基于ofdm的高分辨率雷達(dá)通信一體化的波形優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)的信號(hào)設(shè)計(jì)和通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于OFDM的高分辨 率雷達(dá)通信一體化的波形優(yōu)化方法，即一種基于正交頻分復(fù)用（OFDM)的高分辨率雷達(dá)通 信一體化的波形優(yōu)化方法，適用于同時(shí)實(shí)現(xiàn)高分辨率雷達(dá)的目標(biāo)距離和目標(biāo)速度估計(jì)，以 及高數(shù)據(jù)率通信。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，和新戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下軍事需求量的不斷增大，使得同一作 戰(zhàn)平臺(tái)上的電子裝備逐漸增多，造成該作戰(zhàn)平臺(tái)上的體積和能耗逐漸增大，該作戰(zhàn)平臺(tái)設(shè) 備間的電磁干擾也逐漸加重。采用雷達(dá)和通信的一體化是解決上述問(wèn)題的有效途徑，使得 各種電子裝備共用同一作戰(zhàn)平臺(tái)資源，達(dá)到該作戰(zhàn)平臺(tái)上的各種電子裝備的功能實(shí)現(xiàn)目 的。
[0003] 為實(shí)現(xiàn)雷達(dá)和通信的一體化，關(guān)鍵是設(shè)計(jì)雷達(dá)和通信的一體化的信號(hào)波形。目前 雷達(dá)和通信的一體化的信號(hào)波形設(shè)計(jì)方式包括兩類(lèi)方式：一類(lèi)方式是采用復(fù)用技術(shù)對(duì)雷達(dá) 和通信的一體化的信號(hào)波形進(jìn)行設(shè)計(jì)，另一類(lèi)方式是直接使用通信信號(hào)的雷達(dá)波形對(duì)雷達(dá) 和通信的一體化的信號(hào)波形進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用復(fù)用技術(shù)對(duì)雷達(dá)和通信的一體化的信號(hào)波形進(jìn) 行設(shè)計(jì)的復(fù)用技術(shù)主要有空分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、頻分復(fù)用和碼分復(fù)用，但該類(lèi)方式會(huì)造成雷 達(dá)和通信在空域、時(shí)域、頻域、碼域均不能實(shí)現(xiàn)資源共享，使其應(yīng)用受到限制。
[0004] 對(duì)于直接使用通信信號(hào)的雷達(dá)波形設(shè)計(jì)方法，主要采用正交頻分復(fù)用 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing， 0FDM)符號(hào)，該 OFDM 符號(hào)具有 很高的頻譜利用率，抗多徑衰落，便于同步和均衡，并且該OFDM符號(hào)含有的子載波 調(diào)制也很靈活，使得在通信中的應(yīng)用極為廣泛。已有學(xué)者研究OFDM符號(hào)在雷達(dá)中 的應(yīng)用，文南犬''Tianxian Zhang, Xiang-Gen Xia. OFDM Synthetic Aperture Radar Imaging With Sufficient Cyclic Prefix[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，2015,53(l):394-404." 和文獻(xiàn)"Satyabrata Sen. OFDM Radar Space-Time Adaptive Processing by Exploiting Spatio-Temporal Sparsity[J]. IEEE Transactions on Signal Processing，2013,61(l):118-130·"，以及文獻(xiàn)"張衛(wèi)，唐希源， 顧紅等.OFDM雷達(dá)信號(hào)模糊函數(shù)分析[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，35(4) :513-518. "和 文南犬''Satyabrata Sen, Arye Nehorai. Sparsity-Based Multi-Target Tracking Using OFDM Radar [J]. IEEE Transactions on Singnal Processing, 2011, 59 (4) : 1902-1906. 