第四章軍用雷達

武器裝備信息技術(shù)概論

中北大學(xué)機電工程學(xué)院機電控制工程系主講人：焦國太教授第四章軍用雷達主要內(nèi)容：§1、概述

§2、現(xiàn)代雷達關(guān)鍵技術(shù)§3、現(xiàn)代雷達體制介紹§1、概述雷達一般由天線系統(tǒng)、發(fā)射裝置、接收裝置、防干擾設(shè)備、顯示器、信號處理器、電源等組成§1、概述一、雷達的發(fā)展歷程

早在20世紀30年代，無線電技術(shù)出現(xiàn)了重大的突破，于是便發(fā)明了雷達。事實上，雷達探測原理的發(fā)現(xiàn)可追溯到19世紀晚期。早在1887年赫茲進行驗證電磁波存在的實驗時就曾發(fā)現(xiàn)：發(fā)射的電磁波會被一大塊金屬片反射回來，正如光會被鏡面反射一樣?！?、概述

第二次世界大戰(zhàn)中空用和海用雷達大多數(shù)工作于超高頻或更低的頻段。海軍的雷達工作在200MHz頻率上。到戰(zhàn)爭后期，工作在400MHz、600MHz和1200MHz頻率上的雷達亦投入使用。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，由于T／R(收／發(fā))開關(guān)和磁控管的發(fā)明，雷達技術(shù)開始加速發(fā)展。收發(fā)開關(guān)使雷達的探測成功地從雙(多)基變成單基雷達。也就是從收發(fā)分別用一個天線，到共用一個天線，大大簡化了雷達系統(tǒng)。磁控管的出現(xiàn)使雷達的探測功率大大提高，從而大大提高了雷達的探測能力。§1、概述最新的應(yīng)用有有源相控陣雷達(AESA)高頻(HF)段的超視距雷達、無源雷達、雙(多)基地雷達、機(或星)載預(yù)警雷達、成像雷達、組網(wǎng)雷達等新體制雷達。在體制上二、當前雷達技術(shù)狀況§1、概述采用的技術(shù)有：發(fā)射機采用頻率捷變發(fā)射信號脈沖壓縮技術(shù)；功率單元采用固態(tài)器件；天線技術(shù)上平面陣列天線代替拋物面天線，無源／有源相控陣技術(shù)開始大量采用；數(shù)字波束形成；自適應(yīng)波束調(diào)零；多極化及極化控制；頻率分集、空間分集和能量分集；采取設(shè)置輔助發(fā)射天線與誘餌技術(shù)。在發(fā)射接收方面§1、概述采用高速并行DSP構(gòu)造通用信號處理模塊；大規(guī)?？删幊唐骷男盘柼幚砟K；高速數(shù)據(jù)傳輸信號交換網(wǎng)絡(luò)；分布式的綜合信息處理機成像、識別；空時二維處理(STAP)；雷達反有源干擾；數(shù)字波束形成(DBF)數(shù)字副瓣對消(SLC)反欺騙式干擾、干擾源定向等；干擾回波分析與測量。MTI、MTD和脈沖多普勒(PD)雷達的復(fù)雜信號處理，高速數(shù)字數(shù)據(jù)處理，自動檢測和跟蹤技術(shù)。在信號處理上§1、概述

采用綜合顯示處理技術(shù)：有故障指示，并大量采用在線可更換單元(LRU)技術(shù)；功能上可遙測雷達的工作狀態(tài)和工作模式，并有故障軟化能力，無人值守能力；自動錄取能力。在顯示器及終端方面§1、概述采用信息與數(shù)據(jù)處理一體化技術(shù)，信息融合處理；人工智能使用；組網(wǎng)能力的提高。在數(shù)據(jù)處理上§1、概述三、雷達技術(shù)的展望未來雷達探測與對抗一體化無源探測定位網(wǎng)絡(luò)實用化雷達預(yù)警體系網(wǎng)絡(luò)化低截獲技術(shù)廣泛應(yīng)用目標探測與識別一體化、智能化預(yù)警系統(tǒng)實現(xiàn)全球空天一體化未來雷達探測與對抗一體化即綜合運用紅外、光電、激光、通信偵察等先進探測技術(shù)，將有源雷達、無源雷達、通信偵察、紅外／激光等探測手段融為一體，構(gòu)成一個多域綜合探測系統(tǒng)。這種系統(tǒng)不僅具有探測手段多樣、探測頻域?qū)挕⑻綔y距離遠、覆蓋空間大、發(fā)現(xiàn)目標快、截獲概率高、目標識別能力強等優(yōu)點，而且靈活隱蔽，抗干擾、抗硬摧毀能力強，可實現(xiàn)探測與對抗一體化。

