1、中北大学机电工程学院机电控制工程系主讲人：焦国太教授第四章 军用雷达 主要内容：n1、概述 n2、现代雷达关键技术 n3、现代雷达体制介绍 1、概述 雷达一般由天线系统、发射装置、接收装置、防干扰设备、显示器、信号处理器、电源等组成1、概述一、雷达的发展历程 早在20世纪30年代，无线电技术出现了重大的突破，于是便发明了雷达。事实上，雷达探测原理的发现可追溯到19世纪晚期。早在1887年赫兹进行验证电磁波存在的实验时就曾发现：发射的电磁波会被一大块金属片反射回来，正如光会被镜面反射一样。1、概述 第二次世界大战中空用和海用雷达大多数工作于超高频或更低的频段。海军的雷达工作在200MHz频率上。
2、到战争后期，工作在400MHz、600MHz和1 200MHz频率上的雷达亦投入使用。第二次世界大战结束后，由于TR(收发)开关和磁控管的发明，雷达技术开始加速发展。收发开关使雷达的探测成功地从双(多)基变成单基雷达。也就是从收发分别用一个天线，到共用一个天线，大大简化了雷达系统。磁控管的出现使雷达的探测功率大大提高，从而大大提高了雷达的探测能力。1、概述 最新的应用有有源相控阵雷达(AESA)高频(HF)段的超视距雷达、无源雷达、双(多)基地雷达、机(或星)载预警雷达、成像雷达、组网雷达等新体制雷达。在体制上在体制上二、当前雷达技术状况1、概述采用的技术有：发射机采用频率捷变发射信号脉冲压缩
3、技术；功率单元采用固态器件；天线技术上平面阵列天线代替抛物面天线，无源有源相控阵技术开始大量采用；数字波束形成；自适应波束调零；多极化及极化控制；频率分集、空间分集和能量分集；采取设置辅助发射天线与诱饵技术。在发射接收方面在发射接收方面1、概述采用高速并行DSP构造通用信号处理模块；大规模可编程器件的信号处理模块；高速数据传输信号交换网络；分布式的综合信息处理机成像、识别；空时二维处理(STAP)；雷达反有源干扰；数字波束形成(DBF)数字副瓣对消(SLC)反欺骗式干扰、干扰源定向等；干扰回波分析与测量。MTI、MTD和脉冲多普勒(PD)雷达的复杂信号处理，高速数字数据处理，自动检测和跟踪技术
4、。在信号处理上在信号处理上1、概述 采用综合显示处理技术：有故障指示，并大量采用在线可更换单元(LRU)技术；功能上可遥测雷达的工作状态和工作模式，并有故障软化能力，无人值守能力；自动录取能力。在显示器及终端方面在显示器及终端方面1、概述采用信息与数据处理一体化技术，信息融合处理；人工智能使用；组网能力的提高。在数据处理上在数据处理上1、概述三、雷达技术的展望未来雷达探测与对抗一体化无源探测定位网络实用化雷达预警体系网络化低截获技术广泛应用目标探测与识别一体化、智能化预警系统实现全球空天一体化未来雷达探测与对抗一体化 即综合运用红外、光电、激光、通信侦察等先进探测技术，将有源雷达、无源雷达、通
5、信侦察、红外激光等探测手段融为一体，构成一个多域综合探测系统。这种系统不仅具有探测手段多样、探测频域宽、探测距离远、覆盖空间大、发现目标快、截获概率高、目标识别能力强等优点，而且灵活隐蔽，抗干扰、抗硬摧毁能力强，可实现探测与对抗一体化。无源探测定位网络实用化 各种军用装备工作时，会有意或无意地辐射电磁信号。因而，可以使用一定数量、覆盖一定区域的无源探测定位设备构成网络，对目标进行识别、定位。这种无源探测定位网络具有高度的隐蔽性、广泛的适用性、宽广的空域覆盖、极宽的频域覆盖、远距离的纵深覆盖、精细的目标识别等特性，可探测隐形目标，且体积小、重量轻、效率高。雷达预警体系网络化 由于电子对抗技术不断
6、发展，使用单部雷达进行防空作战将很难完成作战使命，所以未来将通过对多部不同体制、不同频段、不同极化方式的雷达巧妙布局，形成雷达预警网，使综合探测效能空前提高。低截获技术广泛应用 军用雷达将广泛采用信号扩谱、伪噪声编码、功率管理和频率捷变等综合性技术措施，使敌方很难侦察到雷达本身的存在。这样，在对付敌方侦察、干扰和反辐射武器攻击时，将使雷达的性能进一步提高。目标探测与识别一体化、智能化 根据未来作战的需求，雷达不仅要及时探测到对方的目标，还要能对这个目标的各种特性(如飞机架数、大小、形状、类型、作战意图等)进行识别，甚至能对目标自动成像，从而实现目标探测与识别一体化、智能化。预警系统实现全球空天
