量，隨著其系數(shù)kfm的增大，其不確定性分量在b(t)中的比重也隨之增大，即不確定性增大。調(diào)頻系數(shù)kfm表征偽隨機(jī)碼在組合式信號(hào)中的占比大小。相較于單一調(diào)制的LFM 信號(hào)的“斜刀刃”形模糊函數(shù)圖[14-17]，一體化信號(hào)在原有的LFM 分量的基礎(chǔ)上增加了更多隨機(jī)性，一定程度上減少了多普勒—距離耦合效應(yīng)的影響。

圖3為3 900個(gè)編碼序列的噪聲編碼，其自相關(guān)函數(shù)的主、副瓣比較高[10]，對(duì)己方具有良好的自相關(guān)性，能夠提升一體化信號(hào)的自相關(guān)特性。在模糊函數(shù)圖上就體現(xiàn)出單一的線性調(diào)頻信號(hào)在距離維上具有更尖銳的主峰，有利于匹配濾波處理。

圖3 噪聲編碼序列自相關(guān)函數(shù)Fig.3 Auto-correlation of noise coding sequence

3 探干信號(hào)干擾性能分析

干擾性能分析主要從頻譜、功率譜入手。

信號(hào)的傅里葉變換：

與b(t)類似，其也含有un(t)偽隨機(jī)噪聲分量，這便增大了信號(hào)趨于高斯白噪聲特性的趨勢(shì)。信號(hào)的頻譜將相對(duì)于單一調(diào)制的線性調(diào)頻信號(hào)的“長(zhǎng)方形”，趨向于在整個(gè)頻譜上的形狀展開，這樣便使其淹沒(méi)在隨機(jī)噪聲中，使信號(hào)的低截獲性能更好。

4 性能仿真對(duì)比分析

4.1 探測(cè)性能仿真對(duì)比

通過(guò)MATLAB 仿真分析一體化信號(hào)與線性調(diào)頻信號(hào)的模糊函數(shù)特性，參數(shù)設(shè)置如下：偽隨機(jī)序列碼元個(gè)數(shù)500 個(gè)，碼元寬度為10 μs，線性調(diào)頻分量的調(diào)頻斜率μ為103GHz/s ，噪聲分量調(diào)頻斜率kfm為10 MHz/s，脈寬為10 μs，仿真對(duì)比如下。

圖4 模糊函數(shù)對(duì)比Fig.4 Comparison of the ambiguity function

可以看出，一體化信號(hào)的模糊函數(shù)圖主峰更加尖銳，起伏程度更劇烈。單一調(diào)制的LFM信號(hào)的模糊函數(shù)是“斜刀刃”形，而一體化信號(hào)在“斜刀刃”形基礎(chǔ)上出現(xiàn)了明顯的凸起，說(shuō)明信號(hào)的距離、速度分辨率有所提高，匹配濾波效果更優(yōu)于單一調(diào)制的LFM方式。

雷達(dá)系統(tǒng)中，匹配濾波器是信號(hào)處理過(guò)程中關(guān)鍵一環(huán)，良好的脈沖壓縮比是信號(hào)具有良好檢測(cè)性能的體現(xiàn)，下面給出2種信號(hào)的匹配濾波圖，如圖5所示。

圖5給出了相同參數(shù)下信號(hào)匹配濾波圖。不難看出，一體化信號(hào)的脈沖壓縮比更高，對(duì)于附近低小目標(biāo)的遮擋程度更小。而相較于單一調(diào)制的線性調(diào)頻信號(hào)，一體化信號(hào)中具有偽隨機(jī)編碼分量，且碼元個(gè)數(shù)較多，具有良好的自相關(guān)特性，這便增加了一體化信號(hào)的脈沖壓縮性能，使信號(hào)使用起來(lái)更容易檢測(cè)出目標(biāo)回波信號(hào)。

圖5 信號(hào)匹配濾波的比較Fig.5 Comparison of the matched-filtering

4.2 干擾性能仿真對(duì)比

對(duì)于信號(hào)的干擾性能分析，給出探干一體化信號(hào)的功率譜圖，如圖6所示。

圖6 一體化信號(hào)的功率譜圖Fig.6 Power spectrum of the integrated signal

圖6 參數(shù)設(shè)置：噪聲分量調(diào)頻斜率kfm為1.5 MHz外，線性調(diào)頻分量載頻為3 000 MHz ，帶寬為1 000 MHz?？梢钥闯觯盘?hào)自身淹沒(méi)在噪聲分量之中，很難被檢測(cè)出來(lái)。

對(duì)于其中決定噪聲分量占比的噪聲調(diào)頻斜率kfm，進(jìn)行如下對(duì)比仿真：分別設(shè)置噪聲分量的調(diào)頻斜率kfm為0.1 MHz、1 MHz、2 MHz、5 MHz。信號(hào)的歸一化功率譜，如圖7所示。

圖7 不同噪聲調(diào)頻參數(shù)的功率譜對(duì)比Fig.7 Comparison of the power spectrum based on different frequency modulation parameters

可以看出，隨著噪聲分量的調(diào)頻斜率kfm逐漸增大，線性調(diào)頻分量在整體信號(hào)中的比重也越來(lái)越大，即信號(hào)的能量展開程度越來(lái)越大。這將大大提高了一體化信號(hào)的低截獲概率。

然而，對(duì)于己方來(lái)說(shuō)，由于偽隨機(jī)碼良好的自相關(guān)性，對(duì)于信號(hào)利用方而言，一體化信號(hào)的檢測(cè)性能較好。

5 結(jié)論

本文提出了1種基于線性調(diào)頻信號(hào)的探干一體化信號(hào)波形，集中了線性調(diào)頻信號(hào)的大時(shí)寬、大帶寬特征和噪聲調(diào)頻信號(hào)的偽隨機(jī)特性，能夠在具有良好反偵察能力的同時(shí)具備良好的探測(cè)性能。該信號(hào)所包含的2 種分量——線性調(diào)頻分量和噪聲調(diào)頻分量，都是工程技術(shù)較為完善，廣泛用于各種現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的信號(hào)調(diào)制方式，兩者的組合信號(hào)在工程上具有較好的應(yīng)用效果。仿真實(shí)驗(yàn)分析驗(yàn)證了其具有良好的模糊函數(shù)特性，較寬的功率譜和良好的匹配濾波特性，并具有較高的脈沖壓縮比，便于目標(biāo)回波檢測(cè)，是1種性能優(yōu)良，便于實(shí)現(xiàn)的多功能一體化信號(hào)，為雷達(dá)信號(hào)波形的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了較好的思路。