無源探測定位網(wǎng)絡(luò)實用化各種軍用裝備工作時，會有意或無意地輻射電磁信號。因而，可以使用一定數(shù)量、覆蓋一定區(qū)域的無源探測定位設(shè)備構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，對目標進行識別、定位。這種無源探測定位網(wǎng)絡(luò)具有高度的隱蔽性、廣泛的適用性、寬廣的空域覆蓋、極寬的頻域覆蓋、遠距離的縱深覆蓋、精細的目標識別等特性，可探測隱形目標，且體積小、重量輕、效率高。雷達預(yù)警體系網(wǎng)絡(luò)化由于電子對抗技術(shù)不斷發(fā)展，使用單部雷達進行防空作戰(zhàn)將很難完成作戰(zhàn)使命，所以未來將通過對多部不同體制、不同頻段、不同極化方式的雷達巧妙布局，形成雷達預(yù)警網(wǎng)，使綜合探測效能空前提高。低截獲技術(shù)廣泛應(yīng)用軍用雷達將廣泛采用信號擴譜、偽噪聲編碼、功率管理和頻率捷變等綜合性技術(shù)措施，使敵方很難偵察到雷達本身的存在。這樣，在對付敵方偵察、干擾和反輻射武器攻擊時，將使雷達的性能進一步提高。目標探測與識別一體化、智能化根據(jù)未來作戰(zhàn)的需求，雷達不僅要及時探測到對方的目標，還要能對這個目標的各種特性(如飛機架數(shù)、大小、形狀、類型、作戰(zhàn)意圖等)進行識別，甚至能對目標自動成像，從而實現(xiàn)目標探測與識別一體化、智能化。預(yù)警系統(tǒng)實現(xiàn)全球空天一體化常規(guī)雷達受地球曲率的限制，有效距離僅幾百公里。因此，對于遠程低空目標，需采用超視距雷達，以克服地球曲率的影響；而對于遠程中高空目標，則采用大型相控陣雷達。如需探測更大的空域，發(fā)現(xiàn)低空、超低空目標，則要大力發(fā)展星載雷達、氣球載雷達和空中預(yù)警機等，以增加預(yù)警時間，奪取戰(zhàn)場主動權(quán)?！?、現(xiàn)代雷達關(guān)鍵技術(shù)一、動目標檢測技術(shù)二、雷達低截獲概率（LPI）技術(shù)三、目標識別技術(shù)四、數(shù)字信號處理技術(shù)一、動目標檢測技術(shù)現(xiàn)代雷達首先必須具備能在惡劣雜波干擾背景中發(fā)現(xiàn)目標，即具有良好的目標檢測能力，只有做到這一點，才能保證防空網(wǎng)能防御掠地、掠海飛行的飛機和巡航導(dǎo)彈，盡可能早地發(fā)現(xiàn)威脅目標，給作戰(zhàn)部隊提供必要的戰(zhàn)斗準備時間。地物、海浪以及雨雪等形成的雜波是不能靠增大發(fā)射功率或提高接收機靈敏度來解決的。目前，抑制這些雜波主要是用動目標顯示(MTI)技術(shù)和脈沖多普勒技術(shù)。一、動目標檢測技術(shù)動目標檢測雷達為了抑制雜波干擾，不論是采用MTI技術(shù)或是脈沖多普勒技術(shù)，對信號有兩個基本要求：①信號的相干性；②信號的脈間穩(wěn)定性。因為MTI和脈沖多普勒兩者都是相干處理，對MTI而言是為了避免信號的脈間不穩(wěn)定而造成相減剩余。對脈沖多普勒而言，信號的脈間不穩(wěn)定反映到信號頻譜上是出現(xiàn)寄生分量，從而使多普勒濾波器產(chǎn)生不應(yīng)有的輸出。為了適應(yīng)現(xiàn)代雷達抑制雜波的要求，現(xiàn)代雷達發(fā)射機的設(shè)計必須充分考慮以上對信號的兩個基本要求，而雷達整機必須采用相參體制。動目標顯示(MTI)技術(shù)動目標顯示(MTI)技術(shù)采用的是時域上延時相減的處理，即一組處理采用兩個回波脈沖，通過第一個回波脈沖信號進行延時然后與第二個回波脈沖信號進行相減，這樣，固定物體回波信號由于相關(guān)性相減后輸出為零，而移動物體由于時間差會輸出一定的信號幅度完成移動目標信號顯示。動目標顯示技術(shù)的缺陷主要是無法準確探測出目標的移動速度。這一技術(shù)主要應(yīng)用在民航空管中，軍事應(yīng)用較少。脈沖多普勒技術(shù)脈沖多普勒雷達是利用多普勒效應(yīng)制成的雷達。多普勒效應(yīng)是奧地利物理學(xué)家C·多普勒1842年發(fā)現(xiàn)的，即當波源和觀測者有相對運動時會使觀測到的頻率發(fā)生變化，二者逐漸靠近時觀察到的頻率升高，逐漸遠離時頻率降低，這種現(xiàn)象被稱為多普勒效應(yīng)。二、雷達低截獲概率（LPI）技術(shù)1、低截獲雷達的概念低截獲概率(LPI)雷達定義：雷達探測敵方目標的同時，雷達信號被敵方截獲到的可能性概率最小。其實質(zhì)就是利用各種措施使得雷達截獲接收機能探測到雷達輻射信號的最大距離小于雷達對截獲接收機運載平臺的最大發(fā)現(xiàn)距離。雷達低截獲概率（LPI）技術(shù)截獲概率因子:雷達低截獲概率（LPI）技術(shù)2、實現(xiàn)低截獲概率的技術(shù)措施

低截獲概率雷達與一般雷達比較

一般雷達低截獲概率雷達一般發(fā)射天線高性能的特殊天線脈沖(PD)體制復(fù)雜調(diào)制的連續(xù)波(Cw)體制單載波多載波窄譜超寬譜單基地多基地雷達低截獲概率（LPI）技術(shù)實現(xiàn)低截獲概率的技術(shù)措施：1）低副瓣天線技術(shù)2）連續(xù)波、準連續(xù)波雷達體制3）脈沖壓縮技術(shù)4）雷達組網(wǎng)技術(shù)5）頻率和極化捷變技術(shù)三、目標識別技術(shù)雷達目標識別技術(shù)可分為：特征識別成像識別最近幾年，成像識別技術(shù)發(fā)展較快，星載合成孔徑成像雷達(SAR)、機載合成孔徑偵察雷達以及制導(dǎo)武器尋的成像雷達都已成功應(yīng)用。特征識別技術(shù)也有豐富成果，如利用目標極化、相干及多普勒特征識別目標的種類、移動方向等，諸如從誘餌云中鑒定出有威脅目標和無威脅目標，真假彈頭和輕重誘餌等。雷達目標特征識別技術(shù)雷達目標識別基本上包括目標特征提取、模式分析和模式分類。目標特征提取、模式分析即在獲取特征信息后，對模式進行分析，再按模式特征來判斷模式的類別。模式分類就是設(shè)法找出區(qū)分各類目標的函數(shù)，即所謂判決函數(shù)。分類器實質(zhì)上是一個儲存若干判決函數(shù)的數(shù)據(jù)庫，用以判決模式的類別，以達到目標識別的目的。雷達目標特征識別技術(shù)

