OFDM-MSK-LFM雷达通信一体化信号性能分析

  一、前言

现代电子战对频谱资源利用越来越多，致使系统复杂性越来越高、电磁干扰愈来愈严重，因此部分学者提出了雷达通信一体化系统，旨在高效的使用频谱资源，降低设备复杂度。雷达通信一体化信号的优化设计是其重点研究方向，本文主要研究典型一体化信号OFDM-MSK-LFM。雷达通信一体化技术是雷达信号与通信信号复合而成的，设计的基本要求是要考虑雷达与通信性能的均衡，因此无论是雷达信号还是通信信号，均需要合理的选择，本文考虑频谱利用率选择OFDM信号，考虑雷达传输的恒包络要求，选择MSK调制技术与LFM雷达信号。

  二、OFDM-MSK-LFM一体化信号模型

2.1 MSK调制原理

由于在前述两篇文章OFDM-16QAM-LFM与OFDM-BPSK-LFM中已经介绍了OFDM-LFM系列一体化信号模型，在此我们就不过多赘述，需要了解的同学可以查看对应的文章，也可以参考文末参考文献。

MSK信号具有恒定的信息包络且每两个码元之间相位不会跳变，占用带宽也较小，将其与OFDM-LFM信号相结合可得到一体化信号。

   MSK 信号的第k 个码元可以表示为

式中：ak为第k个输入码元，取值为±1； φk为第个码元的相位常数，在时间kTs＜t≤(k+1)Ts内保持不变，其作用是在t=kTs处保持相位连续。

MSK调制原理如下图所示，基带码元先差分编码，然后经过串并转换分成I、Q两路，再与对应的载波相乘，然后再相加完成MSK的调制。

图1 MSK调制信号生成过程

2.2OFDM-MSK-LFM一体化信号

结合OFDM-LFM 技术得到一体化波形公式推导为

  三、仿真分析

参数设置：OFDM：采样率100Mhz，载波数2；LFM：带宽40Mhz，脉宽12us，载频10Mhz；MSK：载频4Khz。

3.1 MSK调制

根据图2和图3不难看出，MSK信号具有良好的恒包络性，这一特性能够使其在雷达探测过程中保持良好感知能力，同时不会影响模糊函数，与此同时MSK加入了调制数据，进一步实现通信与感知的并存。观察图3，可以发现MSK信号的频谱主要集中与两个频率，具有较高的频带利用率，这也满足雷达通信一体化的基本要求。基于上述条件，可以发现MSK调制是一种适合用于雷达通信一体化技术的调制方式。

图2 MSK信号时域波形

图3 MSK信号频谱

3.2 OFDM-MSK-LFM模糊函数

图4-图6分别是OFDMMSK-LFM的模糊函数三维视图、速度切片与距离切片，看过之前OFDM-16QAM-LFM与OFDM-BPSK-LFM两篇文章的同学应该能够发现MSK调制令一体化信号的模糊函数更趋于图钉形状，具有较低的旁瓣，因此其雷达探测能力得到很好的保证，而OFDM-MSK-LFM信号的通信误码率取决于MSK调制，在文末参考文献中有相应的介绍，其通信可靠性较高。

图4 OFDM-MSK-LFM模糊函数三维图

图5 OFDM-MSK-LFM零多普勒

图5 OFDM-MSK-LFM零时延

  四、总结

雷达通信一体化技术需要良好的通信信号、雷达信号以及调制方式，这三者共同决定了一体化信号的雷达探测性能与通信性能，因此本文将OFDM、LFM与MSK三种技术相结合，主要利用了OFDM的频谱利用率、信息传输速率，LFM的良好探测性能，MSK携带调制信息能够保证恒包络性，不影响雷达探测。

其实雷达通信一体化信号设计最简单的就是这类组合优化设计，希望本文对相关研究的同学能有帮助。      




审核编辑：刘清