7、一体化 常规雷达受地球曲率的限制，有效距离仅几百公里。因此，对于远程低空目标，需采用超视距雷达，以克服地球曲率的影响；而对于远程中高空目标，则采用大型相控阵雷达。如需探测更大的空域，发现低空、超低空目标，则要大力发展星载雷达、气球载雷达和空中预警机等，以增加预警时间，夺取战场主动权。2、现代雷达关键技术一、动目标检测技术二、雷达低截获概率（LPI）技术三、目标识别技术四、数字信号处理技术一、动目标检测技术 现代雷达首先必须具备能在恶劣杂波干扰背景中发现目标，即具有良好的目标检测能力，只有做到这一点，才能保证防空网能防御掠地、掠海飞行的飞机和巡航导弹，尽可能早地发现威胁目标，给作战部队提供必要的
8、战斗准备时间。地物、海浪以及雨雪等形成的杂波是不能靠增大发射功率或提高接收机灵敏度来解决的。目前，抑制这些杂波主要是用动目标显示(MTI)技术和脉冲多普勒技术。一、动目标检测技术 动目标检测雷达为了抑制杂波干扰，不论是采用MTI技术或是脉冲多普勒技术，对信号有两个基本要求：信号的相干性；信号的脉间稳定性。因为MTI和脉冲多普勒两者都是相干处理，对MTI而言是为了避免信号的脉间不稳定而造成相减剩余。对脉冲多普勒而言，信号的脉间不稳定反映到信号频谱上是出现寄生分量，从而使多普勒滤波器产生不应有的输出。为了适应现代雷达抑制杂波的要求，现代雷达发射机的设计必须充分考虑以上对信号的两个基本要求，而雷达整
9、机必须采用相参体制。动目标显示(MTI)技术 动目标显示(MTI)技术采用的是时域上延时相减的处理，即一组处理采用两个回波脉冲，通过第一个回波脉冲信号进行延时然后与第二个回波脉冲信号进行相减，这样，固定物体回波信号由于相关性相减后输出为零，而移动物体由于时间差会输出一定的信号幅度完成移动目标信号显示。动目标显示技术的缺陷主要是无法准确探测出目标的移动速度。这一技术主要应用在民航空管中，军事应用较少。脉冲多普勒技术 脉冲多普勒雷达是利用多普勒效应制成的雷达。多普勒效应是奥地利物理学家C多普勒1842年发现的，即当波源和观测者有相对运动时会使观测到的频率发生变化，二者逐渐靠近时观察到的频率升高，逐
10、渐远离时频率降低，这种现象被称为多普勒效应。二、雷达低截获概率（LPI）技术1、低截获雷达 的概念 低截获概率(LPI)雷达定义：雷达探测敌方目标的同时，雷达信号被敌方截获到的可能性概率最小。其实质就是利用各种措施使得雷达截获接收机能探测到雷达辐射信号的最大距离小于雷达对截获接收机运载平台的最大发现距离。雷达低截获概率（LPI）技术截获概率因子:RiR雷达低截获概率（LPI）技术2、实现低截获概率的技术措施 低截获概率雷达与一般雷达比较 一般雷达低截获概率雷达一般发射天线高性能的特殊天线脉冲(PD)体制复杂调制的连续波(Cw)体制单载波多载波窄谱超宽谱单基地多基地雷达低截获概率（LPI）技术实
11、现低截获概率的技术措施：1）低副瓣天线技术 2）连续波、准连续波雷达体制3）脉冲压缩技术4）雷达组网技术5）频率和极化捷变技术三、目标识别技术雷达目标识别技术可分为：特征识别成像识别 最近几年，成像识别技术发展较快，星载合成孔径成像雷达(SAR)、机载合成孔径侦察雷达以及制导武器寻的成像雷达都已成功应用。特征识别技术也有丰富成果，如利用目标极化、相干及多普勒特征识别目标的种类、移动方向等，诸如从诱饵云中鉴定出有威胁目标和无威胁目标，真假弹头和轻重诱饵等。雷达目标特征识别技术 雷达目标识别基本上包括目标特征提取、模式分析和模式分类。目标特征提取、模式分析即在获取特征信息后，对模式进行分析，再按模
12、式特征来判断模式的类别。模式分类就是设法找出区分各类目标的函数，即所谓判决函数。分类器实质上是一个储存若干判决函数的数据库，用以判决模式的类别，以达到目标识别的目的。雷达目标特征识别技术 雷达目标特征识别技术大致有下列几种：1)根据回波信号的多普勒分析进行识别 2)根据目标极化特性进行识别 3)根据目标频率响应进行识别 4)根据对目标回波进行空间相干处理的方法进行识别 5)谐波识别 6)轨道识别根据回波信号的多普勒分析进行识别 有一些目标各部分运动速度不同，会在回波中产生不同的多普勒频移。例如螺旋浆飞机的螺旋浆部分与机身就会产生不同的多普勒频率。利用回波信号的频谱分析就可对目标进行识别。这类雷
13、达要有较高的频率分辨能力，故连续雷达波或高重复频率脉冲多普勒雷达较为适用。这种方法只适用于目标上有相对运动部分的情况，实践中，已用于对直升飞机机类的目标进行识别。根据目标极化特性进行识别 雷达目标可视为一极化变换器，回波极化相对于发射极化的变化就反映了目标特性，包含了有关目标的信息，因而可用于目标识别。根据目标频率响应进行识别 将目标看成是一个线性非时变系统，并用极点来表征目标的固有信息。雷达目标如同一个多输入、多输出的线性非时变系统，在 立体角内目标的任一姿态角都可视为一对输人和一对输出，分别对应于一对正交极化，不同的姿态角则对应着不同的输入与输出。因目标的极点是独立于姿态角的，故其极点可作