雷達目標特征識別技術(shù)大致有下列幾種：

1)根據(jù)回波信號的多普勒分析進行識別

2)根據(jù)目標極化特性進行識別

3)根據(jù)目標頻率響應(yīng)進行識別

4)根據(jù)對目標回波進行空間相干處理的方法進行識別

5)諧波識別

6)軌道識別根據(jù)回波信號的多普勒分析進行識別有一些目標各部分運動速度不同，會在回波中產(chǎn)生不同的多普勒頻移。例如螺旋漿飛機的螺旋漿部分與機身就會產(chǎn)生不同的多普勒頻率。利用回波信號的頻譜分析就可對目標進行識別。這類雷達要有較高的頻率分辨能力，故連續(xù)雷達波或高重復(fù)頻率脈沖多普勒雷達較為適用。這種方法只適用于目標上有相對運動部分的情況，實踐中，已用于對直升飛機機類的目標進行識別。根據(jù)目標極化特性進行識別雷達目標可視為一極化變換器，回波極化相對于發(fā)射極化的變化就反映了目標特性，包含了有關(guān)目標的信息，因而可用于目標識別。根據(jù)目標頻率響應(yīng)進行識別將目標看成是一個線性非時變系統(tǒng)，并用極點來表征目標的固有信息。雷達目標如同一個多輸入、多輸出的線性非時變系統(tǒng)，在立體角內(nèi)目標的任一姿態(tài)角都可視為一對輸人和一對輸出，分別對應(yīng)于一對正交極化，不同的姿態(tài)角則對應(yīng)著不同的輸入與輸出。因目標的極點是獨立于姿態(tài)角的，故其極點可作為目標的識別參數(shù)。通過解卷積與提取極點識別目標，通過適當設(shè)計發(fā)射信號，找到目標某一特定自然諧振頻率，確定其極點的方法也屬于這一類識別法。根據(jù)對目標回波進行空間相干處理的方法進行識別這種方法是利用逆合成孔徑(雷達波束不動依靠目標移動成像)成像原理來實現(xiàn)的。任一目標都可用一特定的二級反射函數(shù)來表征其反射特性。由于目標運動，通過逆合成孔徑雷達，可求得此函數(shù)。其處理步驟為：變頻至基帶、補償因目標運動產(chǎn)生的相位項，然后再作二維逆傅氏變換以復(fù)原反射函數(shù)。根據(jù)反射函數(shù)的知識，利用經(jīng)典的圖像處理技術(shù)即可識別目標?？傻玫降姆直媪θQ于目標姿態(tài)角的變化范圍，亦即取決于目標的運動和觀察時間，姿態(tài)角變化360°，理論上分辨力為0.2λ(λ為波長)，而與目標距離無關(guān)。

諧波識別人造目標的金屬接縫有類似于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的非線性特征，在電波反射過程中會產(chǎn)生諧波分量。不同的目標，所產(chǎn)生各次諧波分量強弱不同。借此可對目標進行分類。此法需在雷達接收機中增加若干個諧波接收通道，且要求天線必須有足夠?qū)挼念l帶。軌道識別根據(jù)對多次目標回波進行處理。獲得目標運行軌道，判明目標種類。例如區(qū)分衛(wèi)星與導(dǎo)彈的識別方法即是基于這種識別方法。雷達目標成像識別技術(shù)所謂成像識別，就是利用雷達波照射目標一段時間，并對所獲得的回波串進行相干成像處理，從而得到目標的高分辨力的雷達圖像。這種圖像與目標的真實形狀有著高度的相關(guān)性，可以通過目視經(jīng)驗判斷或計算機識別，得到目標的性質(zhì)信息。雷達圖像與光學(xué)圖像有相似點。也有不同點，它是目標上各個組成部分的電磁波后向散射的空間分布圖，而光學(xué)圖像是目標上各個組成部分的光波后向散射率和散射光譜的空間分布圖。

雷達目標成像識別技術(shù)雷達成像處理，核心問題是提高雷達的二維或三維等效分辨力。當二維或三維分辨力都明顯小于目標尺寸時，便能呈出足以識別目標性質(zhì)的圖像。目前，毫米波及激光雷達成像技術(shù)在制導(dǎo)武器尋的方面已進入實用階段，這兩種體制雷達成像主要采用光柵掃描或焦平面二維成像技術(shù)，目前研究的熱點在三維成像方面。

