基于软件无线电平台雷达方式通信研究与实现

基于软件无线电平台雷达方式通信研究与实现

作者姓名 : 邓宁洲

单位 : 江苏金陵机械制造总厂

省市:江苏省南京市邮编:210000

摘要:雷达系统是一个集发射和接收、分析与处理的全过程无线电设备,其主要功能就是对目标进行探测,并将数据发送至地面接收器。本文就基于软件无线电平台通信方式展开研究。

关键词:无线电平台;雷达;研究

引言

雷达目前是广泛指一种通过雷达电磁波发射进行无损目标定位探测的一种电子通信设备,它不仅可以用来根据探测目标的位置设定值来完成对不同空间目标位置上的有效测距。雷达的主要工作原理也就是通过雷达发射各种电磁波并且经过一系列的激光照射后,完成各种电磁波发射接收的处理过程,从而通过各种测量数据和探测参数的应用范围等来对探测目标的所在距离、方位以及高度等各种因素数据进行综合分析以及计算的一种过程。雷达在这个现代化的工业社会中雷达有着非常广泛的工业应用,可以用来实现不同工作方式下的定位搜索和目标跟踪检测功能,它在现代武器工业中的广泛应用不仅可以大大提高现代武器的无损基础检测功能,并且可以最大限度的充分发挥它的重要作用,而且目前雷达还是军事工程中的无损目标检测技术中的一种重要手段,对于现代社会的经济发展来说它也有着重要的促进作用。

1雷达方式通信可行性分析

一体化系统设计中,要在原有的雷达系统加入通信功能,不能影响到雷达原有的探测功能,同时对原系统的改造不应过大,因此将通信功能加载于雷达系统的可实施性是我们需要深入探讨的问题。融入了空中通信组网功能的通用雷达探测设备,应同时兼备具有通信雷达空中探测和通信空中组网的应用能力,可根据两种一体化应用体制不同的应用实现体制方式,将其具体分为空中分布式波束复用体制、同时复用体制及时分复用三种体制。分两个波束管理体制主要指的就就是将一个雷达波束分别划分成多为几个小部分波束,各分两个波束分别负责完成不同的雷达功能,一部分波束可以进行不同雷达信号探测,另一部分波束可以实现雷达通信系统组网,分两个波束各司其职并互不产生影响,其中的实现管理方法就是将各个雷达管理阵面分别划分成多为不同的管理区域,便利于可以同时产生不同的雷达波束。这种管理体制的主要特点之一是它使雷达和其他通信组网系统不仅可以同时进行工作,不仅如此,还同时可根据实际需求同时集成更多的雷达功能,是目前实现不同雷达系统功能集成的一种典范,但其中的缺点也很明显,在共用多个雷达通信系统传输能量的必要情况下,雷达阵面的划分将导致分波束信号能量下降,有可能影响一体化系统各部分功能的性能。目前,公开报道的美军 F-22战机上相控阵雷达正是采用了这种体制实现雷达通信功能。

2雷达通信的关键技术

2.1关键技术

在实现雷达功能通信应用一体化的技术研究应用过程中,波形模型设计不仅是其中的一个关键技术,也是雷达功能探测应用研究过程及其中的技术基础,对于雷达波形模型设计来说,由于在雷达通信和其他雷达功能探测应用过程中,它的各种波形设计是随机的,而且对于波形频谱上也有着较高的设计要求,采用普通的设计方法,很容易就会造成各种波形不共性的表现情况,因此,在雷达波形模型设计的研究过程中,需要从以下几个主要方面进行出发。

首先,应该考虑完成共用雷达通信系统一体化控制过程中共用发射信号的雷达波形系统设计,可以考虑利用正交转换信号方式完成探测雷达和信号通信的综合调制,通过观察和探测叠加的多种方式,明确分析探测雷达通信控制过程中雷达波形的正交转换情况,并且在此控制过程中可以增加对雷达频率和通信带宽的控制要求,完成共用雷达通信系统一体化雷达波形系统设计过程中的初步波形设定。其次,在完成雷达发射信号源的加载和对通信过程数据的控制过程中,应该考虑采用统一的雷达波形发射信号方式进行雷达调制,并且可以通过单信号载波或者多信号载波的发射方式等来完成雷达发射,可以考虑采用具有ofdm两种波形,限制其在各种远距离共用雷达信号探测系统中的综合应用。另一方面来说,有关研究人员还认为可以从通信一体化雷达波形建设中的过程计算原理角度上来进行综合考虑,注意设计模型库的构建以及过程在当中的计算准确性,从而能够充分发挥其对雷达信号通信的综合应用控制功能。