14、为目标的识别参数。通过解卷积与提取极点识别目标，通过适当设计发射信号，找到目标某一特定自然谐振频率，确定其极点的方法也属于这一类识别法。4根据对目标回波进行空间相干处理的方法进行识别 这种方法是利用逆合成孔径(雷达波束不动依靠目标移动成像)成像原理来实现的。任一目标都可用一特定的二级反射函数来表征其反射特性。由于目标运动，通过逆合成孔径雷达，可求得此函数。其处理步骤为：变频至基带、补偿因目标运动产生的相位项，然后再作二维逆傅氏变换以复原反射函数。根据反射函数的知识，利用经典的图像处理技术即可识别目标。可得到的分辨力取决于目标姿态角的变化范围，亦即取决于目标的运动和观察时间，姿态角变化360，理
15、论上分辨力为0.2(为波长)，而与目标距离无关。谐波识别 人造目标的金属接缝有类似于半导体结构的非线性特征，在电波反射过程中会产生谐波分量。不同的目标，所产生各次谐波分量强弱不同。借此可对目标进行分类。此法需在雷达接收机中增加若干个谐波接收通道，且要求天线必须有足够宽的频带。轨道识别 根据对多次目标回波进行处理。获得目标运行轨道，判明目标种类。例如区分卫星与导弹的识别方法即是基于这种识别方法。雷达目标成像识别技术 所谓成像识别，就是利用雷达波照射目标一段时间，并对所获得的回波串进行相干成像处理，从而得到目标的高分辨力的雷达图像。这种图像与目标的真实形状有着高度的相关性，可以通过目视经验判断或计
16、算机识别，得到目标的性质信息。雷达图像与光学图像有相似点。也有不同点，它是目标上各个组成部分的电磁波后向散射的空间分布图，而光学图像是目标上各个组成部分的光波后向散射率和散射光谱的空间分布图。雷达目标成像识别技术 雷达成像处理，核心问题是提高雷达的二维或三维等效分辨力。当二维或三维分辨力都明显小于目标尺寸时，便能呈出足以识别目标性质的图像。目前，毫米波及激光雷达成像技术在制导武器寻的方面已进入实用阶段，这两 种体制雷达成像主要采用光栅扫描或焦平面二维成像技术，目前研究的热点在三 维成像方面。数字信号处理技术 数字技术在雷达中的应用主要包括数字波形产生、数字控制、信号处理和数据处理等四个方面。数
17、字信号处理目前在雷达应用中，就功能来说主要是实现相关积累(包括快速傅里叶变换、快速卷积、脉冲压缩、数字滤波等)、非相关积累(视频积累)、数字存储(如杂波图)、目标检测(门限)、参数估计以及目标跟踪和图像处理等。数字信号处理技术 对于目标跟踪和图像处理可分为两种：用于监视和跟踪雷达(目标尺寸比分辨单元小或差不多)的数字信号处理系统；用于成像或地图测绘(目标尺寸远大于分辨单元)的情报雷达处理系统。数字信号处理技术 电子计算机技术是雷达数字信号处理的核心。在现代雷达体制中，除了能量变换的大功率及天馈系统部分外，本质上是一个计算系统。雷达对目标的搜素、检测、参数估值、跟踪和目标识别等功能实质上都是数字
18、计算和控制过程。具体的匹配滤波、脉冲压缩、动目标显示和多普勒处理，合成孔径雷达成像、自适应天线阵列处理等也是数字计算过程。理想的雷达必定是理想的计算系统。3、现代雷达体制介绍一、多普勒雷达二、相控阵雷达三、合成孔径雷达四、无源探测雷达五、毫米波雷达六、激光雷达七、天波超视距雷达多普勒雷达 脉冲多普勒雷达广泛用于机载预警、导航、导弹制导、卫星跟踪、战场侦察、靶场测量、武器火控和气象探测等方面，成为重要的军事装备。装有脉冲多普勒雷达的预警飞机，已成为对付低空轰炸机和巡航导弹的有效军事装备。此外，这种雷达还用于气象观测，对气象回波进行多普勒速度分辨，可获得不同高度大气层中各种空气湍流运动的分布情况。
19、多普勒雷达多普勒雷达 机载脉冲多普勒雷达主要由天线、发射机、接收机、伺服系统、数字信号处理机、雷达数据处理机和数据总线等组成。机载脉冲多普勒雷达通常采用相干体制，有着极高的载频稳定度和频谱纯度以及极低的天线旁瓣，并采取先进的数字信号处理技术。多普勒雷达 脉冲多普勒雷达通常采用较高以及多种的重复频率和多种发射信号形式，并可应用滤波理论在数据处理机中对目标坐标数据作进一步滤波或预测。脉冲多普勒雷达具有下列特点：(1)采用可编程序信号处理机，以增大雷达信号的处理容量、速度和灵活性，提高设备的复用性，从而使雷达能在跟踪的同时进行搜索，并能改变或增加雷达的工作状态，使雷达具有对付各种干扰的能力和超视距的