數(shù)字信號處理技術(shù)數(shù)字技術(shù)在雷達中的應(yīng)用主要包括數(shù)字波形產(chǎn)生、數(shù)字控制、信號處理和數(shù)據(jù)處理等四個方面。數(shù)字信號處理目前在雷達應(yīng)用中，就功能來說主要是實現(xiàn)相關(guān)積累(包括快速傅里葉變換、快速卷積、脈沖壓縮、數(shù)字濾波等)、非相關(guān)積累(視頻積累)、數(shù)字存儲(如雜波圖)、目標檢測(門限)、參數(shù)估計以及目標跟蹤和圖像處理等。數(shù)字信號處理技術(shù)對于目標跟蹤和圖像處理可分為兩種：①用于監(jiān)視和跟蹤雷達(目標尺寸比分辨單元小或差不多)的數(shù)字信號處理系統(tǒng)；②用于成像或地圖測繪(目標尺寸遠大于分辨單元)的情報雷達處理系統(tǒng)。數(shù)字信號處理技術(shù)電子計算機技術(shù)是雷達數(shù)字信號處理的核心。在現(xiàn)代雷達體制中，除了能量變換的大功率及天饋系統(tǒng)部分外，本質(zhì)上是一個計算系統(tǒng)。雷達對目標的搜素、檢測、參數(shù)估值、跟蹤和目標識別等功能實質(zhì)上都是數(shù)字計算和控制過程。具體的匹配濾波、脈沖壓縮、動目標顯示和多普勒處理，合成孔徑雷達成像、自適應(yīng)天線陣列處理等也是數(shù)字計算過程。理想的雷達必定是理想的計算系統(tǒng)?！?、現(xiàn)代雷達體制介紹一、多普勒雷達二、相控陣雷達三、合成孔徑雷達四、無源探測雷達五、毫米波雷達六、激光雷達七、天波超視距雷達多普勒雷達脈沖多普勒雷達廣泛用于機載預(yù)警、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)、衛(wèi)星跟蹤、戰(zhàn)場偵察、靶場測量、武器火控和氣象探測等方面，成為重要的軍事裝備。裝有脈沖多普勒雷達的預(yù)警飛機，已成為對付低空轟炸機和巡航導(dǎo)彈的有效軍事裝備。此外，這種雷達還用于氣象觀測，對氣象回波進行多普勒速度分辨，可獲得不同高度大氣層中各種空氣湍流運動的分布情況。多普勒雷達多普勒雷達機載脈沖多普勒雷達主要由天線、發(fā)射機、接收機、伺服系統(tǒng)、數(shù)字信號處理機、雷達數(shù)據(jù)處理機和數(shù)據(jù)總線等組成。機載脈沖多普勒雷達通常采用相干體制，有著極高的載頻穩(wěn)定度和頻譜純度以及極低的天線旁瓣，并采取先進的數(shù)字信號處理技術(shù)。多普勒雷達脈沖多普勒雷達通常采用較高以及多種的重復(fù)頻率和多種發(fā)射信號形式，并可應(yīng)用濾波理論在數(shù)據(jù)處理機中對目標坐標數(shù)據(jù)作進一步濾波或預(yù)測。脈沖多普勒雷達具有下列特點：

(1)采用可編程序信號處理機，以增大雷達信號的處理容量、速度和靈活性，提高設(shè)備的復(fù)用性，從而使雷達能在跟蹤的同時進行搜索，并能改變或增加雷達的工作狀態(tài)，使雷達具有對付各種干擾的能力和超視距的識別目標的能力；多普勒雷達

(2)采用可編程序柵控行波管，使雷達能工作在不同脈沖重復(fù)頻率，具有自適應(yīng)波形的能力，能根據(jù)不同的戰(zhàn)術(shù)狀態(tài)選用低、中或高三種脈沖重復(fù)頻率的波形，并可獲得各種工作狀態(tài)的最佳性能；

(3)采用多普勒波束銳化技術(shù)獲得高分辨率，在空對地應(yīng)用中可提供高分辨率的地圖測繪和高分辨率的局部放大測繪，在空對空敵情判斷狀態(tài)可分辨出密集編隊的群目標。相控陣雷達所謂相控陣，是指由許多輻射單元排成陣列形式構(gòu)成的天線，各單元之間的輻射能量和相位都是可以控制的。典型的相控陣是利用電子計算機控制移相器改變天線孔徑上的相位分布來實現(xiàn)波束在空間掃描，即電子掃描。相位控制可采用相位法、實時法、頻率法和電子饋電開關(guān)法。相控陣雷達在一維上排列若干輻射單元即為線陣，在二維空間上排列若干輻射單元稱為平面陣。輻射單元也可以排列在曲線上或曲面上，這種天線稱為共形陣天線。共形陣天線可以克服線陣和平面陣掃描角小的缺點，能以一部天線實現(xiàn)全空域電子掃描。通常的共形陣天線有環(huán)形陣、圓面陣、圓錐面陣、圓柱面陣、半球面陣等。相控陣雷達相控陣雷達有源和無源相控：簡單地說，對于每一個天線單元來說，沒有獨立的功率輻射就是“無源”，有獨立的功率輻射就是“有源”。無源相控陣之所以是無源的，在于它的每一個天線單元所輻射出的能量是由發(fā)射機集中產(chǎn)生后送過來的，天線相位的改變依賴于計算機控制天線單元后面的移相器。有源相控陣之所以是有源的，在于它的每一個天線單元擁有獨立的功率輻射，而不是先接受發(fā)射機送過來的功率，再輻射出去。相控陣雷達相控陣雷達具有以下特點：(1)多目標能力。(2)多功能，機動性強。(3)反應(yīng)速度快。(4)抗干擾能力強。(5)可靠性高。相控陣雷達的主要缺點：體積龐大結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，相控陣雷達美國“鋪路爪”相控陣預(yù)警雷達合成孔徑雷達合成孔徑雷達就是利用雷達與目標的相對運動把尺寸較小的真實天線孔徑用數(shù)據(jù)處理的方法合成一較大的等效天線孔徑的雷達。合成孔徑雷達的特點是分辨率高，能全天候工作，能有效地識別偽裝和穿透掩蓋物。合成孔徑雷達主要用于航空測量、航空遙感、衛(wèi)星海洋觀測、航天偵察、圖像匹配制導(dǎo)等。它能發(fā)現(xiàn)隱蔽和偽裝的目標，如識別偽裝的導(dǎo)彈地下發(fā)射井、識別云霧籠罩地區(qū)的地面目標等。在導(dǎo)彈圖像匹配制導(dǎo)中，采用合成孔徑雷達攝圖，能使導(dǎo)彈擊中隱蔽和偽裝的目標。合成孔徑雷達還用于深空探測，例如用合成孔徑雷達探測月球、金星的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。合成孔徑雷達1、合成孔徑雷達的基本工作原理

