CN114545338A - 基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法及系统 - Google Patents

基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法及系统 Download PDF

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CN114545338A CN202210420740.5A CN202210420740A CN114545338A CN 114545338 A CN114545338 A CN 114545338A CN 202210420740 A CN202210420740 A CN 202210420740A CN 114545338 A CN114545338 A CN 114545338A
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Abstract

本发明涉及基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法及系统，针对来自雷达载波源的载波信号，从频率与宽带两方面着手进行设计，借助调制信号形式的多样性，经恒包络瞬时多频载波信号，获得灵活多样的宽带低信噪比LPI信号，即复合雷达发送信号，克服了工程实现所带来的超高速AD采样、大容量数据传输网络、以及高速数字信号处理器等硬件资源制约问题，所获复合雷达发送信号应用于实际工程当中，宽带信号信噪比（SNR）高，能够有效提升雷达抗干扰及抗截获性能。

Description

基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法及系统
技术领域
本发明涉及基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法及系统，属于复合雷达信号设计技术领域。
背景技术
随着现代军事科学技术的发展，特别是伴随着微电子技术和信号信息处理技术等相关学科的进步，与雷达有关的电子干扰与抗干扰已经成为了未来战场争夺的焦点之一，使得雷达的应用环境日益恶化，非常容易受到敌方侦察设备的侦察和随之而来的干扰，甚至是直接的攻击。因此，战场各方面环境复杂化的现状，促成了低截获概率雷达（LowProbability of Intercept Radar：LPI radar）概念的提出和技术的发展。尤其作为新一代体制代表的相控阵雷达系统，不仅要有远的探测距离和高的灵敏度，而且还必须拥有低的截获概率，在保障雷达基本探测性能的前提下，有效增强雷达对抗敌方侦察接收机的能力，以取得在未来战场的主动权。
然而，宽带雷达的很多理论基础尚未完全成熟，很多关键技术，像宽带检测存在的相干处理间隔（Coherent Processing Interval：CPI）内跨距离单元走动导致的积累脉冲数减少等问题，就处在理论研究过程之中；此外，宽带信号对于工程实现方面的超高速AD采样、大容量数据传输网络和高速数字信号处理器等硬件资源制约，常规的一些方法很难在实际的硬件平台上实现 。就目前状态而言，常规的雷达采用的仍是窄带（数兆赫兹）信号，但线性调频过于简单的调制形式不适合作为有效的抗截获信号。此外，现有同时多频瞬时宽带信号形式单一，SNR（信噪比）低，严重影响抗截获性能和目标检测，目前该方面，尤其是面向工程应用的、可实际实现的解决方法还未有相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法，从频率与宽带两方面着手进行设计，以实现灵活多样的宽带低信噪比LPI信号的产生，并实现工程应用，提升雷达抗干扰及抗截获性能。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了基于工程实现的 瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法，针对来自雷达载波源的载波信号
Figure DEST_PATH_IMAGE001
进行处理，获 得载波信号
Figure 598644DEST_PATH_IMAGE001
所对应的恒包络瞬时多频载波信号
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，构成复合雷达发送信号；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表示载波信号
Figure 935691DEST_PATH_IMAGE001
的产生时间。
作为本发明的一种优选技术方案：根据载波信号
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，针对载波信号
Figure 653112DEST_PATH_IMAGE001
按如下公式处理：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
获得载波信号
Figure 438534DEST_PATH_IMAGE001
所对应的恒包络瞬时多频载波信号
Figure 987327DEST_PATH_IMAGE002
