基于DSP離散頻率編碼雷達信號的實現

摘要：離散頻率編碼序列集合是一種具有良好自相關和互相關性的正交編碼波形序列集合，其信號可以提升網狀多雷達系統的目標搜索能力、追蹤與識別能力。為了設計這種信號，需要求解NP-難的組合優化問題，且考慮到DSP的速度限制和信號產生的實時性要求，采取簡單有效的局部搜索算法，并利用TI公司的TMS320F28335和BB公司的DAC7724完成目標算法和波形輸出，得到了符合要求的波形。
關鍵詞：離散頻率編碼序列；局部搜索算法；數字信號處理器；數／模轉換

0 引言
隨著信息融合技術的快速發展，網狀多雷達系統的目標搜索能力、追蹤與識別能力都得到了極大的提升，進而憑借其高性能得到更加廣泛的應用。然而，為了避免自干擾和檢測混亂，網狀雷達系統的信號需要特殊設計。如果系統傳送的波形屬于一個正交編碼波形集合，而這個波形集合中的任一波形都具有近似沖擊函數的自相關性，且任兩波形間無互相關性，系統就可以根據實時需求來在單基、雙基、多基之間轉換，從而達到比傳統雷達系統更強的目標探測、追蹤、識別能力。
正交頻率編碼也屬于一種跳頻技術，可以抑制信號傳輸過程中的多徑干擾，提高信噪比，更可以避免雷達信號被截獲，提高雷達站的安全性。同時，信號的分集傳送，也保證了信號的可恢復性，解決了衰減問題。
數字信號處理器(DSP)具有強大的運算和處理能力，并且具有數據傳輸速度快，可并行處理多條指令等優點。使用TI公司的DSP芯片TMS3-20F28335作為控制核心，BB公司的12位數／模轉換器DAC7724作為執行部件，能夠根據相應的數學函數描述輸出任意波形。

1 離散頻率編碼的雷達信號的設計
假設一多雷達系統中有L個雷達站點，即有L個跳頻序列，每個跳頻序列包含N個時長為tb的連續子脈沖。編碼信號可表示為：

式中：是子脈沖的編碼頻率；tb是子脈沖持續的時間。對于跳頻序列l，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一步地用系數序列表示，即{n1，n2，…，nN}。
理想情況下，信號的自相關函數和互相關函數應該滿足如下條件：
sl的自相關函數：


信號設計的目標是達到式(3)，式(4)所述的自相關和互相關特性。用能量函數E表示各跳頻序列自相關函數旁瓣能量及所有不同的跳頻序列間互相關函數能量之和，即：

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