所謂合成孔徑就是通過信號處理的方法將單個雷達多次照射的結(jié)果合成一等效的大尺寸天線陣列從而提高角分辨率，使雷達從用于“探測”目標轉(zhuǎn)變到用于高分辨率“成像”。合成孔徑雷達(SAR)就是利用其安裝平臺的運動，在不同的時刻從不同的位置照射目標，使用信號處理技術(shù)將多次照射回波仿真成尺寸長達數(shù)百米、甚至數(shù)千米長的天線來提高分辨率，達到對地面目標成像的目的。這種雷達系統(tǒng)的信號處理的具體實現(xiàn)方法，是通過由雷達平臺和目標的相對速度產(chǎn)生雷達信號的多普勒現(xiàn)象來獲得高分辨率的雷達圖像。合成孔徑雷達

（a）條帶式掃描工作模式（b）

合成孔徑天線長度示意圖

波束寬度的近似公式：合成孔徑雷達2、合成孔徑雷達的特點

合成孔徑雷達較之其它空中偵察平臺所使用的傳感器有著明顯的優(yōu)勢，其主要特點如下：(1)有全天候、全天時的偵察能力。(2)具有探測地下目標的能力(3)具有一定識別偽裝的能力(4)具有較強的生存能力(5)具有動目標顯示能力(6)具有先進的雷達成像技術(shù)(7)具有信息快速處理能力軟件無線電結(jié)構(gòu)及特點軟件無線電結(jié)構(gòu)及特點軟件無線電結(jié)構(gòu)及特點軟件無線電的體系結(jié)構(gòu)的好處是多方面的：(1)軟件無線電的特點和體系結(jié)構(gòu)能保證電臺的模塊化、通用化和系列化設(shè)計，有利于減少無線電設(shè)備及其保密機的品種，降低了電臺的裝備和維護費用。(2)完成各種通信頻段(HF、VHF、UHF、SHF等)信道調(diào)制方式，實現(xiàn)各軍兵種協(xié)同通信。(3)用可編程器件實現(xiàn)的軟件無線電，能靈活配置信號的波形，模擬各種在役及在研電臺的工作方式。這種軟件無線電不僅能與已有各類電臺互通，而且還能溝通由不同電臺組成的無線電網(wǎng)絡(luò)，完成頻段調(diào)制、話音編碼和保密算法的變換，起到類似于“網(wǎng)關(guān)”或“網(wǎng)橋”的作用。(4)軟件無線電可擺脫傳統(tǒng)的基于點對點組網(wǎng)的限制，通過采用分組無線電等通信協(xié)議，可組成包括柵格網(wǎng)在內(nèi)的任意拓撲結(jié)構(gòu)的無線電網(wǎng)絡(luò)。電臺組網(wǎng)性能的增強，提高了無線電鏈路的溝通概率和頻譜資源的利用率，可使野戰(zhàn)通信的抗毀能力明顯改善。3.軟件無線電的關(guān)鍵技術(shù)1)寬頻帶智能天線技術(shù)2)寬帶A／D變換器3)DSP技術(shù)在基帶信號處理部分的應(yīng)用4.軟件無線電在軍事通信中應(yīng)用軟件無線電作為無線通信裝備的發(fā)展方向，它實現(xiàn)了從硬件到軟件的飛躍，帶來了電臺的模塊化、通用化、自動化，實現(xiàn)了無線電臺的小型化和輕型化，為不同的通信設(shè)備間的協(xié)同配合提供了保障?？梢韵嘈跑浖o線電，將在軍事通信和其它領(lǐng)域中得到更為廣泛的應(yīng)用。寬頻帶智能天線技術(shù)軟件無線電要求接收機從天線接收的應(yīng)該是寬頻帶信號(通常是幾兆赫至2GHz)，根據(jù)天線物理尺寸與信號波長的關(guān)系，這種寬頻段天線按傳統(tǒng)方法，采用單一天線形式是無法實現(xiàn)的。同時，由于射頻信號的高頻率(通常高達幾吉赫)，即使中頻處理的信號也高達幾十兆赫，這種高頻率信號的存在使信號干擾成為嚴重問題，為獲取寬帶信號和克服信號干擾，使用寬帶智能天線成為最好的選擇。寬帶智能天線既有一個較寬的頻率覆蓋范圍(通常要求2MHz～2000MHz)，又可自動感知干擾源的存在，抑制其影響和自動增強有用信號的大小，并對各種無線通信制式具有兼容性，與傳統(tǒng)的天線相比，它具有很強的抗干擾能力。寬帶A／D變換器軟件無線電的關(guān)鍵特征之一，就是使A／D變換器盡可能靠近射頻端。但目前的實用器件水平只能在中頻對模擬信號進行采樣，中頻信號的帶寬通常在十幾兆到幾十兆。這種數(shù)字化有別于一般工程中的模數(shù)變換，要求具有相當高的抽樣頻率、位數(shù)和一定的動態(tài)范圍。DSP技術(shù)在基帶信號處理部分的應(yīng)用