20、识别目标的能力；多普勒雷达 (2)采用可编程序栅控行波管，使雷达能工作在不同脉冲重复频率，具有自适应波形的能力，能根据不同的战术状态选用低、中或高三种脉冲重复频率的波形，并可获得各种工作状态的最佳性能；(3)采用多普勒波束锐化技术获得高分辨率，在空对地应用中可提供高分辨率的地图测绘和高分辨率的局部放大测绘，在空对空敌情判断状态可分辨出密集编队的群目标。相控阵雷达 所谓相控阵，是指由许多辐射单元排成阵列形式构成的天线，各单元之间的辐射能量和相位都是可以控制的。典型的相控阵是利用电子计算机控制移相器改变天线孔径上的相位分布来实现波束在空间扫描，即电子扫描。相位控制可采用相位法、实时法、频率法和电子
21、馈电开关法。相控阵雷达 在一维上排列若干辐射单元即为线阵，在二维空间上排列若干辐射单元称为平面阵。辐射单元也可以排列在曲线上或曲面上，这种天线称为共形阵天线。共形阵天线可以克服线阵和平面阵扫描角小的缺点，能以一部天线实现全空域电子扫描。通常的共形阵天线有环形阵、圆面阵、圆锥面阵、圆柱面阵、半球面阵等。相控阵雷达相控阵雷达有源和无源相控有源和无源相控：简单地说，对于每一个天线单元来说，没有独立的功率辐射就是“无源”，有独立的功率辐射就是“有源”。无源相控阵之所以是无源的，在于它的每一个天线单元所辐射出的能量是由发射机集中产生后送过来的，天线相位的改变依赖于计算机控制天线单元后面的移相器。有源相控
22、阵之所以是有源的，在于它的每一个天线单元拥有独立的功率辐射，而不是先接受发射机送过来的功率，再辐射出去。相控阵雷达相控阵雷达具有以下特点：(1)多目标能力。(2)多功能，机动性强。(3)反应速度快。(4)抗干扰能力强。(5)可靠性高。相控阵雷达的主要缺点：体积庞大结构复杂，造价昂贵，相控阵雷达美国“铺路爪”相控阵预警雷达合成孔径雷达 合成孔径雷达就是利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达。合成孔径雷达的特点是分辨率高，能全天候工作，能有效地识别伪装和穿透掩盖物。合成孔径雷达主要用于航空测量、航空遥感、卫星海洋观测、航天侦察、图像匹配制导等
23、。它能发现隐蔽和伪装的目标，如识别伪装的导弹地下发射井、识别云雾笼罩地区的地面目标等。在导弹图像匹配制导中，采用合成孔径雷达摄图，能使导弹击中隐蔽和伪装的目标。合成孔径雷达还用于深空探测，例如用合成孔径雷达探测月球、金星的地质结构。合成孔径雷达1、合成孔径雷达的基本工作原理 所谓合成孔径就是通过信号处理的方法将单个雷达多次照射的结果合成一等效的大尺寸天线阵列从而提高角分辨率，使雷达从用于“探测”目标转变到用于高分辨率“成像”。合成孔径雷达(SAR)就是利用其安装平台的运动，在不同的时刻从不同的位置照射目标，使用信号处理技术将多次照射回波仿真成尺寸长达数百米、甚至数千米长的天线来提高分辨率，达到
24、对地面目标成像的目的。这种雷达系统的信号处理的具体实现方法，是通过由雷达平台和目标的相对速度产生雷达信号的多普勒现象来获得高分辨率的雷达图像。合成孔径雷达 （a）条带式扫描工作模式 （b）合成孔径天线长度示意图nd5.0波束宽度的近似公式：合成孔径雷达2、合成孔径雷达的特点 合成孔径雷达较之其它空中侦察平台所使用的传感器有着明显的优势，其主要特点如下：(1)有全天候、全天时的侦察能力。(2)具有探测地下目标的能力(3)具有一定识别伪装的能力(4)具有较强的生存能力(5)具有动目标显示能力(6)具有先进的雷达成像技术(7)具有信息快速处理能力软件无线电结构及特点软件无线电结构及特点软件无线电结构
25、及特点软件无线电的体系结构的好处是多方面的：(1)软件无线电的特点和体系结构能保证电台的模块化、通用化和系列化设计，有利于减少无线电设备及其保密机的品种，降低了电台的装备和维护费用。(2)完成各种通信频段(HF、VHF、UHF、SHF等)信道调制方式，实现各军兵种协同通信。(3)用可编程器件实现的软件无线电，能灵活配置信号的波形，模拟各种在役及在研电台的工作方式。这种软件无线电不仅能与已有各类电台互通，而且还能沟通由不同电台组成的无线电网络，完成频段调制、话音编码和保密算法的变换，起到类似于“网关”或“网桥”的作用。(4)软件无线电可摆脱传统的基于点对点组网的限制，通过采用分组无线电等通信协议
