雷达通信波形一体化发展综述

雷达和通信是现代电子设备系统中广泛配备的两种典型功能，分别肩负着目标探测跟踪和设备间信息传输的任务。从传统发展模式来看，二者基于不同的使命功能和工作频段，秉承着各自独立的发展路线。但是随着电子技术的发展，结合雷达和通信两种功能的一体化设计成为近年来的研究热点，以满足现代电子设备多功能一体化的发展需求。

雷达通信波形一体化发展综述

• 1. 雷达通信一体化波形的研究背景和意义是什么？
  • 1.1. 背景
    • 雷达通信一体化技术在军用和民用领域发挥着愈加重要的作用，其本质是在统一共用的硬件平台上同时实现雷达与通信功能
  • 1.2. 意义
    • 雷达和通信是现代电子设备系统中广泛配备的两种典型功能，分别肩负着目标探测跟踪和设备间信息传输的任务。从传统发展模式来看，二者基于不同的使命功能和工作频段，秉承着各自独立的发展路线。
    • 但是随着电子技术的发展，结合雷达和通信两种功能的一体化设计成为近年来的研究热点，以满足现代电子设备多功能一体化的发展需求。
• 2. 进行多功能一体化波形的需求点是什么？
  • 2.1. 原因一：频谱资源调度紧张
    • 随着电子设备以及数据流量指数l生增长，有限频谱资源的争夺日益激烈，现有的频谱分配与优化方案难以实现频谱资源利用率最大化；
  • 2.2. 原因二：电磁环境恶劣，设备干扰严重
    • 日益复杂的电磁干扰使单个雷达的功能严重受限，多部雷达需要通过通信技术建立组网实现对大批量检测数据的融合；
  • 2.3. 原因三：未来网络化、智能化的战争形态
    • 基于网络信息体系的智能化战争要求多种作战功能完成更为紧密的互联、互通，实现武器资源与信息资源的一体化，构建基于网络信息体系的联合作战能力。
• 3. 雷达发展对于波形有哪些需求？
  • 3.1. 传统波形的需求
    • 雷达系统通常发送的是已知的波形或信息，通过检测来自环境(信道)的响应来实现对目标的探测、识别和跟踪。用于发送的信号是已知的，而目标信道是未知的，并且期望被感知(估计)。
  • 3.2. 波形选择的第一主旨是什么？
    • 目前大多数雷达采用的是脉冲体制，波形选择的第一主旨是保证足够的“目标能量”，使得在接收端获得最大化的探测信噪比(SNR)，可利用长时间多脉冲积累技术累积目标能量。
  • 3.3. 波形设计还需要考虑什么指标？
    • 同时考虑到距离分辨率、估计精度、最大无模糊距离等性能，设计时对应到波形上的主瓣宽度、主旁瓣比、自相关函数以及多普勒频移等指标。
  • 3.4. 目前雷达常用波形有哪些？
    • 是调频(FM)波、相位编码、多载波、以及超宽带(uwB)雷达波
    • FM波中最常见的就是线性调频波(LFM)，其显著的优势在于硬件易实现、多普勒容限高。通过对LFM波形削减幅度可得非线性调频波(NLFM)，可实现低副瓣，但分辨率受影响。
    • 另一大类常用波形为选择伪随机序列或随机序列作为编码信号的相位编码波形，此类波形的关键是“最优码型”的寻找与优化。
    • 多载波相位编码(MCPC)结合了相位编码与OFDM技术，具有低截获、抗干扰、频谱利用率高等优点。
    • UWB雷达波形具有短脉宽、大瞬时带宽的特点，充分满足雷达需要足够sNR进行探测的原始诉求，距离分辨率可达厘米数量级。
  • 3.5. 雷达波形设计对雷达系统有什么影响？
    • 雷达波形设计是雷达系统设计的重要环节，关系到雷达系统的探测距离、精度以及杂波抑制等多方面的指标。
    • 现今雷达的任务已经不限于预警探测，而是扩展到雷达成像、动目标显示和识别，以及利用雷达组网实现战场态势感知等多种功能。面对不断拥挤的电磁环境以及复杂多变的现实作战环境，雷达的体制在不断的革新，波形也越来越多样化。
  • 3.6. 雷达波形主要朝什么方向发展？
    • 有大瞬时带宽的波形
      • 此类调频／调相波形具有较大脉冲压缩比，有利于提升目标检测、识别以及抗干扰等性能。
    • 采用复杂调制形式的波形
      • 例如高阶多项式相位信号、非线性调制特征函数信号以及各类经典雷达波形组合得到的复合调制信号，此类信号能够有效增强雷达系统的抗干扰、抗侦收性能。
    • 具有多种功能实现、多样频段工作、多部雷达协同的组网雷达波形
      • 对比单部雷达作战的局限性，雷达组网系统能够最大化利用空间、时间以及频谱资源，自如应对侦查、干扰、探测等不同任务，是雷达装备体系的进一步完善。
• 4. 通信发展对波形的要求
  • 4.1. 通信系统如何实现信息传输？
    • 通信系统通常在假设传播信道已知或者预先估计过的情况下发送未知的信号，接收端通过接收信号的不确定性得到信息熵，实现数据传递功能。
  • 4.2. 通信系统对于波形的评价准则是什么？
    • 一般而言，通信系统以数据率、误码率、多普勒容限等为波形评估准则。
  • 4.3. 通信的波形设计的主要发展方向有哪些？
    • 高频段，大带宽的信号
      • 能够支撑移动通信海量数据的高速传输。
    • 时延、高可靠的信号
      • 尤其某些新兴自动化应用场景，对时延以至于对时延的抖动都有一定的要求。
    • 抗干扰陛、安全性更强的信号
      • 采用扩频体制或者自适应波束等，可以提升通信设备抗干扰能力和信息安全陛，以应对多功能、智能化的通信对抗系统。
    • 总结来看，主旨为在保障高吞吐量和多链接的同时尽可能提高通信的可靠性。
  • 4.4. 通信与雷达波形发展趋势有何不同？有何相同？
    • 纵观雷达和通信的波形发展趋势可以看出，二者的信号形式在工作带宽的选择、抗干扰性能的增强、可靠性的提升等方面的发展方向均有不同程度的交叉重叠，在对波形的选择以及信号的检测和估计中采用的处理技术也趋于统一。
    • 可见两个系统信号之间的鉴别边界越来越模糊，无形中为统一波形的设计提供了技术上的支撑。另一方面，传统上由模拟硬件设备实现的雷达信号处理模块已经被数字设备取代，而数字通信系统已经应用了数十年。
    • 因此，雷达和通信在硬件结构和系统组成上均具有很强的相似性。