基于射频综合化的雷达与通信一体化系统

文/田建学　魏俊淦　赵波【关键词】雷达 通信 射频综合化 信号长期以来，飞机上采用大量独立的射频传感器，在整个航电系统内部完成各自的功能，通信系统与雷达、电子战等系统之间较少融合。为了适应未来战争对作战平台多功能、多任务的需求，飞机上电子设备越来越多，导致机身天线数量增加，甚至造成严重的电磁干扰。因此利用综合化的孔径实现通信、雷达及电子战等多种功能集成的射频综合化技术已经成为一种发展趋势，采用射频综合化技术能够提高机载设备的使用效率，降低飞机设计的复杂度。1 雷达与通信一体化的必要性雷达、电子战和通信系统的构成原理基本相同，均包括电磁波的发射和接收过程，都包含有诸如天线、发射机、接收机和信号处理器等部件（模块）。雷达的主要功能是主动探测目标、准确测定目标的空间位置，自动跟踪目标，并实施目标引导。雷达面临的最大威胁是干扰和反辐射导弹的攻击，如果有电子战设备密切配合，就可以隐蔽地监视整个电磁环境，使雷达选择最佳时机开机探测，并且电子战设备还可以干扰敌方反辐射导弹引导头，大大提高武器系统的作战效能和自我防护能力。同时，雷达进行目标引导时，其信息数据需要利用通信设备传递到情报和指挥中心，存在信息传递速度慢、保密性差等缺点。由此可见，雷达、电子战和通信系统一体化可最大限度利用雷达、电子战设备，并使雷达的优良性能为通信服务。例如，利用雷达的大发射功率和接收机的高灵敏度，可以大大提高通信距离，雷达的强方向性可为通信的保密性提供有力的保证，增强通信的抗干扰能力。总之，雷达、电子战与通信系统一体化有利于提升武器系统的作战能力。2 雷达与通信信号特点对比一般认为，雷达、电子战信号与通信信号的频段应明显不同，而实际上雷达、电子战信号与通信信号越来越趋于相同。这里主要对雷达信号与通信信号的特点进行对比。为适应飞机多种任务需要，电子设备及其天线数量越来越多，采用射频综合化技术能够提高机载设备的使用效率。通过比较雷达与通信信号的特点，提出了雷达与通信一体化系统实现框图及其关键技术。摘 要2.1 电磁频段通信的常用频段为高频/ 甚高频/ 特高频（HF/VHF/UHF），雷达、电子战信号通常为L、S、C、X 和Ku 频段。但是，随着高新武器技术的发展，雷达、电子战信号与通信信号已经超越了上述范畴，有些频段相互覆盖。2.2 功能从功能上讲，雷达、电子战与通信差异较大，主要包括以下几个方面：通信一般都通过全向天线完成，雷达往往采用窄波束天线（方向性强）；通信主要关注信道容量、传输速率、保密性和传输可靠性，雷达则主要关注如何从目标回波中提取更多、更准确的目标信息；通信信号的处理必须考虑波形失真问题，雷达信号处理主要是提高检测前的信噪比。2.3 信号波形从波形来讲，通信信号一般为连续波，也有采用间断连续波的猝发通信；雷达信号通常为连续波或脉冲调制波。2.4 信号带宽一般而言，通信信号带宽比较窄，常规VHF/UHF 电台信号带宽为25kHz 以内，HF电台的信号带宽3kHz 左右，对于VHF/UHF扩频通信其信号带宽也在20MHz 以下。雷达信号的带宽比较宽，采用脉冲调制波时，脉冲持续时间为几十纳秒到几百微秒，脉冲重复频率在几百赫兹到上兆赫兹之间变化。3 雷达与通信一体化系统的组成及关键技术雷达与通信一体化是在复杂电磁环境下，应对航空电子系统一体化发展的需要，其一体化系统的结构组成如图1 所示。一体化不仅能够保证系统功能的完整性，而且可以加强系统中的各种功能，从而提高系统的作战效能。雷达与通信一体化系统的关键技术主要有：3.1 孔径综合孔径综合技术是未来航电系统发展的关键技术之一。面对飞机上天线数量太多的问题，通过孔径综合对通信、雷达及电子战的射频孔径进行综合分配，研究一体化综合天线，提高射频综合配置管理和机载天线的电磁兼容性，减少机载孔径数量、降低飞机负荷，消除天线数量过多导致的不利影响。3.2 射频综合射频综合的目的是降低成本、重量和体积，同时提高系统的可用性和可靠性。射频综合需要把航电系统的各种功能重新划分、组合，采用模块化、标准化的设计方法，将传感器前端组件、信号处理组件以及数据处理组件等组成资源可以共享、体系可以重构的新型通用化系统。3.2 共用信号设计一体化系统共用信号设计的主要目的是在发射端把通信信号与雷达信号进行融合，而在接收端通过信号识别在不同的系统中提取所需信号。目前，共用信号的设计主要是基于伪随机序列原理而进行的，如线性调频信号、直接序列超宽带合成信号等。3.4 软件综合软件综合是指利用软件无线电技术开发具有高度灵活性和开放性的航电系统。在尽可能靠近天线的地方利用宽带模数（A/D）转换器完成信号的数字化，再利用软件定义实现系统功能。4 结束语采用射频综合化技术的“综合化通信、导航、识别（CNI）系统”已经在美国获得了成功，雷达与通信一体化是未来航空电子设备的发展趋势。用户越来越迫切希望在一部设备上就能同时实现雷达、通信及电子战等设备的功能，同时完成各种不同的任务。参考文献[1] 寇明延, 赵然. 现代航空通信技术[M].北京: 国防工业出版社版,2011(09).[2] 张建军. 轻型射频传感器系统高度综合化设计[J]. 电讯技术,2010(12).作者简介田建学（1967-），男, 硕士学位。现为海军航空工程学院青岛校区副教授。主要研究方向为航空通信与导航技术、电磁兼容技术、机载设备维护技术。作者单位海军航空工程学院青岛校区 山东省青岛市266041图1：雷达与通信一体化系统组成框图宽带相控阵天线波束控制系统基于软件无线电的共用硬件雷达功能区通信功能区