，构成复合雷达发送 信号；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表示载波信号
Figure 701467DEST_PATH_IMAGE001
的幅度，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
表示载波信号
Figure 421031DEST_PATH_IMAGE001
的频率，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
表示自然常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
表示复数符号，
Figure 458081DEST_PATH_IMAGE003
表示载波信号
Figure 595801DEST_PATH_IMAGE001
的产生时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
表示预设倍频数，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表示预设瞬 时多频相位调制函数。
作为本发明的一种优选技术方案：所述瞬时多频相位调制函数
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
表示预设调制频率。
作为本发明的一种优选技术方案：根据预设恒包络多相编码调制时域波形信号
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，针对所述恒包络瞬时多频载波信号
Figure 605476DEST_PATH_IMAGE002
，按如下公式进行调制处理；
Figure DEST_PATH_IMAGE016
获得恒包络相位调制瞬时宽带多频复合雷达信号
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，构成复合雷达发送信号。
作为本发明的一种优选技术方案：所述预设恒包络多相编码调制时域波形信号
Figure 218860DEST_PATH_IMAGE015
为线性调频LFM、非线性调频NLFM、Barker码、Costas编码FSK、多相码PSK或PSK/FSK 组合调制中的任意一种。
作为本发明的一种优选技术方案：若预设恒包络多相编码调制时域波形信号
Figure 424714DEST_PATH_IMAGE015
为多相码PSK，则
Figure 430323DEST_PATH_IMAGE015
所对应编码依次为[0, 0, 28.88, 5.41, 305.70, 287.05, 307.70, 255.71, 229.28, 297.61, 354.33, 42.59, 42.95, 64.81, 109.31, 221.97, 258.33, 31.78, 141.23, 152.19, 353.50, 291.18, 174.43, 319.14, 244.62, 121.78, 53.24, 350.51, 243.66, 248.42, 104.62, 41.61, 229.91, 378.89, 215.27, 68.77, 296.56, 129.20, 275.14, 51.12, 175.68, 320.13, 105.83, 262.13, 79.18]，且预设调制脉宽
Figure DEST_PATH_IMAGE018
。
本发明还要解决的技术问题是提供基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法的系统，通过调制化模块的引入，针对载波信号，实现频率与宽带的调制，以实现灵活多样的宽带低信噪比LPI信号的产生，并实现工程应用，提升雷达抗干扰及抗截获性能。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了基于工程实现的 瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法的系统，基于雷达载波源，包括瞬时多频信号产生模 块、调制器、发射机链路、以及天线；其中，瞬时多频信号产生模块用于针对来自雷达载波源 的载波信号
Figure 797850DEST_PATH_IMAGE001
进行处理，获得载波信号
Figure 508317DEST_PATH_IMAGE001
所对应的恒包络瞬时多频载波信号
Figure 704812DEST_PATH_IMAGE002
； 调制器用于针对所述恒包络瞬时多频载波信号
Figure 817125DEST_PATH_IMAGE002
进行调制处理，获得恒包络相位调制 瞬时宽带多频复合雷达信号
Figure 621132DEST_PATH_IMAGE017
；所述复合雷达发送信号经发射机链路由天线进行辐射； 发射机链路用于针对复合雷达发送信号依次进行上变频与射频放大处理。
作为本发明的一种优选技术方案：所述天线为相控阵天线。