26、，可组成包括栅格网在内的任意拓扑结构的无线电网络。电台组网性能的增强，提高了无线电链路的沟通概率和频谱资源的利用率，可使野战通信的抗毁能力明显改善。3.软件无线电的关键技术1)宽频带智能天线技术2)宽带AD变换器3)DSP技术在基带信号处理部分的应用4.软件无线电在军事通信中应用 软件无线电作为无线通信装备的发展方向，它实现了从硬件到软件的飞跃，带来了电台的模块化、通用化、自动化，实现了无线电台的小型化和轻型化，为不同的通信设备间的协同配合提供了保障。可以相信软件无线电，将在军事通信和其它领域中得到更为广泛的应用。宽频带智能天线技术 软件无线电要求接收机从天线接收的应该是宽频带信号(通常是几兆
27、赫至2GHz)，根据天线物理尺寸与信号波长的关系，这种宽频段天线按传统方法，采用单一天线形式是无法实现的。同时，由于射频信号的高频率(通常高达几吉赫)，即使中频处理的信号也高达几十兆赫，这种高频率信号的存在使信号干扰成为严重问题，为获取宽带信号和克服信号干扰，使用宽带智能天线成为最好的选择。宽带智能天线既有一个较宽的频率覆盖范围(通常要求2MHz2000MHz)，又可自动感知干扰源的存在，抑制其影响和自动增强有用信号的大小，并对各种无线通信制式具有兼容性，与传统的天线相比，它具有很强的抗干扰能力。宽带AD变换器 软件无线电的关键特征之一，就是使AD变换器尽可能靠近射频端。但目前的实用器件水平只
28、能在中频对模拟信号进行采样，中频信号的带宽通常在十几兆到几十兆。这种数字化有别于一般工程中的模数变换，要求具有相当高的抽样频率、位数和一定的动态范围。DSP技术在基带信号处理部分的应用 DSP技术代替专用集成电路(ASIC)，使两方面成为可能。一方面，可通过软件实现编码、调制、均衡和脉冲形成等基本功能；另一方面，系统可重新编程，以保证在多种标准下运行。特别指出的是，这里的DSP不是特指DSP芯片，它也可是现场可编程逻辑门阵列(FPGAs)和一般目的的处理器，或者是它们的混合体。多路复用技术 在军事应用上，数据链信道上允许多路信号同时传输，解决多路信号的传输问题就是信道复用问题。多路复用是指多路
29、信号(话音、数据或图像信号)共享同一个信道进行传输的通信方式。常见的信道复用方式有三种：u频分复用(FDM)u时分复用(TDM)u码分复用(CDM)。多址通信技术 多址通信是射频信道的复用。无线多址通信是指：在一个通信网内各个通信台、站共用同一个指定的射频频道，进行相互间的多边通信，也称该通信网为各用户间的多元连接。多址方式的基本类型有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)。实际中也常用到其它一些多址方式，其中也包括这三种基本多址方式的混合多址方式，比如，时分多址频分多址(FDMAFDMA)，码分多址频分多址(CDMAFDMA)等。频分多址(FDMA)频分多址(FDM
30、A)是发送端对所发信号的频率参量进行正交分割，形成许多互不重叠的频带。在接收端利用频率的正交性，通过频率选择(滤波)从混合信号中选出相应的信号。在移动通信系统中，频分多址是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的互不重叠的频道分配给不同的用户使用。这些频道互不重叠，其宽度能传输一路话音信息，而在相邻频道之间无明显的干扰。频分多址(FDMA)时分多址(TDMA)时分多址(TDMA)是发送端对所发信号的时间参量进行正交分割，形成许多互不重叠的时隙。在接收端利用时间的正交性，通过时间选择(选通门)从混合信号中选出相应的信号。时分多址(TDMA)码分多址(CDMA)码分多址是发送端用各不相同的、相互(准
31、)正交的地址码调制其所发信号。在接收端利用码型的(准)正交性，通过地址识别(相关检测)从混合信号中选出相应的信号。码分多址的特点是：网内所有用户使用同一载波、占用相同的带宽；各个用户可以同时发送或接收信号。频分复用（FDM）FDM是指按频率区分信号的复用方式。即将信道的可用频带分成若干互不重叠的子频带，在发送端每一路信号经过调制占据其中一个子频段，在接收端用适当的滤波器将它们分割开来，分别进行解调接收，以实现多个信号在同一信道中的传输。FDM的优点是信道复用率高，容许复用的路数多，同时分路也方便，是模拟通信中最主要的复用方式。缺点是设备复杂、昂贵。时分复用(TDM)TDM是指按时间区分信号的复
