基于扩频技术的雷达通信信号处理实现

沈良+罗炜

摘 要：电磁环境越来越复杂化，更多的电子设备也集中在作战平台领域，这样促使作战平台的总体积不断增大，电子设备相互之间的干扰也越来越多，作战平台的一体化可以很好地解决这个问题。以信号共享思想作为前提，建立在直接序列扩频的雷达通信信号处理系统出现。本文着重分析扩频技术下的雷达通信信号处理。

关键词：扩频技术；雷达信号分析；信号处理

作战平台两个主要的组成部分是雷达和通信，在小型化、多功能化的现代化战争中，它们常常被频繁使用。扩频技术能使处于复杂电磁环境中的军事通信保持畅通，极大得促进了军事通信技术的发展，在现代军事领域，扩频技术被广泛用于军事干扰系统和导航系统等，大力展现着它的优势，成为前景无量的现代化技术。

1、扩频通信技术的理论基础

雷达通信系统要保持正常工作，恰当的通信流程和工作方式起着关键的作用。因为通常情况下雷达会将探测到的目标数据传递给其他相关的参数控制设备，通信系统在这个过程中就起到传递媒介的作用。雷达通信系统一般分为三个部分，分别是地面通信雷达、中间通信和其他相关设备等，雷达通信系统的工作流程如下：首先由地面雷达发出探测信号，探测信号遇到目标后会发出回波信号，收到回波信号的地面雷达会立即处理接收到的信号，如计算获得的具体参数等，然后将处理好的数据利用通信发到相关的处理设备上，处理设备再对接收到的信号进行处理，最后交由执行装置，执行装置便开始执行任务，从而完成整个目标。

扩频通信技术一般使用伪随机序列调试信号基带中有价值的信息，这种伪随机序列使用频率很高，调试后的频谱信号接着被带宽更高的频带传播，从而完成整个通信过程。扩频通信技术将香农公式作为理论基础，即使身处噪音非常大的环境下，也能通过增大信道宽度的办法准确无误地传输信号，即要达到预定信道容量的要求可采取信道宽度换取信号噪声功率比的方法，这是依照理论的推断内容。扩频通信系统与常规通信技术相比，需要在信息的发送端安装扩频模块，在信息的接收端安装解扩模块，这样能可以大大增强雷达通信系统的抗干扰能力。

现代化的军事作战需要配备性能更高的军事通信技术，这使得扩频技术在现代通信中被广泛使用，码多分址技术具有很多优良性能，比如它有较强的抗干扰和抗衰减力，能顺利完成低功率谱密度，并能实现多地址通信。它就大量采用了扩频技术中的技术含量，如今已经成为基于扩频通信技术的使用典范。

扩频通信技术分为跳变频率扩频和直接序列扩频两种，其中跳变频率扩频是把扩频码的载波频率变成不停发生变化的随机跳变，其跳频方式可以被看成载波进行有规律变化的一种多频频移键控，调频频率系统的离散频率一般是从几千到220，与直扩系统的不同在于，跳频系统可以对扩频码选择不同的信道。

直接序列扩频通常将原始信号和伪随机序列作为模二加，伪随机序列码率高，接着用它来表示信息码元。码片的速率由于比信息码元的速率高出很多，因此可以扩展信号的频谱。我们可以将接收信号的干扰或噪音看成扩频，信号在这个过程中功率被抑制，且与扩频码关系不大，这是因为同一个扩频码和接收信号在接收端处还需要进行一次时域相乘。可供使用的信号和同一个扩频码相乘两次可以变回原有信号，这时信号能量又聚集在较窄的带宽压缩或者拥聚，信号便这样被解扩出去。

2、频谱分析

如果想知道经过最小频移键控扩频调制后是否会对最小频移键控直接序列扩频信号的频谱产生影响，就可以对最小频移键控扩频基带复包络信号进行傅里叶变换来判断。PN码的码元周期决定着最小频移键控直接序列扩频基带复包络信号的频谱宽度，不受其他因素的影响，因此其频谱速率更快，主瓣更窄，这也决定了最小频移键控直接序列扩频系统的频谱效率更高。