本发明所述基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法及系统，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明所设计基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法及系统，针对来自雷达载波源的载波信号，从频率与宽带两方面着手进行设计，借助调制信号形式的多样性，经恒包络瞬时多频载波信号，获得灵活多样的宽带低信噪比LPI信号，即复合雷达发送信号，克服了工程实现所带来的超高速AD采样、大容量数据传输网络、以及高速数字信号处理器等硬件资源制约问题，所获复合雷达发送信号应用于实际工程当中，宽带信号信噪比（SNR）高，能够有效提升雷达抗干扰及抗截获性能。
附图说明
图1是本发明所设计基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法的流程示意图；
图2是本发明设计应用中所获恒包络瞬时多频载波信号
Figure 835207DEST_PATH_IMAGE002
的时域波形图；
图3是本发明设计应用中所获恒包络瞬时多频载波信号
Figure 382863DEST_PATH_IMAGE002
的频谱图；
图4是本发明设计应用中恒包络多相编码调制时域波形信号
Figure 349682DEST_PATH_IMAGE015
的时域波形 图；
图5是本发明设计应用中恒包络多相编码调制时域波形信号
Figure 42701DEST_PATH_IMAGE015
的频谱图；
图6是本发明设计应用中所获相位调制瞬时宽带多频复合雷达信号
Figure 462181DEST_PATH_IMAGE017
的时域波 形图；
图7是本发明设计应用中所获相位调制瞬时宽带多频复合雷达信号
Figure 813528DEST_PATH_IMAGE017
的频谱 图；
图8是本发明设计应用中瞬时多频宽带复合信号在瞬时测频接收机（IFM）侦收情况下的分析结果；
图9是本发明设计应用中瞬时多频宽带复合信号在信道化接收机侦收情况下的分析结果。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明设计了基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法，实际应用当 中，如图1所示，首先应用瞬时多频信号产生模块，根据载波信号
Figure 900432DEST_PATH_IMAGE004
，针对载 波信号
Figure 59625DEST_PATH_IMAGE001
按如下公式处理：
Figure 966401DEST_PATH_IMAGE005
获得载波信号
Figure 59122DEST_PATH_IMAGE001
所对应的恒包络瞬时多频载波信号
Figure 249801DEST_PATH_IMAGE002
，即幅度不变的瞬时 多频载波信号；其中，
Figure 97671DEST_PATH_IMAGE006
表示载波信号
Figure 491743DEST_PATH_IMAGE001
的幅度，
Figure 138887DEST_PATH_IMAGE008
表示载波信号
Figure 934805DEST_PATH_IMAGE001
的频率，
Figure 687997DEST_PATH_IMAGE009
表示自 然常数，
Figure 21896DEST_PATH_IMAGE010
表示复数符号，
Figure 518736DEST_PATH_IMAGE003
表示载波信号
Figure 169160DEST_PATH_IMAGE001
的产生时间，
Figure 827675DEST_PATH_IMAGE011
表示预设倍频数，
Figure 209721DEST_PATH_IMAGE012
表 示预设瞬时多频相位调制函数；实际应用中，上述预设瞬时多频相位调制函数
Figure 244673DEST_PATH_IMAGE013
，其中，
Figure 15183DEST_PATH_IMAGE014
表示预设调制频率，实际应用当中， 当
Figure DEST_PATH_IMAGE020
时，所获恒包络瞬时多频载波信号
Figure 234812DEST_PATH_IMAGE002
的时域波形图、频谱图分别如图 2、图3所示，其中，图2中上图为恒包络瞬时多频载波信号
Figure 356352DEST_PATH_IMAGE002
的时域实部（I）波形图，下图 为恒包络瞬时多频载波信号
Figure 945727DEST_PATH_IMAGE002
的时域虚部（Q）波形图；
实际应用中，当
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，即将载波信号放置在零中频。
然后应用调制器，根据预设恒包络多相编码调制时域波形信号
Figure 429798DEST_PATH_IMAGE015
，针对所述 恒包络瞬时多频载波信号
Figure 695694DEST_PATH_IMAGE002
，按如下公式进行调制处理；
Figure DEST_PATH_IMAGE026
获得恒包络相位调制瞬时宽带多频复合雷达信号
Figure 486339DEST_PATH_IMAGE017
，构成复合雷达发送信号； 其中，预设恒包络多相编码调制时域波形信号
Figure 128673DEST_PATH_IMAGE015