32、用方式。即将信道的可用时间分成若干不交叠的时间段，称为时隙(Time Slot)，在发送端每一路信号在不同的时隙进行发送，在接收端按不同的时隙进行接收，以实现多路信号在同一信道中的传输。假如有N路信号共用信道的所有时间，则N个时隙的信号称为一个信号帧(Frame)。TDM的优点是信道复用率和容许复用的路数多，受信号数量的影响少，信道利用率高于FDM，是数字通信中最主要的复用方式；缺点是需要严格的时间同步。码分复用(CDM)CDM是指按不同的调制码区分信号的复用方式。即将各路信号用正交(或伪正交)的码字进行调制、发送，在接收端用不同的码进行解调接收，以实现多路信号在同一信道中的传输。CDM的优点
33、是信道复用率和容许复用的路数不受信道的限制。信道利用率高于FDM，是数字通信中研究较多的复用方式。缺点是正交码空间的寻找较难，要求码空间的码字数量适合系统要求。完成频谱变换 为了信息的有效与可靠传输，利用指定的信息类型往往需要将低频信号的基带频谱搬移到适当的或指定的频段。如果将音频信号或基带数字代码进行直接传输，因较大的损耗很难长距离传送，只有借助于高频无线电信道或分配的频段实施通信，才能保证远距离通信。此时需要将基带频谱通过某种频谱变换搬移到高频波段，这个过程即为调制过程。实现信道复用 为了使多个用户的信号共同利用同一个有较大带宽的信道，可以采用各种复用技术：频分复用时分复用码分复用提高抗干
34、扰能力 不同的调制方式，在提高传输的有效性和可靠性方面各有优势。如调频广播系统，它采用的频率调制技术会付出多倍带宽的代价，但由于抗干扰性能强，其音质比只占10kHz带宽的调幅广播要好得多。提高抗干扰能力调制方式用途举例载波调制线性调制常规双边带调幅AM广播单边带调制SSB载波通信、短波无线电话通信双边带调制DSB立体声广播残留边带调制VSB电视广播、传真非线性调制频率调制FM微波中继、卫星通信相位调制PM中间调制法方式数字调制振幅键控ASK数据传输频移键控FSK数据传输相位键控PSK、DPSK数据传输其它数字调制QAM、MSK数字微波、空间通信脉冲调制脉冲模拟调制脉幅调制PAM中间调制方式、遥
35、测脉宽调制PDM中间调制方式脉位调制PCM遥测、光纤传输脉冲数字调制脉码调制PCM市话中继、卫星、空间通信增量调制DM(M)军用、民用数字电话差分脉幅调制DPCM电视电话、图像编码其它编码方式ADPCM中速数字电话1、信道传输的几个基本概念a、信道中传输的信号：模拟信号数字信号经过信道传输后的数字信号可分为：u确知信号u随机信号u起伏信号信道传输的几个基本概念b、信道中的噪声 噪声是一种不携带有用信息的电信号，是对有用信号以外的一切信号的统称。根据噪声在信道中的表现形式，可分为两类：加性噪声：包括人为噪声(如电火花干扰)和自然噪声(如电波辐射和热噪声)。乘性噪声：包括各种线性畸变、非线性畸变和
36、衰落畸变等。信道传输的几个基本概念c、信道容量 通俗讲，信道容量即信道传输信息的能力。对于连续信道的信道容量，我们假设信道的带宽为B(单位：Hz)。信道输出的信号功率为S(单位：w)及输出加性高斯白噪声功率为N(单位：w)，则该信道的信道容量为：sbpsNSBC1log2信道传输的几个基本概念 我们可以得出以下结论：(1)提高SN或B，则信道容量增加。(2)给定B、SN条件下，信道的极限传输能力为C，且此时能做到无差错传输。(3)c可以通过B及SN的互换而保持不变。扩频通信就是通过增加带宽，以减小发射功率维持信道容量，增加系统的抗干扰能力和低截获率的。信道传输的几个基本概念 d、多普勒频移 在
37、移动通信时，由于通信节点处于运动状态中，接收信号会有附加频率变化，即多普勒频移fD。fD与移动物体的移动速度有关。多普勒频移会使信号产生附加调制。若电波方向与移动方向之间的夹角为 ,则有：式中：为移动台运动速度；为信号波长。cosvfDv信道传输的几个基本概念 当移动通信节点相互靠近时，fD为正值；反之，fD为负值。当运动速度较高时，必须考虑多普勒频移的影响，而且工作频率越高，频移越大。多普勒频移产生的附加调频或寄生调相均为随机变量，对信号会产生干扰，在高速移动电话系统中，多普勒频移影响300Hz 左右的话音，足以产生令人不适的失真。多普勒频移对低速数字信号传输不利，对高速数字信号传输则影响不
38、大。2、常用信道同轴电缆(Coaxial Cable)双绞线(Twisted Pairwire)光纤(Optical Fiber)无线视距中继信道 卫星中继信道 3、电波传播特性a、频段划分 b、无线电波的传播 c、波段的传播特点4、短波信道 短波信道使用3MHz30MHz的短波波段，短波通信是一种能进行远距离传输，而对电台的要求(发射功率、接收机灵敏度和电台复杂度等方面)相对较低的通信系统。短波波段的电波有天波和地波两种传播形式。短波信道短波信道的特点：短波通信(远距离)主要靠电离层反射达到通信的目的，由于电离层的时变性，信号传播存在多种衰落和多径延时，使其接收信号存在随机性和不稳定性，短波