DSP技術(shù)代替專用集成電路(ASIC)，使兩方面成為可能。一方面，可通過軟件實現(xiàn)編碼、調(diào)制、均衡和脈沖形成等基本功能；另一方面，系統(tǒng)可重新編程，以保證在多種標準下運行。特別指出的是，這里的DSP不是特指DSP芯片，它也可是現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGAs)和一般目的的處理器，或者是它們的混合體。多路復(fù)用技術(shù)在軍事應(yīng)用上，數(shù)據(jù)鏈信道上允許多路信號同時傳輸，解決多路信號的傳輸問題就是信道復(fù)用問題。多路復(fù)用是指多路信號(話音、數(shù)據(jù)或圖像信號)共享同一個信道進行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。常見的信道?fù)用方式有三種：頻分復(fù)用(FDM)時分復(fù)用(TDM)碼分復(fù)用(CDM)。多址通信技術(shù)多址通信是射頻信道的復(fù)用。無線多址通信是指：在一個通信網(wǎng)內(nèi)各個通信臺、站共用同一個指定的射頻頻道，進行相互間的多邊通信，也稱該通信網(wǎng)為各用戶間的多元連接。多址方式的基本類型有頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)。實際中也常用到其它一些多址方式，其中也包括這三種基本多址方式的混合多址方式，比如，時分多址／頻分多址(‘FDMA／FDMA)，碼分多址／頻分多址(CDMA／FDMA)等。頻分多址(FDMA)頻分多址(FDMA)是發(fā)送端對所發(fā)信號的頻率參量進行正交分割，形成許多互不重疊的頻帶。在接收端利用頻率的正交性，通過頻率選擇(濾波)從混合信號中選出相應(yīng)的信號。在移動通信系統(tǒng)中，頻分多址是把通信系統(tǒng)的總頻段劃分成若干個等間隔的互不重疊的頻道分配給不同的用戶使用。這些頻道互不重疊，其寬度能傳輸一路話音信息，而在相鄰頻道之間無明顯的干擾。頻分多址(FDMA)時分多址(TDMA)時分多址(TDMA)是發(fā)送端對所發(fā)信號的時間參量進行正交分割，形成許多互不重疊的時隙。在接收端利用時間的正交性，通過時間選擇(選通門)從混合信號中選出相應(yīng)的信號。

時分多址(TDMA)碼分多址(CDMA)碼分多址是發(fā)送端用各不相同的、相互(準)正交的地址碼調(diào)制其所發(fā)信號。在接收端利用碼型的(準)正交性，通過地址識別(相關(guān)檢測)從混合信號中選出相應(yīng)的信號。碼分多址的特點是：網(wǎng)內(nèi)所有用戶使用同一載波、占用相同的帶寬；各個用戶可以同時發(fā)送或接收信號。頻分復(fù)用（FDM）

FDM是指按頻率區(qū)分信號的復(fù)用方式。即將信道的可用頻帶分成若干互不重疊的子頻帶，在發(fā)送端每一路信號經(jīng)過調(diào)制占據(jù)其中一個子頻段，在接收端用適當?shù)臑V波器將它們分割開來，分別進行解調(diào)接收，以實現(xiàn)多個信號在同一信道中的傳輸。FDM的優(yōu)點是信道復(fù)用率高，容許復(fù)用的路數(shù)多，同時分路也方便，是模擬通信中最主要的復(fù)用方式。缺點是設(shè)備復(fù)雜、昂貴。時分復(fù)用(TDM)

TDM是指按時間區(qū)分信號的復(fù)用方式。即將信道的可用時間分成若干不交疊的時間段，稱為時隙(TimeSlot)，在發(fā)送端每一路信號在不同的時隙進行發(fā)送，在接收端按不同的時隙進行接收，以實現(xiàn)多路信號在同一信道中的傳輸。假如有N路信號共用信道的所有時間，則N個時隙的信號稱為一個信號幀(Frame)。TDM的優(yōu)點是信道復(fù)用率和容許復(fù)用的路數(shù)多，受信號數(shù)量的影響少，信道利用率高于FDM，是數(shù)字通信中最主要的復(fù)用方式；缺點是需要嚴格的時間同步。碼分復(fù)用(CDM)

CDM是指按不同的調(diào)制碼區(qū)分信號的復(fù)用方式。即將各路信號用正交(或偽正交)的碼字進行調(diào)制、發(fā)送，在接收端用不同的碼進行解調(diào)接收，以實現(xiàn)多路信號在同一信道中的傳輸。CDM的優(yōu)點是信道復(fù)用率和容許復(fù)用的路數(shù)不受信道的限制。信道利用率高于FDM，是數(shù)字通信中研究較多的復(fù)用方式。缺點是正交碼空間的尋找較難，要求碼空間的碼字數(shù)量適合系統(tǒng)要求。完成頻譜變換為了信息的有效與可靠傳輸，利用指定的信息類型往往需要將低頻信號的基帶頻譜搬移到適當?shù)幕蛑付ǖ念l段。如果將音頻信號或基帶數(shù)字代碼進行直接傳輸，因較大的損耗很難長距離傳送，只有借助于高頻無線電信道或分配的頻段實施通信，才能保證遠距離通信。此時需要將基帶頻譜通過某種頻譜變換搬移到高頻波段，這個過程即為調(diào)制過程。實現(xiàn)信道復(fù)用為了使多個用戶的信號共同利用同一個有較大帶寬的信道，可以采用各種復(fù)

用技術(shù)：頻分復(fù)用時分復(fù)用碼分復(fù)用提高抗干擾能力不同的調(diào)制方式，在提高傳輸?shù)挠行院涂煽啃苑矫娓饔袃?yōu)勢。如調(diào)頻廣播系統(tǒng)，它采用的頻率調(diào)制技術(shù)會付出多倍帶寬的代價，但由于抗干擾性能強，其音質(zhì)比只占10kHz帶寬的調(diào)幅廣播要好得多。提高抗干擾能力調(diào)制方式用途舉例載波調(diào)制線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)幅AM廣播單邊帶調(diào)制SSB載波通信、短波無線電話通信雙邊帶調(diào)制DSB立體聲廣播殘留邊帶調(diào)制VSB電視廣播、傳真非線性調(diào)制頻率調(diào)制FM微波中繼、衛(wèi)星通信相位調(diào)制PM中間調(diào)制法方式數(shù)字調(diào)制振幅鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸頻移鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸相位鍵控PSK、DPSK數(shù)據(jù)傳輸其它數(shù)字調(diào)制QAM、MSK數(shù)字微波、空間通信脈沖調(diào)制脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM中間調(diào)制方式、遙測脈寬調(diào)制PDM中間調(diào)制方式脈位調(diào)制PCM遙測、光纖傳輸脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM市話中繼、衛(wèi)星、空間通信增量調(diào)制DM(△M)軍用、民用數(shù)字電話差分脈幅調(diào)制DPCM電視電話、圖像編碼其它編碼方式ADPCM中速數(shù)字電話1、信道傳輸?shù)膸讉€基本概念a、信道中傳輸?shù)男盘枺耗M信號數(shù)字信號經(jīng)過信道傳輸后的數(shù)字信號可分為：確知信號隨機信號起伏信號信道傳輸?shù)膸讉€基本概念b、信道中的噪聲噪聲是一種不攜帶有用信息的電信號，是對有用信號以外的一切信號的統(tǒng)稱。根據(jù)噪聲在信道中的表現(xiàn)形式，可分為兩類：①加性噪聲：包括人為噪聲(如電火花干擾)和自然噪聲(如電波輻射和熱噪聲)。②乘性噪聲：包括各種線性畸變、非線性畸變和衰落畸變等。信道傳輸?shù)膸讉€基本概念c、信道容量通俗講，信道容量即信道傳輸信息的能力。對于連續(xù)信道的信道容量，我們假設(shè)信道的帶寬為B(單位：Hz)。信道輸出的信號功率為S(單位：w)及輸出加性高斯白噪聲功率為N(單位：w)，則該信道的信道容量為：信道傳輸?shù)膸讉€基本概念我們可以得出以下結(jié)論：

