本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于CE-OFDM(Constant Envelope Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，恒定包絡(luò)正交頻分復(fù)用)的雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科技的不斷發(fā)展，為了滿足新電磁環(huán)境下的通信需求，同一平臺(tái)上安裝的電子設(shè)備逐漸增多，造成系統(tǒng)體積、能耗和重量增大，操作復(fù)雜，冗余加大，設(shè)備間的電磁干擾加重，系統(tǒng)性能下降等諸多問(wèn)題。采用多功能綜合一體化電子系統(tǒng)是解決上述問(wèn)題的有效途徑，提出了復(fù)用方式和信號(hào)共用方式，采用信號(hào)共用方式可實(shí)現(xiàn)雷達(dá)和通信共享系統(tǒng)資源。OFDM雷達(dá)是目前應(yīng)用比較廣泛的雷達(dá),被視為雷達(dá)通信一體化中一項(xiàng)潛在的候選技術(shù)。傳統(tǒng)的使用OFDM雷達(dá)的一體化系統(tǒng)在具備高分辨探測(cè)與較快速通信優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在問(wèn)題，主要是實(shí)現(xiàn)高分辨距離和速度的測(cè)量需要的運(yùn)算量極大，而且OFDM系統(tǒng)存在固有的PARR過(guò)高問(wèn)題。

CE-OFDM系統(tǒng)的核心是峰值平均功率比恒定，將OFDM符號(hào)經(jīng)過(guò)一次相位調(diào)制之后，得到的信號(hào)功率幅度值恒定，然后在接收端進(jìn)行相應(yīng)的相位解調(diào)就可恢復(fù)出發(fā)送的OFDM符號(hào)。CE-OFDM可以完美解決傳統(tǒng)OFDM系統(tǒng)固有的PAPR過(guò)高的問(wèn)題，降低發(fā)射功率的需求，并且能提升在多徑環(huán)境下通信的性能。用一幀CE-OFDM符號(hào)替代脈沖雷達(dá)一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)的發(fā)射脈沖，使用同一信號(hào)即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)通信與雷達(dá)功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的，就是針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種基于CE-OFDM的雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于CE-OFDM的雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)，包括：

發(fā)射端：將數(shù)據(jù)信息調(diào)制為CE-OFDM信號(hào)，再將CE-OFDM信號(hào)進(jìn)行脈沖調(diào)制獲得雷達(dá)發(fā)射信號(hào)，具體方法為：

a.設(shè)數(shù)據(jù)信息經(jīng)過(guò)QAM調(diào)制后的得到長(zhǎng)度為L(zhǎng)，方差為的符號(hào)模塊將共軛對(duì)稱補(bǔ)零后獲得其中是N_zp個(gè)0組成的行矢量，N＝2L+N_zp+2，此信號(hào)結(jié)構(gòu)能夠保證IFFT輸出為實(shí)數(shù)；

b.將步驟a中獲得的排列后進(jìn)行IFFT變換，得到長(zhǎng)度為N全實(shí)數(shù)的OFDM頻域信號(hào)模塊將乘上與L和相關(guān)的歸一化常數(shù)以保證其方差標(biāo)準(zhǔn)化為1，然后進(jìn)行相位調(diào)制，并加上長(zhǎng)度為N_cp的循環(huán)前綴，以避免碼間干擾，得到的CE-OFDM信號(hào)為如下公式1所示：

公式1中，A為信號(hào)幅度，h為調(diào)制指數(shù)；

c.將CE-OFDM信號(hào)進(jìn)行脈沖調(diào)制，在一個(gè)脈沖重復(fù)周期T_r開始時(shí)，先發(fā)射N_s個(gè)CE-OFDM符號(hào)，即一幀CE-OFDM信號(hào)，剩下的時(shí)間作為間隔時(shí)間，即不發(fā)送信號(hào)；則，發(fā)射第p個(gè)脈沖中第n個(gè)有效CE-OFDM符號(hào)的信號(hào)形式可表示為如下公式2所示：

公式2中，T為有效OFDM持續(xù)時(shí)間，T_s為OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間，T_r為脈沖重復(fù)周期，f_c為載波頻率，Δf為子載波間隔頻率，h為調(diào)制指數(shù)，n＝0,...,N_s-1，p＝0,...,N_p-1，

d.將步驟c中獲得的信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換和放大后，作為發(fā)射信號(hào)；

