OFDM-MSK-LFM雷達通信一體化信號性能分析

一、前言

現(xiàn)代電子戰(zhàn)對頻譜資源利用越來越多，致使系統(tǒng)復雜性越來越高、電磁干擾愈來愈嚴重，因此部分學者提出了雷達通信一體化系統(tǒng)，旨在高效的使用頻譜資源，降低設備復雜度。雷達通信一體化信號的優(yōu)化設計是其重點研究方向，本文主要研究典型一體化信號OFDM-MSK-LFM。雷達通信一體化技術是雷達信號與通信信號復合而成的，設計的基本要求是要考慮雷達與通信性能的均衡，因此無論是雷達信號還是通信信號，均需要合理的選擇，本文考慮頻譜利用率選擇OFDM信號，考慮雷達傳輸?shù)暮惆j要求，選擇MSK調(diào)制技術與LFM雷達信號。

二、OFDM-MSK-LFM一體化信號模型

2.1 MSK調(diào)制原理

由于在前述兩篇文章OFDM-16QAM-LFM與OFDM-BPSK-LFM中已經(jīng)介紹了OFDM-LFM系列一體化信號模型，在此我們就不過多贅述，需要了解的同學可以查看對應的文章，也可以參考文末參考文獻。

MSK信號具有恒定的信息包絡且每兩個碼元之間相位不會跳變，占用帶寬也較小，將其與OFDM-LFM信號相結合可得到一體化信號。

MSK 信號的第k 個碼元可以表示為

式中：ak為第k個輸入碼元，取值為±1； φk為第個碼元的相位常數(shù)，在時間kTs＜t≤(k+1)Ts內(nèi)保持不變，其作用是在t=kTs處保持相位連續(xù)。

MSK調(diào)制原理如下圖所示，基帶碼元先差分編碼，然后經(jīng)過串并轉換分成I、Q兩路，再與對應的載波相乘，然后再相加完成MSK的調(diào)制。

圖1 MSK調(diào)制信號生成過程

2.2OFDM-MSK-LFM一體化信號

結合OFDM-LFM 技術得到一體化波形公式推導為

三、仿真分析

參數(shù)設置：OFDM：采樣率100Mhz，載波數(shù)2；LFM：帶寬40Mhz，脈寬12us，載頻10Mhz；MSK：載頻4Khz。

3.1 MSK調(diào)制

根據(jù)圖2和圖3不難看出，MSK信號具有良好的恒包絡性，這一特性能夠使其在雷達探測過程中保持良好感知能力，同時不會影響模糊函數(shù)，與此同時MSK加入了調(diào)制數(shù)據(jù)，進一步實現(xiàn)通信與感知的并存。觀察圖3，可以發(fā)現(xiàn)MSK信號的頻譜主要集中與兩個頻率，具有較高的頻帶利用率，這也滿足雷達通信一體化的基本要求?；谏鲜鰲l件，可以發(fā)現(xiàn)MSK調(diào)制是一種適合用于雷達通信一體化技術的調(diào)制方式。

圖2 MSK信號時域波形

圖3 MSK信號頻譜

3.2 OFDM-MSK-LFM模糊函數(shù)

圖4-圖6分別是OFDMMSK-LFM的模糊函數(shù)三維視圖、速度切片與距離切片，看過之前OFDM-16QAM-LFM與OFDM-BPSK-LFM兩篇文章的同學應該能夠發(fā)現(xiàn)MSK調(diào)制令一體化信號的模糊函數(shù)更趨于圖釘形狀，具有較低的旁瓣，因此其雷達探測能力得到很好的保證，而OFDM-MSK-LFM信號的通信誤碼率取決于MSK調(diào)制，在文末參考文獻中有相應的介紹，其通信可靠性較高。

圖4 OFDM-MSK-LFM模糊函數(shù)三維圖

圖5 OFDM-MSK-LFM零多普勒

圖5 OFDM-MSK-LFM零時延

四、總結

雷達通信一體化技術需要良好的通信信號、雷達信號以及調(diào)制方式，這三者共同決定了一體化信號的雷達探測性能與通信性能，因此本文將OFDM、LFM與MSK三種技術相結合，主要利用了OFDM的頻譜利用率、信息傳輸速率，LFM的良好探測性能，MSK攜帶調(diào)制信息能夠保證恒包絡性，不影響雷達探測。

其實雷達通信一體化信號設計最簡單的就是這類組合優(yōu)化設計，希望本文對相關研究的同學能有幫助。




審核編輯：劉清