(1)提高S／N或B，則信道容量增加。

(2)給定B、S／N條件下，信道的極限傳輸能力為C，且此時能做到無差錯傳輸。

(3)c可以通過B及S／N的互換而保持不變。擴頻通信就是通過增加帶寬，以減小發(fā)射功率維持信道容量，增加系統(tǒng)的抗干擾能力和低截獲率的。信道傳輸?shù)膸讉€基本概念

d、多普勒頻移在移動通信時，由于通信節(jié)點處于運動狀態(tài)中，接收信號會有附加頻率變化，即多普勒頻移fD。fD與移動物體的移動速度有關(guān)。多普勒頻移會使信號產(chǎn)生附加調(diào)制。若電波方向與移動方向之間的夾角為,則有：式中：為移動臺運動速度；為信號波長。信道傳輸?shù)膸讉€基本概念當移動通信節(jié)點相互靠近時，．fD為正值；反之，fD為負值。當運動速度較高時，必須考慮多普勒頻移的影響，而且工作頻率越高，頻移越大。多普勒頻移產(chǎn)生的附加調(diào)頻或寄生調(diào)相均為隨機變量，對信號會產(chǎn)生干擾，在高速移動電話系統(tǒng)中，多普勒頻移影響300Hz左右的話音，足以產(chǎn)生令人不適的失真。多普勒頻移對低速數(shù)字信號傳輸不利，對高速數(shù)字信號傳輸則影響不大。2、常用信道同軸電纜(CoaxialCable)雙絞線(TwistedPairwire)光纖(OpticalFiber)無線視距中繼信道衛(wèi)星中繼信道3、電波傳播特性a、頻段劃分b、無線電波的傳播c、波段的傳播特點4、短波信道短波信道使用3MHz～30MHz的短波波段，短波通信是一種能進行遠距離傳輸，而對電臺的要求(發(fā)射功率、接收機靈敏度和電臺復(fù)雜度等方面)相對較低的通信系統(tǒng)。短波波段的電波有天波和地波兩種傳播形式。短波信道短波信道的特點：短波通信(遠距離)主要靠電離層反射達到通信的目的，由于電離層的時變性，信號傳播存在多種衰落和多徑延時，使其接收信號存在隨機性和不穩(wěn)定性，短波在實際通信中的效果是接收信號時強時弱，背景噪聲較大，信噪比低，因此工作頻率的選擇非常重要。在短波通信設(shè)備中采用了各種新技術(shù)，如高頻自適應(yīng)技術(shù)、跳頻技術(shù)、分集接收技術(shù)，傳輸數(shù)據(jù)時采用抗干擾性能強的調(diào)制解調(diào)制式和差錯控制技術(shù)等。5、散射信道散射信道通信是利用空中傳播媒質(zhì)的不均勻性對電磁波的反射作用進行的超視距通信。大氣層中的對流層、電離層和流星余跡等，都具有對入射的電磁波再向多方向輻射的特性。利用這些媒質(zhì)將視距傳播的電磁波傳送到視距以外，即可進行遠距離通信。散射信道對流層散射通信即用對流層對超短波或微波的反射作用來實施超視距通信。流星余跡通信則是利用流星穿過大氣層高速運動造成的短暫電離痕跡對無線電波的反射或散射作用進行遠距離瞬間通信。6、分集接收技術(shù)分集接收技術(shù)是為了有效克服隨參信道引起的多徑時散、多徑衰落、頻率選擇性衰落、頻率彌散等對接收信號質(zhì)量產(chǎn)生嚴重影響，使通信系統(tǒng)性能大大降低而在接收端采取的一種技術(shù)。為了提高隨參信道中信號傳輸質(zhì)量，必須采用抗衰落的有效措施。常采用的技術(shù)措施有抗衰落性能好的調(diào)制解調(diào)技術(shù)、擴頻技術(shù)、功率控制技術(shù)、與交織結(jié)合的差錯控制技術(shù)、分集接收技術(shù)等。分集接收技術(shù)所謂分集接收，是指接收端按照某種方式使它收到的攜帶同一信息的多個信號衰落特性相互獨立，并對多個信號進行特定的處理，以降低合成信號電平起伏，減小各種衰落對接收信號的影響。從廣義信道的角度來看，分集接收可看作是隨參信道中的一個組成部分，通過分集接收使包括分集接收在內(nèi)的隨參信道衰落特性得到改善。分集接收技術(shù)分集接收包含有兩重含義：①分散接收，使接收端能得到多個攜帶同一信息的、統(tǒng)計獨立的衰落信號；②集中處理，即接收端把收到的多個統(tǒng)計獨立的衰落信號進行適當?shù)暮喜ⅲ瑥亩档退ヂ涞挠绊?，改善系統(tǒng)性能。分集方式有空間分集、頻率分集、角度分集、極化分集、時間分集等多種方式。頻段劃分波段名稱波長范圍頻率范圍頻段名稱主要用途或場合超長波108m～104m3Hz～30kHz