接收端：通過(guò)接收天線接收到步驟d中的發(fā)射信號(hào)后，將接收到的信號(hào)分別送到通信處理端和雷達(dá)處理端，分別進(jìn)行通信信號(hào)的解調(diào)和雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的速度和距離信息的估計(jì)，具體方法為：

通信端口處理包括：

首先進(jìn)行脈沖解調(diào)，將CE-OFDM符號(hào)幀從脈沖信號(hào)中提取出來(lái)，然后去循環(huán)前綴得到(下標(biāo)r表示接受信號(hào))，進(jìn)行頻域均衡，之后進(jìn)行相位解調(diào)得到再進(jìn)行FFT變換將信號(hào)變回時(shí)域最后進(jìn)行QAM解調(diào)，即得到bit數(shù)據(jù)；

雷達(dá)端口處理包括：

e.將接收到的回波信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮處理，得到對(duì)目標(biāo)距離的粗略估計(jì)設(shè)光速為c，目標(biāo)的最大無(wú)模糊估計(jì)距離R_max＝cT_r/2，脈沖重復(fù)周期T_r一般為毫秒級(jí)，則對(duì)目標(biāo)估計(jì)的最大無(wú)模糊距離為百公里級(jí)；

f.由于接收端發(fā)射波形已知，先將信號(hào)變換到頻域，再根據(jù)接收的發(fā)射信息，補(bǔ)償相位編碼，得到y(tǒng)(n,p)，為接收端第p個(gè)脈沖中第n個(gè)有效CE-OFDM符號(hào)的接收數(shù)據(jù)，則第n個(gè)CE-OFDM符號(hào)的回波數(shù)據(jù)相當(dāng)于陣列的一次快拍采樣；

g.將接收數(shù)據(jù)重新排列，將每個(gè)脈沖的第n個(gè)CE-OFDM符號(hào)的數(shù)據(jù)排成一排，得到y(tǒng)(n)，則接收到的數(shù)據(jù)類似于陣元數(shù)為N_c的均勻線陣接收到的N_s次快拍采樣數(shù)據(jù)；

h.由于不同目標(biāo)間的相關(guān)性非常高，對(duì)y(n,p)與y(n)分別進(jìn)行解相干處理；

i.最后將解相干處理之后的信號(hào)，采用MUSIC算法，利用陣列信號(hào)處理中的信號(hào)子空間類超分辨處理方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)距離的估計(jì)和對(duì)目標(biāo)速度v超分辨估計(jì)，然后使用模糊次數(shù)對(duì)目標(biāo)距離估計(jì)進(jìn)行最終計(jì)算，即為對(duì)目標(biāo)距離的超分辨估計(jì)，其中為對(duì)目標(biāo)距離的粗略估計(jì)，R_max為目標(biāo)的最大無(wú)模糊估計(jì)距離，為對(duì)目標(biāo)距離的估計(jì)，為對(duì)目標(biāo)值下取整運(yùn)算。

本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明是在傳統(tǒng)的OFDM通信雷達(dá)一體化方案上提出的一種基于CE-OFDM的可提高有效數(shù)據(jù)傳輸速率和解決OFDM信號(hào)PAPR過(guò)高問(wèn)題的通過(guò)通信信息補(bǔ)償?shù)某直胬走_(dá)通信一體化方案。該方案是在傳統(tǒng)的OFDM雷達(dá)基礎(chǔ)上，發(fā)送端首先將待發(fā)送的數(shù)據(jù)通過(guò)QAM調(diào)制，IFFT變換和相位調(diào)制成為CE-OFDM符號(hào)幀，用一幀CE-OFDM符號(hào)替換一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)的單個(gè)脈沖，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率，并且解決了發(fā)送信號(hào)PAPR過(guò)高的問(wèn)題。在接收端，將接收波形脈沖解調(diào)之后，將信號(hào)進(jìn)行CE-OFDM系統(tǒng)發(fā)射過(guò)程的逆過(guò)程，即可解調(diào)出數(shù)據(jù)；而由于發(fā)射波形已知，對(duì)接收的回波進(jìn)行脈沖壓縮處理，通信信息補(bǔ)償后，可通過(guò)解相干處理和MUSIC算法，即可完成對(duì)目標(biāo)的距離和速度的超分辨估計(jì)。CE-OFDM系統(tǒng)由于其固有的恒包絡(luò)性，具有克服PAPR過(guò)高問(wèn)題的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合脈沖發(fā)射方式，和基于通信信息補(bǔ)償?shù)奶幚斫Y(jié)束，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)距離和速度的超分辨估計(jì)和提高信息傳輸速率。