为线性调频LFM、非线性调频NLFM、 Barker码、Costas编码FSK、多相码PSK或PSK/FSK组合调制中的任意一种，实际应用中，当预 设恒包络多相编码调制时域波形信号
Figure 857463DEST_PATH_IMAGE015
为多相码PSK，则
Figure 559840DEST_PATH_IMAGE015
所对应编码依次为 [0, 0, 28.88, 5.41, 305.70, 287.05, 307.70, 255.71, 229.28, 297.61, 354.33, 42.59, 42.95, 64.81, 109.31, 221.97, 258.33, 31.78, 141.23, 152.19, 353.50, 291.18, 174.43, 319.14, 244.62, 121.78, 53.24, 350.51, 243.66, 248.42, 104.62, 41.61, 229.91, 378.89, 215.27, 68.77, 296.56, 129.20, 275.14, 51.12, 175.68, 320.13, 105.83, 262.13, 79.18]，且预设调制脉宽
Figure 124813DEST_PATH_IMAGE018
，则如图4所示恒 包络多相编码调制时域波形信号
Figure 305259DEST_PATH_IMAGE015
的时域波形图，以及如图5所示恒包络多相编码调 制时域波形信号
Figure 593283DEST_PATH_IMAGE015
的频谱图，其中，图4中上图为恒包络多相编码调制时域波形信号
Figure 200982DEST_PATH_IMAGE015
的时域实部（I）波形图，下面为恒包络多相编码调制时域波形信号
Figure 253252DEST_PATH_IMAGE015
的时域虚 部（Q）波形图。
实际应用中，如果在系统采用线性功放或工作在小信号模式近似线性区间时，作 用于恒包络瞬时多频载波信号
Figure 486656DEST_PATH_IMAGE002
各载波上的调制信号
Figure 940771DEST_PATH_IMAGE015
可以不同；与之对应的，带 通滤波器组后的匹配脉压参考函数也不同。在侦收截获和干扰方来看，就好像同时多部雷 达在工作，进一步增强了雷达的隐蔽性和抗干扰稳健性。
基于上述实施所获恒包络相位调制瞬时宽带多频复合雷达信号
Figure 719371DEST_PATH_IMAGE017
构成的复合 雷达发送信号，如图6所示恒包络相位调制瞬时宽带多频复合雷达信号
Figure 210002DEST_PATH_IMAGE017
的时域波形图， 以及如图7所示恒包络相位调制瞬时宽带多频复合雷达信号
Figure 732250DEST_PATH_IMAGE017
的频谱图；其中，图6中上 图为恒包络相位调制瞬时宽带多频复合雷达信号
Figure 40872DEST_PATH_IMAGE017
的时域实部（I）波形图，下图为恒包 络相位调制瞬时宽带多频复合雷达信号
Figure 255952DEST_PATH_IMAGE017
的时域虚部（Q）波形图。
所获复合雷达发送信号，即多频宽带复合信号，将雷达辐射功率分布在更宽的频谱上，降低其被截获侦收的概率，起到了隐蔽的作用。如图8和图9分别给出了多频宽带复合信号在瞬时测频接收机（IFM）和信道化接收机侦收情况下的分析结果。由附图可知，多频宽带复合信号有效拓展雷达信号的频谱，降低辐射信号的功率谱，减少被侦收机截获与参数分析到的可能性。
最后所获复合雷达发送信号，经发射机链路由相控阵天线进行辐射，其中，发射机链路用于针对复合雷达发送信号依次进行上变频与射频放大处理。
上述技术方案所设计基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法及系统，针对来自雷达载波源的载波信号，从频率与宽带两方面着手进行设计，借助调制信号形式的多样性，经恒包络瞬时多频载波信号，获得灵活多样的宽带低信噪比LPI信号，即复合雷达发送信号，克服了工程实现所带来的超高速AD采样、大容量数据传输网络、以及高速数字信号处理器等硬件资源制约问题，所获复合雷达发送信号应用于实际工程当中，宽带信号信噪比（SNR）高，能够有效提升雷达抗干扰及抗截获性能。
下面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1.基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法，其特征在于：针对来自雷达 载波源的载波信号
Figure 485119DEST_PATH_IMAGE001
进行处理，获得载波信号
Figure 529823DEST_PATH_IMAGE001
所对应的恒包络瞬时多频载波信号
Figure 168615DEST_PATH_IMAGE002
，构成复合雷达发送信号；其中，
Figure 281933DEST_PATH_IMAGE003
表示载波信号
Figure 689781DEST_PATH_IMAGE001
的产生时间。
2.根据权利要求1所述基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法，其特征 在于：根据载波信号
Figure 184347DEST_PATH_IMAGE004
，针对载波信号
