基于DSP離散頻率編碼雷達(dá)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)

摘要：離散頻率編碼序列集合是一種具有良好自相關(guān)和互相關(guān)性的正交編碼波形序列集合，其信號(hào)可以提升網(wǎng)狀多雷達(dá)系統(tǒng)的目標(biāo)搜索能力、追蹤與識(shí)別能力。為了設(shè)計(jì)這種信號(hào)，需要求解NP-難的組合優(yōu)化問題，且考慮到DSP的速度限制和信號(hào)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)性要求，采取簡(jiǎn)單有效的局部搜索算法，并利用TI公司的TMS320F28335和BB公司的DAC7724完成目標(biāo)算法和波形輸出，得到了符合要求的波形。
關(guān)鍵詞：離散頻率編碼序列；局部搜索算法；數(shù)字信號(hào)處理器；數(shù)／模轉(zhuǎn)換

0 引言
隨著信息融合技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)狀多雷達(dá)系統(tǒng)的目標(biāo)搜索能力、追蹤與識(shí)別能力都得到了極大的提升，進(jìn)而憑借其高性能得到更加廣泛的應(yīng)用。然而，為了避免自干擾和檢測(cè)混亂，網(wǎng)狀雷達(dá)系統(tǒng)的信號(hào)需要特殊設(shè)計(jì)。如果系統(tǒng)傳送的波形屬于一個(gè)正交編碼波形集合，而這個(gè)波形集合中的任一波形都具有近似沖擊函數(shù)的自相關(guān)性，且任兩波形間無互相關(guān)性，系統(tǒng)就可以根據(jù)實(shí)時(shí)需求來在單基、雙基、多基之間轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到比傳統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)更強(qiáng)的目標(biāo)探測(cè)、追蹤、識(shí)別能力。
正交頻率編碼也屬于一種跳頻技術(shù)，可以抑制信號(hào)傳輸過程中的多徑干擾，提高信噪比，更可以避免雷達(dá)信號(hào)被截獲，提高雷達(dá)站的安全性。同時(shí)，信號(hào)的分集傳送，也保證了信號(hào)的可恢復(fù)性，解決了衰減問題。
數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)具有強(qiáng)大的運(yùn)算和處理能力，并且具有數(shù)據(jù)傳輸速度快，可并行處理多條指令等優(yōu)點(diǎn)。使用TI公司的DSP芯片TMS3-20F28335作為控制核心，BB公司的12位數(shù)／模轉(zhuǎn)換器DAC7724作為執(zhí)行部件，能夠根據(jù)相應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)描述輸出任意波形。

1 離散頻率編碼的雷達(dá)信號(hào)的設(shè)計(jì)
假設(shè)一多雷達(dá)系統(tǒng)中有L個(gè)雷達(dá)站點(diǎn)，即有L個(gè)跳頻序列，每個(gè)跳頻序列包含N個(gè)時(shí)長(zhǎng)為tb的連續(xù)子脈沖。編碼信號(hào)可表示為：

式中：是子脈沖的編碼頻率；tb是子脈沖持續(xù)的時(shí)間。對(duì)于跳頻序列l(wèi)，其頻率編碼序列取為{n1△f，n2△f，…，nN△f)，其中：0≤ni≤N-1，一般取△f=1／tb。頻率編碼序列還可以進(jìn)一步地用系數(shù)序列表示，即{n1，n2，…，nN}。
理想情況下，信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)應(yīng)該滿足如下條件：
sl的自相關(guān)函數(shù)：


信號(hào)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是達(dá)到式(3)，式(4)所述的自相關(guān)和互相關(guān)特性。用能量函數(shù)E表示各跳頻序列自相關(guān)函數(shù)旁瓣能量及所有不同的跳頻序列間互相關(guān)函數(shù)能量之和，即：

使得E最小。這是一個(gè)NP-難問題，類似于TSP問題(旅行售貨商問題)，目前還未找到多項(xiàng)式時(shí)間算法，因此需要使用一些不一定能達(dá)到最優(yōu)解的啟發(fā)式算法來求近似最優(yōu)解。