39、在实际通信中的效果是接收信号时强时弱，背景噪声较大，信噪比低，因此工作频率的选择非常重要。在短波通信设备中采用了各种新技术，如高频自适应技术、跳频技术、分集接收技术，传输数据时采用抗干扰性能强的调制解调制式和差错控制技术等。5、散射信道 散射信道通信是利用空中传播媒质的不均匀性对电磁波的反射作用进行的超视距通信。大气层中的对流层、电离层和流星余迹等，都具有对入射的电磁波再向多方向辐射的特性。利用这些媒质将视距传播的电磁波传送到视距以外，即可进行远距离通信。散射信道 对流层散射通信即用对流层对超短波或微波的反射作用来实施超视距通信。流星余迹通信则是利用流星穿过大气层高速运动造成的短暂电离痕迹对无
40、线电波的反射或散射作用进行远距离瞬间通信。6、分集接收技术 分集接收技术是为了有效克服随参信道引起的多径时散、多径衰落、频率选择性衰落、频率弥散等对接收信号质量产生严重影响，使通信系统性能大大降低而在接收端采取的一种技术。为了提高随参信道中信号传输质量，必须采用抗衰落的有效措施。常采用的技术措施有抗衰落性能好的调制解调技术、扩频技术、功率控制技术、与交织结合的差错控制技术、分集接收技术等。分集接收技术 所谓分集接收，是指接收端按照某种方式使它收到的携带同一信息的多个信号衰落特性相互独立，并对多个信号进行特定的处理，以降低合成信号电平起伏，减小各种衰落对接收信号的影响。从广义信道的角度来看，分集
41、接收可看作是随参信道中的一个组成部分，通过分集接收使包括分集接收在内的随参信道衰落特性得到改善。分集接收技术分集接收包含有两重含义：分散接收，使接收端能得到多个携带同一信息的、统计独立的衰落信号；集中处理，即接收端把收到的多个统计独立的衰落信号进行适当的合并，从而降低衰落的影响，改善系统性能。分集方式有空间分集、频率分集、角度分集、极化分集、时间分集等多种方式。频段划分波段名称波长范围 频率范围频段名称 主要用途或场合超长波108m104m3Hz30kHz VLF(甚低频)音频、电话、数据终端长波104m103m30kHz300kHz LF(低频)导航、信标、电力线通信 中波103m102m3
42、00kHz 3MHz MF(中频)AM(调幅)广播、业余无线电 短波102m10m 3MHz30MHz HF(高频)移动电话、短波广播、业余无线电、雷达米波10mlm 30MHz300MHz VHF(甚高频)FM(调频)广播、TV、导航、移动通信 分米波100cm10cm300MHz3GHz UHF(超高频)TV、遥控遥测、雷达、移动通信 厘米波10cm1cm3GHz30GHz SHF(特高频)微波通信、卫星通信、雷达毫米波10mm1mm30GHz300GHz：EHF(极高频)微波通信、雷达、射电天文学无线电波的传播表面波传播 天波传播视距传播 散射传播 外层空间传播波段的传播特点n长波传播的
43、特点n中波传播的特点n短波传播的特点n超短波和微波传播的特点长波传播的特点 由于长波的波长很长，地面的起伏与其它参数的变化对长波传播的影响可以忽略。在通信距离小于300km时，到达接收点的电波，基本上是表面波。长波穿入电离层的深度很浅，受电离层变化的影响很小，电离层对长波的吸收也不大，因而长波的传播比较稳定。但是它有两个重要的缺点：由于表面波衰减慢，发射台发出的表面波对其它接受台干扰很强烈；天电干扰对长波的接收影响严重，特别是雷雨较多的夏季。中波传播的特点 中波能以表面波或天波的形式传播，这一点和长波一样。但长波穿人电离层极浅，在电离层的下界面即能反射。中波较长波频率高，故需要在比较深入的电离
44、层处才能发生反射。波长在3000m2000m的无线电通信，用无线或表面波传播，接收场强都很稳定，可用以完成可靠的通信，如船舶通信与导航等。波长在2000m200m的中短波主要用于广播，故此波段又称广播波段。短波传播的特点 与长波、中波一样，短波可以靠表面波和天波传播。由于短波频率较高，地面吸收较强，用表面波传播时，衰减很快，在一般情况下，短波的表面波传播的距离只有几十公里，不适合作远距离通信和广播之用。与表面波相反，频率增高，天波在电离层中的损耗却减小。因此可利用电离层对天波的一次或多次反射，进行远距离无线电通信。超短波和微波传播的特点 超短波、微波的频率很高，表面波衰减很大，电波穿入电离层很