附圖說(shuō)明

圖1為傳統(tǒng)OFDM雷達(dá)通信一體化方案發(fā)送端波形結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的基于CE-OFDM雷達(dá)通信一體化方案發(fā)送端波形結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明的基于CE-OFDM雷達(dá)通信一體化方案發(fā)送端結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明的基于CE-OFDM雷達(dá)通信一體化方案接收端結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明的目的是提出一種基于CE-OFDM的雷達(dá)發(fā)射方式的雷達(dá)通信一體化方案。傳統(tǒng)的使用OFDM雷達(dá)的一體化系統(tǒng)在具備高分辨探測(cè)與較快速通信優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在問(wèn)題，主要是實(shí)現(xiàn)高分辨距離和速度的測(cè)量需要的運(yùn)算量極大，而且無(wú)法解決OFDM系統(tǒng)固有的PARR問(wèn)題。而CE-OFDM系統(tǒng)的發(fā)射信號(hào)滿足PAPR＝0dB，完美解決了OFDM系統(tǒng)固有的PAPR過(guò)高問(wèn)題，同時(shí)滿足了高速通信的需求。

傳統(tǒng)的OFDM雷達(dá)的一體化方案是在脈沖雷達(dá)(Pulse Radar)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)，其發(fā)射信號(hào)結(jié)構(gòu)如圖1所示，即在一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)，用一個(gè)OFDM符號(hào)替代原本的發(fā)射脈沖。本發(fā)明的發(fā)射信號(hào)結(jié)構(gòu)如圖2所示，在一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)，每一個(gè)發(fā)射脈沖由多個(gè)子脈沖構(gòu)成，每個(gè)子脈沖是一個(gè)完整的CE-OFDM符號(hào)，即一個(gè)脈沖就由多個(gè)CE-OFDM符號(hào)構(gòu)成，這些CE-OFDM信號(hào)構(gòu)成1幀或1復(fù)幀。與傳統(tǒng)的OFDM雷達(dá)相比，在相同的信號(hào)帶寬下，通過(guò)將1個(gè)脈沖劃分為多個(gè)CE-OFDM符號(hào)的方式，提高了通信的數(shù)據(jù)率，同時(shí)更易于同步。

在本一體化方案中，設(shè)載波數(shù)為N_c，有效OFDM持續(xù)時(shí)間為T，載波間隔為Δf＝1/T，一個(gè)脈沖含有N_s個(gè)CE-OFDM符號(hào)，脈沖重復(fù)周期為T_r，載波頻率為f_c，想干處理時(shí)間為N_p個(gè)脈沖重復(fù)周期時(shí)間。基于CE-OFDM的雷達(dá)發(fā)射方式的雷達(dá)通信一體化方案的發(fā)射端結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示：

在發(fā)送端，首先將二進(jìn)制比特流經(jīng)過(guò)QAM調(diào)制，并進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行共軛對(duì)稱補(bǔ)零排列得到然后進(jìn)行IFFT變換，將其方差歸一化后，進(jìn)行相位調(diào)制，之后加上循環(huán)前綴，即得到CE-OFDM信號(hào)幀。然后將CE-OFDM信號(hào)幀進(jìn)行脈沖調(diào)制，用一幀CE-OFDM符號(hào)替換一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)的單個(gè)脈沖。最后通過(guò)射頻前端和發(fā)射天線將生成的信號(hào)發(fā)射出去。

如圖4所示：在接收端，通過(guò)接收天線和射頻前端之后，并，將接收到的信號(hào)分成兩路處理。通信端處理過(guò)程，首先進(jìn)行脈沖解調(diào)，取出CE-OFDM符號(hào)幀，并去掉循環(huán)前綴，進(jìn)行頻域均衡，之后進(jìn)行相位解調(diào)，再對(duì)解調(diào)之后的信號(hào)進(jìn)行FFT變換，并進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行QAM解調(diào)，最終得到了二進(jìn)制比特?cái)?shù)據(jù)流。雷達(dá)端處理過(guò)程，首先將接收到的回波信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮處理，再用已知的通信相位信息補(bǔ)償，之后進(jìn)行解相干處理，將得到的信號(hào)采用MUSIC算法進(jìn)行距離和速度的超分辨估計(jì)，最終得到了目標(biāo)的距離和速度信息，實(shí)現(xiàn)了通信雷達(dá)一體化。