2.2雷达通信的信号处理

对于现阶段的各种雷达无线通信系统一体化来说,在有关信号处理过程中大多数都是基于其在ofdm的各种波形处理设计下可以进行的处理工作,它的主要技术设计理念应该是在系统共享有关信号的技术基础上,实现对有关信号的层次分层综合处理,并且能够满足各种雷达和无线通信商在应用这个过程处理中的各种要求。首先,应该对一些有关音频信号仿真进行音频滤波信号处理,所谓的音频滤波信号处理就是将有关信号中特定的不同频率信号摘除的一种滤波操作,从而有效的达到抑制周围外界对于有关信号的各种干扰,它可说是对于信息信号传递这个过程处理中的必要条件,一般都认为是可以采用音频滤波器的这种方式来来完成信号处理的一个过程,但是根据实际应用情况的不同,滤波器也可以有着不同的信号选择性和分类,包括高通信号滤波器、低通滤波器等,需要保证有关技术人员能够采用合理的分析方法进行判断,注意在信号处理过程中的信号稳定性。另外,还就是应该对有关信号仿真进行音频调制和信号仿真进行处理,保证有关信号在信息传输处理过程中不会出现受到外界损害等各种情况,并且应该保证在处理过程里其中的干扰参数一定范围。

3软件无线电平台

从广义上讲,可将现有的软件无线电平台分为三类:

(1)集成了不同制式的设备,以双模手机为例,它能够切换手机工作模式,同时支持 GSM 和 CDMA通信,此类设备单靠集成更多的电路增加功能,因此重配能力较低;

(2)项目采用新的硬件平台描述语言,并基于两个fpga和dsp的硬件平台,这类软件无线电虽然开发较繁琐、技术门槛高,但目前仍是主流;

(3)以一种通用的纯软硬件平台作为开发平台,采用更高级的软件编程设计语言来操作纯通用软件的射频信号进行处理,这类通用软件进行无线电处理灵活性强,但是在处理速度和功耗等方面不及第二类。采用的软件gnuradio和usrp属于第三类通信软件例如无线电,主要研究此类软件无线电平台的架构设计并在其上做开发,实现以脉冲多普勒雷达工作方式的通信。其中,gnuradio分别是一个软件组成部分,usrpio是一个硬件外设,一个通过两种编程语言来负责完成不同的射频信号数据处理,另一个负责完成射频基带信号和两个基带射频信号之间的数据转换,二者结合起来就构成了软件无线电平台。

GNU Radio 结合 USRP做软件无线电开发有很大的优势,也因此吸引了全球广大软件无线电爱好者的共同关注:

(1)开源性。关于 GNU Radio 的源代码和 USRP 的电路图都已公开,同时,全世界众多开发者在专门的社区网站上共同交流,分享开发经验和提出最新奇的解决方案,无论是初学者还是资深开发者都能在社区网站找到合适的学习资料。开发者们共同的技术支持使得 GNU Radio 和 USRP 不断完善发展。

(2)低成本。开源的软件平台同时也提供免费下载,而 USRP 的价格也不会太昂贵,同时根据需求选择配套的子板,再加上一台电脑,就可以进行软件无线电研发。

(3)低技术门槛。开发者需要具备一定的编程基础和 Linux 使用经验,同时再掌握基本的信号处理专业知识,就能在很短的时间内上手。

4雷达方式通信系统设计概述

前面探讨了雷达方式通信的可行性,分析其设计思路,研究了其中的关键技术以及采用的仿真平台。有了理论支撑和明确的设计目标,就应考虑如何将理论与平台的仿真结合起来。雷达方式通信,其核心思想在于系统信源部分的设计应按照雷达的方式工作,这是系统应用的条件,此外其他技术的实现都是有关于通信方面,采用何种编码方式,如何调制解调进行传输等,但考虑到系统的应用背景,不再是通常情况下静止或者低速运动状态环境,而是几倍马赫速度的战机携带着雷达,这种环境下,多普勒频移带来的影响将是系统考虑的另一重点。采用在 GNU Radio 和 USRP 的平台上仿真实现,电路图的设计在GRC 中完成,这种一种构建信号处理流图的方法,不仅使信号流向和处理方式明朗,而且编写信号处理模块简单,进行代码维护也很方便。

根据系统原理和工作流程的特点,确立了分模块设计的实现方案,首先是雷达通信信源部分,然后是二阶差分调制解调电路,其次是 OFDM 链路的收发端设计,保证每个功能模块都独立正确实现后,联立起来进行整个系统的调试,这样逐步进行,由局部到整体推进,利于系统各部分的调试和维护。数据先经载波信源调制模块载波触发进行输出,然后依次进行一个bpsk/qpsk的载波调制,并将差分数据依次加载调制到ofdm的子阶段载波上,之后依次加入差分循环信号前缀、训练信号序列等,完成ofdm的载波调制后,对上次调制执行完的差分数据信号进行二合一阶段的差分信号编码,送入 USRP 进行发送,发送端完成。usrp变频接收端口在收到变频数据后立即完成了上下变频并将其送入一台电脑,首先需要进行二到三阶变频差分信号解码,恢复出相位后进行 OFDM 的解调和 BPSK/QPSK 解调,得到最终数据。

5结语

随着国防工业的需求,雷达方式通信已经是热门研究领域之一,这种技术不仅简化了战机空间设备需求,而且大大提升了电子设备的机动性和灵活性。

参考文献

[1]刘永军.基于OFDM的雷达通信一体化设计方法研究[D].西安电子科技大学,2019.

[2]赵红.雷达通信一体化共享信号设计与处理算法研究[D].北京邮电大学,2019.

[3]杨子渊.雷达通信一体化共享信号技术研究[J].电脑迷,2018(10):239.