45、深，甚至不能反射回来，所以超短波、微波一般不用表面波或天波的传播方式，而只能用空间波、散射波和穿透外层空间的传播方式。由于超短波、微波的频带很宽，因此应用很广。超短波广泛应用于电视、调频广播和雷达等方面。利用微波通信时，可同时传送几千路电话或几套电视节目而互不干扰。表面波传播 表面波传播是指电波沿着地球表面传播(如图)。这时电波是紧靠着地面传播的，地面的性质、地貌、地物等的情况都会影响着电波的传播。天波传播 天波模式是指电波经天空中的电离层反射而折回地面的传播方式。短波(3MHz-30MHz)电波主要以天波模式传播。视距传播 视距传播是VHF及更高的频率(30MHz以上)电波的主要工作模式。可
46、用于卫星和外太空通信。当发射以及接收天线架设得较高的时候，在视线范围内，电磁波直接从发射天线传播到接收天线，另外还可以经地面反射而到达接收天线。所以接收天线处的场强是直接波和反射波的合成场强，直接波不受地面影响，地面反射波要经过地面的反射，因此要受到反射点地质地形的影响。散射传播 大气对流层中，除了有规则的片状或层状气流外，还存在有不规则的，类似于水流中漩涡的不均匀体。相应的，在电离层中则有电子密度的不均匀性。当天线辐射出去的电波，投射到这些不均匀体的时候，会产生类似于光的散射和反射现象，电波发生散射或反射，一部分能量传播到接收点的这种传播称为散射传播。外层空间传播 电磁波由地面发出(或返回)
47、，经低空大气层和电离层而到达外层空间的传播，如卫星传播，宇宙探测等均属于这种远距离传播。由于电磁波传播的距离很远，且主要是在大气以外的宇宙空间内进行，而宇宙空间近似于真空状态，因而电波在其中传播时，它的传输特性比较稳定。我们可以把电波穿过电离层外面的空间传播，基本上当作自由空间中的传播来研究。模拟信号凡信号的某一参量(如连续波的振幅、频率、相位，脉冲波的振幅、宽度、位置等)可以取无限多个数值，且直接与信息相对应的信号称为模拟信号，或称连续信号模拟信号模拟信号数字信号具有两个状态(高、低电平或正、负电平)的电脉冲序列，凡信号在时间上离散且表征信号的某一参量(如振幅、频率、相位等)只能取有限个数值
48、称为数字信号。数字信号数字信号确知信号即接收端能够准确知道其码元波形的信号，是一种理想情况。确知信号确知信号随机信号该信号的相位由于传输时延的不确定而带有随机性，使接收码元的相位随机变化随机信号随机信号起伏信号此时接收信号的包络及相位均随机变化，通过多径信道传输的信号具有该特性。起伏信号起伏信号2、现代军事通信技术消息的产生地把各种消息转换成原始电信号，称之为消息信号或基带信号。信源的作用信源的作用信源信源2、现代军事通信技术其基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式。对数字通信系统而
49、言，发送设备常常又可分为信源编码与信道编码。发送设备发送设备2、现代军事通信技术 信道是指传输信号的物理媒质。信道2、现代军事通信技术它不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及信道中所固有的，并且是人们所不希望的。噪声源噪声源 2、现代军事通信技术它的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解码等。是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。接收设备接收设备的任务的任务接收设备接收设备2、现代军事通信技术它是传输信息的归宿点，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。受信者受信者同轴电缆 同轴电缆由同轴心的内层导线
50、、绝缘层、外层导体与保护套组成。特征阻抗通常为50 或75 。由于外层导体形成的屏蔽作用，电磁场封闭在内外导体之间，故辐射损耗小，受外界干扰影响小，传输频带较宽，但由于受到内外层导体之间所形成的电容的影响，传输距离随着频率的升高急剧减少，而且成本较高。同轴电缆目前广泛应用于有线电视网络和高频信号设备的级联中，在20世纪90年代之前曾广泛应用于计算机以太网络的连接。双绞线由两根互相绝缘的导线绞合而成，外层有保护套。双绞线按屏蔽方式可分为非屏蔽的(UTP)与屏蔽的(STP)，目前常用是UTP。目前双绞线的传输带宽可达1GHz以上，价格较低廉，但易受电磁干扰，传输距离设备之间在百米量级。双绞线常用于