VLF(甚低頻)音頻、電話、數(shù)據(jù)終端長波104m～103m30kHz～300kHz

LF(低頻)導(dǎo)航、信標、電力線通信中波103m～102m300kHz～3MHz

MF(中頻)AM(調(diào)幅)廣播、業(yè)余無線電短波102m～10m

3MHz～30MHz

HF(高頻)移動電話、短波廣播、業(yè)余無線電、雷達米波10m～lm

30MHz～300MHz

VHF(甚高頻)FM(調(diào)頻)廣播、TV、導(dǎo)航、移動通信分米波100cm～10cm300MHz～3GHz

UHF(超高頻)TV、遙控遙測、雷達、移動通信厘米波10cm～1cm3GHz～30GHz

SHF(特高頻)微波通信、衛(wèi)星通信、雷達毫米波10mm～1mm30GHz～300GHz：EHF(極高頻)微波通信、雷達、射電天文學(xué)無線電波的傳播表面波傳播天波傳播視距傳播散射傳播外層空間傳播波段的傳播特點長波傳播的特點中波傳播的特點短波傳播的特點超短波和微波傳播的特點長波傳播的特點由于長波的波長很長，地面的起伏與其它參數(shù)的變化對長波傳播的影響可以忽略。在通信距離小于300km時，到達接收點的電波，基本上是表面波。長波穿入電離層的深度很淺，受電離層變化的影響很小，電離層對長波的吸收也不大，因而長波的傳播比較穩(wěn)定。但是它有兩個重要的缺點：由于表面波衰減慢，發(fā)射臺發(fā)出的表面波對其它接受臺干擾很強烈；天電干擾對長波的接收影響嚴重，特別是雷雨較多的夏季。中波傳播的特點中波能以表面波或天波的形式傳播，這一點和長波一樣。但長波穿人電離層極淺，在電離層的下界面即能反射。中波較長波頻率高，故需要在比較深入的電離層處才能發(fā)生反射。波長在3000m～2000m的無線電通信，用無線或表面波傳播，接收場強都很穩(wěn)定，可用以完成可靠的通信，如船舶通信與導(dǎo)航等。波長在2000m～200m的中短波主要用于廣播，故此波段又稱廣播波段。短波傳播的特點與長波、中波一樣，短波可以靠表面波和天波傳播。由于短波頻率較高，地面吸收較強，用表面波傳播時，衰減很快，在一般情況下，短波的表面波傳播的距離只有幾十公里，不適合作遠距離通信和廣播之用。與表面波相反，頻率增高，天波在電離層中的損耗卻減小。因此可利用電離層對天波的一次或多次反射，進行遠距離無線電通信。超短波和微波傳播的特點超短波、微波的頻率很高，表面波衰減很大，電波穿入電離層很深，甚至不能反射回來，所以超短波、微波一般不用表面波或天波的傳播方式，而只能用空間波、散射波和穿透外層空間的傳播方式。由于超短波、微波的頻帶很寬，因此應(yīng)用很廣。超短波廣泛應(yīng)用于電視、調(diào)頻廣播和雷達等方面。利用微波通信時，可同時傳送幾千路電話或幾套電視節(jié)目而互不干擾。表面波傳播表面波傳播是指電波沿著地球表面?zhèn)鞑?如圖)。這時電波是緊靠著地面?zhèn)鞑サ?，地面的性質(zhì)、地貌、地物等的情況都會影響著電波的傳播。天波傳播天波模式是指電波經(jīng)天空中的電離層反射而折回地面的傳播方式。短波(3MHz-30MHz)電波主要以天波模式傳播。視距傳播視距傳播是VHF及更高的頻率(30MHz以上)電波的主要工作模式?？捎糜谛l(wèi)星和外太空通信。當發(fā)射以及接收天線架設(shè)得較高的時候，在視線范圍內(nèi)，電磁波直接從發(fā)射天線傳播到接收天線，另外還可以經(jīng)地面反射而到達接收天線。所以接收天線處的場強是直接波和反射波的合成場強，直接波不受地面影響，地面反射波要經(jīng)過地面的反射，因此要受到反射點地質(zhì)地形的影響。散射傳播大氣對流層中，除了有規(guī)則的片狀或?qū)訝顨饬魍?，還存在有不規(guī)則的，類似于水流中漩渦的不均勻體。相應(yīng)的，在電離層中則有電子密度的不均勻性。當天線輻射出去的電波，投射到這些不均勻體的時候，會產(chǎn)生類似于光的散射和反射現(xiàn)象，電波發(fā)生散射或反射，一部分能量傳播到接收點的這種傳播稱為散射傳播。外層空間傳播電磁波由地面發(fā)出(或返回)，經(jīng)低空大氣層和電離層而到達外層空間的傳播，如衛(wèi)星傳播，宇宙探測等均屬于這種遠距離傳播。由于電磁波傳播的距離很遠，且主要是在大氣以外的宇宙空間內(nèi)進行，而宇宙空間近似于真空狀態(tài)，因而電波在其中傳播時，它的傳輸特性比較穩(wěn)定。我們可以把電波穿過電離層外面的空間傳播，基本上當作自由空間中的傳播來研究。模擬信號凡信號的某一參量(如連續(xù)波的振幅、頻率、相位，脈沖波的振幅、寬度、位置等)可以取無限多個數(shù)值，且直接與信息相對應(yīng)的信號稱為模擬信號，或稱連續(xù)信號模擬信號數(shù)字信號具有兩個狀態(tài)(高、低電平或正、負電平)的電脈沖序列，凡信號在時間上離散且表征信號的某一