3、扩频技术中扩频序列的同步

扩频序列的同步在雷达通信系统中地位非常重要，擴频通信中的同步包含一般的载波同步和扩频码两点。目前滑动相关捕获法、并行相关捕获法和匹配滤波器捕获法是扩频通信技术中被广泛采用的接受同步法，其中滑动相关捕获法是一种相位匹配捕获法，它搜寻所需相位时一般会滑动本地的伪码，当出现需要峰值信号时，便意味着捕获成功。并行相位捕获法则是借助相关器把将多路的相关性计算结果传输到比较电路中，最终选取相关性最大的电路，表示捕获电路成功。匹配滤波捕获器计算并分析相关数据时通常使用一个快速捕获器，其频谱特性和输入信号的频谱特性完全吻合，被广泛用于雷达信号系统。

4、扩频信号系统的设计与调试

雷达通信系统扩频功能建立在扩频技术的基础上，其需要结合扩频码序列来扩展原始信号的频谱，这也是信号发射机上同时有载波调制模块和扩频信号调制模块的原因。最新的结构组成要求更先进的雷达通信系统与之匹配，但主要通过发送模块和接收模块来完成设计和调试扩频信号系统的工作。

设计发送模块的工作主要由原始信息编码、扩频和调制三部分组成，在雷达通信系统中，对数据信号进行扩频时，通常将扩频码序列和带发射信号相乘，得到扩频码比数据窄的时宽，从而使扩频序列的频带比数据序列高。

接收模块的设计工作主要由以下四方面的内容组成：信号带同采样、信号滤波器的设计、信号的解调和匹配滤波器。在信号的接收系统中，滤波器会被多次使用，通常情况下，滤波器性能越高，其IP功能越强大，它可以自动发掘出系数对称性，从而节约资源。过滤波器处理经采样后的信息数据时，一般会采用差分相干解调法调试信号，之后由匹配滤波器对之进行相位搜索。

5、雷达通信信号处理系统分析

在多址通讯中经常使用直接序列扩频技术，因其抗衰弱性和抗干扰能力较强，在应用中有非常明显的优势，码分多址使用了扩频技术大部分的技术原理，从而被广泛使用，由此可知现代通信正在越来越广泛地使用扩频技术。通常情况下，人们将伪随机序列作为扩频序列，而在扩频通信方式中，直接序列扩频通信方式最为常见，它直接将数据序列和伪随机序列进行相乘，以对基带信号进行扩展。但BPSK调制由于在二进制相移键控下的直接序列扩频系统频谱利用率低，导致其实际应用功能容易受到限制，这是它本身的缺陷造成的。

相反，连续相位频率调制体制中的最小频移键频谱很高，处理雷达通信信号时应用起来功能更佳，自身有完整连结的线性相位路径。它能及时消除码元转换时的相位突变，解决信号包络中出现的起伏问题，并使频谱滚降问题得到有效改善。它自身的包络持久稳定，因此系统内多个非线性期间对其几乎不能产生影响。

6、结束语

本文深入分析了采用扩频技术后雷达通信信号处理的一些问题，分别对雷达通信系统结构、扩频通信技术的相关理论技术、扩频序列的同步技术等进行探讨，从而得到了扩频系统的设计和调试方法，希望能给扩频技术下雷达通信信号处理相关问题的进一步发展提供借鉴。

参考文献：

[1]杨瑞娟，陈小民，李晓柏，等.雷达通信一体化共享信号技术研究[J].空军预警学院学报，2013，01（17）：39-43.

[2]刘少华，黄志星.基于扩频的雷达-通信一体化信号的设计[J].雷达科学与技术，2014，01（26）：69-75.

[3]姚利锋.数字通信信号的参数估计与干扰技术研究[J].电子技术与软件工程，2014，15（08）：60.

[4]陈兵.雷达信号处理机显控及通信技术探讨[J].电子技术与软件工程，2016，11（02）：42.

[5]沈戈婷，殷堂春，刘兆辉，等.扩频调制技术及其在雷达系统中的应用[J].装备制造技术，2014，08（17）：47-49.