時(shí)分單通道人工噪聲雷達(dá)系統(tǒng)

時(shí)分單通道人工噪聲雷達(dá)系統(tǒng)
摘要：人工噪聲是指具有類似白噪聲性能的二相、多相、蛹相等群補(bǔ)碼。發(fā)射并匹配接收群補(bǔ)碼信號(hào)的雷達(dá) 稱為人工噪聲雷達(dá)。經(jīng)過(guò)篩選的群補(bǔ)碼，其集自相關(guān)函數(shù)僅有主瓣而所有副瓣為零，并且信號(hào)樣本多．變化是活。
根據(jù)這一特性設(shè)計(jì)的時(shí)分單通道人工噪聲雷達(dá)系統(tǒng)，具有大時(shí)寬、太帶寬和信號(hào)是活多變的特性．使雷達(dá)系統(tǒng)具有 低截獲概率性能。另外，利用二相群補(bǔ)碼碼組序列的多樣性，將發(fā)射信號(hào)的樣本做成碼庫(kù)．以便是活變化信號(hào)使雷 達(dá)具有極強(qiáng)的托偵察和抗干扎能力。水分測(cè)定儀| 濁度計(jì)| 色度計(jì)| 粘度計(jì)| 折射計(jì)| 滴定儀| 密度計(jì)| 熱流計(jì)| 濃度計(jì)| 折射儀| 采樣儀|  二相群補(bǔ)碼是一種多序列信號(hào)．通常各序列(或稱子碼) 長(zhǎng)度相等。這種信號(hào)具有白噪聲的3大特性，即：集自相關(guān) 函數(shù)為沖擊函數(shù)、集互相關(guān)函數(shù)為全零及樣本很多。
(1)集自相關(guān)函數(shù)為沖擊函數(shù)(全補(bǔ)性) 子碼長(zhǎng)度為Ⅳ 的等長(zhǎng)M組(偶數(shù))的二相群補(bǔ)碼島 ．已 經(jīng)證明各子碼自相關(guān)函數(shù)之和，即其集自相關(guān)函數(shù) 江( 為沖擊函數(shù) ‰ Σ㈤： M ． -Ik ～ ] = N (1) 根據(jù)這一特性，雷達(dá)系統(tǒng)可以大幅度地提高其抗干擾性 能。這主要因?yàn)樾盘?hào)有相關(guān)積累而干擾無(wú)積累，故經(jīng)脈沖壓 縮后．信號(hào)只有主瓣而所有時(shí)域副瓣為零，從而可以大大提 高信干比，以便雷達(dá)系統(tǒng)在強(qiáng)干擾環(huán)境中堅(jiān)持正常工作。
(2)集互相關(guān)函數(shù)為全零(全零性) 子碼長(zhǎng)度為N的等長(zhǎng)M組(偶數(shù))二相群補(bǔ)碼‘玳，與其 正交碼 的集互相關(guān)函數(shù) (七)為全零 M —I‘ R,a-E(k)=Σ[Σ · + ] ：0，v (2) 利用這一特性．可以作成碼舒多址通信。這就是說(shuō)，在 一部電子設(shè)備上，把雷達(dá)、通信和敵我識(shí)別等功能集于一身， 從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)的多功能和低截獲性能。
(3)信號(hào)樣本很多(多樣性) 在二相群補(bǔ)碼的M，N相同的情況下，其樣本數(shù)量為 q = M! 在N值一定條件下，無(wú)重復(fù)二相群補(bǔ)碼的最大碼組數(shù) M一：2 ，這種碼稱為全補(bǔ)碼，而N= ，⋯．16，8，4則稱 為半補(bǔ)碼。在M <M嬲且為偶數(shù)條件下，由于從 組無(wú)重 復(fù)子碼中，可以篩選出g組群補(bǔ)碼，故其信號(hào)樣本總數(shù)吼為 q = g -q = g -M ! 如若采用N=8，16，32位，則其最大樣本數(shù)量q=28 1， 2161．2丑!，因而可將發(fā)射信號(hào)樣本做成二相群補(bǔ)碼庫(kù)，以便 靈活變化信號(hào)，使群補(bǔ)碼雷達(dá)系統(tǒng)具有抗敵方截獲性能，或 稱低截獲概率特性．也減少了敵方實(shí)施欺騙式干擾的可能 性。 在時(shí)分單通道人工噪聲雷達(dá)系統(tǒng)中，正是充分利用二相 群補(bǔ)碼的第一與第三特性來(lái)實(shí)現(xiàn)低截獲性能和增強(qiáng)系統(tǒng)的 抗偵察與抗干擾性能的。