Figure 844523DEST_PATH_IMAGE001
按如下公式处理：
Figure 964795DEST_PATH_IMAGE005
获得载波信号
Figure 23886DEST_PATH_IMAGE001
所对应的恒包络瞬时多频载波信号
Figure 486092DEST_PATH_IMAGE002
，构成复合雷达发送信号； 其中，
Figure 568317DEST_PATH_IMAGE006
表示载波信号
Figure 432893DEST_PATH_IMAGE001
的幅度，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表示载波信号
Figure 64600DEST_PATH_IMAGE001
的频率，
Figure 353499DEST_PATH_IMAGE008
表示自然常数，
Figure 710969DEST_PATH_IMAGE009
表示 复数符号，
Figure 579568DEST_PATH_IMAGE003
表示载波信号
Figure 613252DEST_PATH_IMAGE001
的产生时间，
Figure 620522DEST_PATH_IMAGE010
表示预设倍频数，
Figure 739657DEST_PATH_IMAGE011
表示预设瞬时多频 相位调制函数。
3.根据权利要求2所述基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法，其特征 在于：所述瞬时多频相位调制函数
Figure 742772DEST_PATH_IMAGE012
，其中，
Figure 365384DEST_PATH_IMAGE013
表示预设调制频率。
4.根据权利要求2所述基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法，其特征 在于：根据预设恒包络多相编码调制时域波形信号
Figure 871451DEST_PATH_IMAGE014
，针对所述恒包络瞬时多频载波 信号
Figure 415565DEST_PATH_IMAGE002
，按如下公式进行调制处理；
Figure 16180DEST_PATH_IMAGE015
获得恒包络相位调制瞬时宽带多频复合雷达信号
Figure 965069DEST_PATH_IMAGE016
，构成复合雷达发送信号。
5.根据权利要求4所述基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法，其特征 在于：所述预设恒包络多相编码调制时域波形信号
Figure 376458DEST_PATH_IMAGE014
为线性调频LFM、非线性调频 NLFM、Barker码、Costas编码FSK、多相码PSK或PSK/FSK组合调制中的任意一种。
6.根据权利要求5所述基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产生方法，其特征 在于：若预设恒包络多相编码调制时域波形信号
Figure 407868DEST_PATH_IMAGE014
为多相码PSK，则
Figure 749857DEST_PATH_IMAGE014
所对应编 码依次为[0, 0, 28.88, 5.41, 305.70, 287.05, 307.70, 255.71, 229.28, 297.61, 354.33, 42.59, 42.95, 64.81, 109.31, 221.97, 258.33, 31.78, 141.23, 152.19, 353.50, 291.18, 174.43, 319.14, 244.62, 121.78, 53.24, 350.51, 243.66, 248.42, 104.62, 41.61, 229.91, 378.89, 215.27, 68.77, 296.56, 129.20, 275.14, 51.12, 175.68, 320.13, 105.83, 262.13, 79.18]，且预设调制脉宽
Figure 347060DEST_PATH_IMAGE017
。
7.实现权利要求4至6中任意一项所述基于工程实现的瞬时宽带多频复合雷达信号产 生方法的系统，其特征在于：基于雷达载波源，包括瞬时多频信号产生模块、调制器、发射机 链路、以及天线；其中，瞬时多频信号产生模块用于针对来自雷达载波源的载波信号
Figure 929351DEST_PATH_IMAGE001
进行处理，获得载波信号
Figure 450987DEST_PATH_IMAGE001
所对应的恒包络瞬时多频载波信号
Figure 393404DEST_PATH_IMAGE002
；调制器用于针对 所述恒包络瞬时多频载波信号
Figure 48376DEST_PATH_IMAGE002
进行调制处理，获得恒包络相位调制瞬时宽带多频复 合雷达信号
Figure 801569DEST_PATH_IMAGE016
；所述复合雷达发送信号经发射机链路由天线进行辐射；发射机链路用于 针对复合雷达发送信号依次进行上变频与射频放大处理。
8.根据权利要求7所述系统，其特征在于：所述天线为相控阵天线。
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