2 二相群補(bǔ)碼的單通道產(chǎn)生與處理 二相群補(bǔ)碼作為雷達(dá)信號(hào)時(shí)．有兩種處理方式：一是采 用頻分多通道產(chǎn)生與處理信號(hào)，共需要M 個(gè)通道。如每一個(gè) 通道都采用正交雙通道接收機(jī)，則處理信號(hào)共需2M 個(gè)通道 和匹配濾波器．設(shè)備比較龐大。二是采用串行單通道產(chǎn)生與 處理信號(hào)，即在一個(gè)重復(fù)周期，發(fā)射一組子碼，處理并加以存 儲(chǔ)，待M組子碼或若干個(gè)( 個(gè)， 是二相群補(bǔ)碼的群數(shù))M 組子碼到齊后，一齊輸出求和，則同多通道并行處理的效果 一樣，脈沖壓縮后，其雷達(dá)模糊函數(shù)在時(shí)延軸 也是只有主 瓣而無(wú)副瓣，保持了群樸碼集自相關(guān)函數(shù)副瓣為零的特性。 多序列信號(hào)的單通道處理，國(guó)外有人提出過(guò)，不過(guò)他們 采用的是截?cái)郙序列碼，國(guó)內(nèi)也有人提出過(guò)m序列和互補(bǔ) 序列的截?cái)嗵幚�。這一雷達(dá)信號(hào)設(shè)計(jì)和處理所涉及的問(wèn)題是 脈間碼捷變、子碼存儲(chǔ)和延時(shí)、碼的自相關(guān)處理、積累周期、 加權(quán)函數(shù)和平均副瓣特性。采用二相群補(bǔ)碼雷達(dá)信號(hào)的串行 處理，優(yōu)于M 序列和m序列之處，主要在于它的存在范圍 寬、碼型多，以及副瓣電平為零等特性，因而信號(hào)樣本變化的 靈活性大，抗截獲、抗干擾的能力更強(qiáng)。 截?cái)郙 序列和 序列碼．可 看成二相群補(bǔ)碼的一個(gè) 子集。因此研究二相群樸碼的串行處理，也就概括了M 序列 和m序列的截?cái)嗵幚怼?子碼長(zhǎng)度為～=7的一種M序列截?cái)啻a如圖1所示，共 有M =8組子碼，各子碼自相關(guān)函數(shù)之和主瓣為56，而各副 瓣為零，但Ⅳ =7，其只有兩種二相群補(bǔ)碼型。 圖1 N：7的M序列截?cái)啻a 圖2 N ：7的兩種二相群補(bǔ)碼 在N =7的二相群補(bǔ)碼中，除無(wú)碼組M =2的互補(bǔ)碼 外，其余四、八、十六、 、半補(bǔ)碼、全補(bǔ)碼都存在．其碼型比 截?cái)郙 序列碼多得多，圖2僅舉兩倒說(shuō)明，它們?cè)趩瓮ǖ澜?斷處理時(shí)，都具有主瓣為MrN，平均副瓣為零的特性，而Kg_ 一相關(guān)特性與各子碼出現(xiàn)的順序無(wú)關(guān)．這將使組數(shù)為 的 二相群補(bǔ)碼信號(hào)有 f種變化方式。碼型多、變化方式多， 使二相群補(bǔ)碼信號(hào)有不易被截獲、不易被復(fù)制，因而有不易 被干擾的優(yōu)點(diǎn)。

3 系統(tǒng)模型和工作原理 系統(tǒng)的主干通道模型如圖3所示。其基本組成類似主 振放大式相參雷達(dá)，所不同的是其發(fā)射信號(hào)是N個(gè)碼元．每 個(gè)碼元時(shí)寬為T的長(zhǎng)脈沖。而每一脈沖是按相位為0(碼元 為0)、 (碼元為1)調(diào)制的，由二相群補(bǔ)碼信號(hào)庫(kù)控制相位 編碼器完成，再經(jīng)上變頻輸出微波信號(hào)，并放大輸出大功率 發(fā)射信號(hào)，而回波信號(hào)則經(jīng)微波低噪聲放大、下變頻、中放和 相參檢波后變?yōu)橐曨l信號(hào)，再經(jīng)子碼濾波器(求自相關(guān)函 數(shù))、多周期信號(hào)存儲(chǔ)處理(求集自相關(guān)函數(shù))輸出脈沖壓縮 信號(hào)，由于回波有相干積累而增強(qiáng)，干擾無(wú)積累故輸出信干 比大大增強(qiáng)，值為S =M·N(理論值)。在采用長(zhǎng)子碼N和 多子碼組M條件下，M ·N可p』做得很大，系統(tǒng)的抗干擾能 力很強(qiáng)。
本系統(tǒng)模型是時(shí)分輸出M 組子碼脈沖的．來(lái)一個(gè)觸發(fā) 脈沖輸出一組相位編碼信號(hào)，經(jīng)M個(gè)重復(fù)周期才將一組序 列碼輸出完畢，在下一個(gè)重復(fù)周期后，才重新進(jìn)入下一輪循 環(huán)。碼組發(fā)迭完畢，方可頻率捷變。 捷變的手段：脈間碼捷變、碼組捷變、碼組間頻率捷變、 碼序捷變、碼長(zhǎng)捷變和相關(guān)積累。 { i 1 1 一 一 一 } { 1 1 { ； 1 一 一 一 一 i-_。-__^㈤。_ 1 l__ 一 -_ ㈨ 輸出 圖3 時(shí)分單通道^工噪聲雷選系統(tǒng)模型

4 加窗函數(shù)后的副瓣電平 在雷達(dá)系統(tǒng)中，時(shí)分單通道二相群補(bǔ)碼串行處理的過(guò)程 是：每一周期發(fā)射一組子碼，同時(shí)該子碼經(jīng)延時(shí)后與目標(biāo)回 波作自相關(guān)處理，然后在積累 個(gè)于碼后，臺(tái)成信號(hào)輸 出，天線掃過(guò)目標(biāo)可視為對(duì)脈沖體系加一窗函數(shù)。任一窗函 數(shù)要求二相群補(bǔ)碼的群數(shù)M (含四、八、十六補(bǔ)碼的個(gè)數(shù))為 整數(shù)，但平均副瓣完全對(duì)消是有條件的。矩形窗函數(shù)相當(dāng)于 天線不動(dòng)的情況，群補(bǔ)碼的群數(shù)無(wú)論為任何整數(shù)都可以使平 均剮瓣保持對(duì)消為零；泊松與高斯窗函數(shù)剜固使各子碼加權(quán) 值不同，均不能保持平均副瓣對(duì)消為零；而其它各種加權(quán)窗， 則要求群補(bǔ)碼的群數(shù)為規(guī)定值，否則副瓣不能對(duì)消。 實(shí)際上，雷達(dá)天線在主波束最強(qiáng)線附近轉(zhuǎn)動(dòng)，方向圖近 似于高斯型，固此雷達(dá)回波的加權(quán)窗特性近似于高斯窗．可 以證明，在高斯窗內(nèi)，無(wú)論群補(bǔ)碼的群數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)，都不 能獲得平均副瓣對(duì)消為零，但可以計(jì)算其副瓣電平。 在雷達(dá)脈沖重復(fù)周期丁遠(yuǎn)大于子碼組時(shí)寬NFo條件下， 窗函數(shù)對(duì)回波的每—子碼組的加權(quán)值可視為相同時(shí)，若采 用截?cái)喔咚辜訖?quán)窗加權(quán)，加權(quán)的起始和終止值若取為0．2{l相應(yīng) 于回波門限值)，在不滿足副瓣對(duì)消為零的條件下，采用N=7 的低爵 瓣四補(bǔ)碼和八補(bǔ)碼且在高斯窗內(nèi)串行處理的雷達(dá)系統(tǒng)， 其副瓣電平列于表1。 裹1 雷達(dá)系統(tǒng)副瓣電平 碼型 MNs 副瓣電平(低于主瓣電平血鼓) l 4 | 21．8 ／ 2l 2 ／ 21 2 四 2 8 ／ I“ 6 ／ 44 6 ／ 44 6 補(bǔ) 3 】2 ／ 45 7 ／ 45 7 | 45 7 碼 4 16 ／ 61 9 | 61 9 | 61 ． 9 5 20 | 61 7 | 61．7 ／ 61 7 1 8 42 3 33 5 ／ 2A 4 36 4 33 5 八補(bǔ)碼 2 16 56 7 61 9 ／ _鈿5 56 7 55．0 從表1可以看出： (1)隨著窗內(nèi)二相群樸碼的群數(shù) 增加，各位副瓣電 平(低于主瓣的以值)迅速降低； (2)在二相群補(bǔ)碼串行處理中，總有一些副瓣保持完全 對(duì)消為零(表中副瓣值以／表示)； (3)選用低副瓣的四樸碼與八樸碼相比，在窗內(nèi)脈沖個(gè) 數(shù)相同的條件下(如4群四樸碼同2群八補(bǔ)碼)，四補(bǔ)碼的副 瓣電平更低，因而選用小M 的二相群樸碼為好。

5 結(jié)論 二相群補(bǔ)碼雷達(dá)信號(hào)的串行處理，簡(jiǎn)化了雷達(dá)的結(jié)構(gòu)， 它只需要一個(gè)通道，而不是像并行處理時(shí)要多個(gè)通道；二相 群補(bǔ)碼串行處理的性能由于M 序列和m序列的截?cái)嗵幚恚?即使在副瓣不能對(duì)消為零的高斯窗內(nèi)，要達(dá)到一50cB的副 瓣電平，也僅需20個(gè)以內(nèi)的脈沖數(shù)就可滿足，有利于相關(guān)積 累單元的內(nèi)存和處理能力。二相群補(bǔ)碼信號(hào)樣本多，靈活多 變，具有低截獲、不易被復(fù)制的性能。另外，系統(tǒng)還擁有較強(qiáng) 的抗干擾性能和手段，可采用脈間碼捷變、碼組捷變、碼組間 頻率捷變、碼序捷變、碼長(zhǎng)捷變等，來(lái)降低被截獲的可能性。