但該文獻(xiàn)均未考慮雷達(dá)和通信的一體化，并且在雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的每一脈沖內(nèi)均只發(fā)射一 個(gè)OFDM符號(hào)，若直接用于實(shí)現(xiàn)通信功能，則存在信息傳輸率低且同步困難文獻(xiàn)"Christian Sturm 1Werner ffiesbeck. Waveform Design and Signal Processing Aspects for Fusion of Wireless Communications and Radar Sensing[J]. IEEE Transactions on Proceedin gs，2011，99 (7) : 1236-1259"雖考慮雷達(dá)和通信的一體化，并采用收發(fā)分置的連續(xù)波發(fā)射方 式，通過(guò)矩陣點(diǎn)除法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)距離和目標(biāo)速度的估計(jì)，但是使用該方法獲得雷達(dá)的目標(biāo)距 離和目標(biāo)速度的分辨率均很低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于OFDM的高分辨率雷 達(dá)通信一體化的波形優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)提高通信的數(shù)據(jù)率和雷達(dá)的高分辨率參數(shù)估計(jì)同時(shí)進(jìn) 行。
[0006] 本發(fā)明的主要思路是：雷達(dá)發(fā)射端采用脈沖發(fā)射方式得到雷達(dá)發(fā)射端發(fā)射的信 號(hào)，并分別發(fā)送至通信端和雷達(dá)接收端，該信號(hào)到達(dá)通信端后進(jìn)行信息解調(diào)，得到信息解調(diào) 后的信號(hào)，對(duì)雷達(dá)接收端接收到的該信號(hào)的回波信號(hào)分別進(jìn)行脈沖壓縮處理和通信信息補(bǔ) 償，分別得到目標(biāo)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)估計(jì)距離和通信信息補(bǔ)償后的回波信號(hào)，對(duì)該回波信號(hào)進(jìn)行 解相干處理，得到多個(gè)時(shí)間子陣的平均值，利用MUSIC算法計(jì)算該平均值中與目標(biāo)距離和 目標(biāo)速度有關(guān)的譜函數(shù)，進(jìn)而得到目標(biāo)對(duì)應(yīng)的存在距離模糊的目標(biāo)距離和無(wú)模糊的目標(biāo)速 度，對(duì)存在距離模糊的目標(biāo)距離進(jìn)行解距離模糊處理，得到目標(biāo)對(duì)應(yīng)的無(wú)模糊目標(biāo)距離和 無(wú)模糊的目標(biāo)速度，即為目標(biāo)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)真實(shí)距離和目標(biāo)真實(shí)速度。
[0007] 為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0008] -種基于OFDM的高分辨率雷達(dá)通信一體化的波形優(yōu)化方法，其特征在于，包括以 下步驟：
[0009] 步驟1，雷達(dá)發(fā)射端采用脈沖發(fā)射方式發(fā)射P個(gè)脈沖，得到雷達(dá)發(fā)射端發(fā)射的 PXNs個(gè)有效OFDM符號(hào)；其中，P表示雷達(dá)發(fā)射端發(fā)射的脈沖總個(gè)數(shù)，N s表示雷達(dá)發(fā)射端發(fā) 射的每一個(gè)脈沖包含的有效OFDM符號(hào)總個(gè)數(shù)；
[0010] 步驟2,根據(jù)雷達(dá)發(fā)射端發(fā)射的PXNs個(gè)有效OFDM符號(hào)，得到雷達(dá)端發(fā)射的第p個(gè) 脈沖中的第η個(gè)有效OFDM符號(hào)的信號(hào)S t (t-ηΤ-ρ?；)，并分別發(fā)送至通信端和雷達(dá)接收端； 其中，雷達(dá)發(fā)射端也是雷達(dá)接收端，P e {1，2,…，Ρ}，P表示雷達(dá)發(fā)射端發(fā)射的脈沖總個(gè)數(shù)， n e {1，2,…，Nj，隊(duì)表不雷達(dá)發(fā)射端發(fā)射的每一個(gè)脈沖包含的有效OFDM符號(hào)總個(gè)數(shù)，t表 示時(shí)間變量，?；表示脈沖重復(fù)周期，T表示有效OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間；
[0011] 步驟3,雷達(dá)發(fā)射端發(fā)射的第p個(gè)脈沖中的第η個(gè)有效OFDM符號(hào)的信號(hào) St (t-ηΤ-ρ?；)，經(jīng)過(guò)傳播過(guò)程中的衰減和延遲到達(dá)通信端，并按照傳統(tǒng)正交頻分復(fù)用通信解 調(diào)方式對(duì)其進(jìn)行信息解調(diào)，得到信息解調(diào)后的信號(hào)；
[0012] 其中，ρ e {1，2,…，P}，P表示雷達(dá)發(fā)射端發(fā)射的脈沖總個(gè)數(shù)，n e {1，2,…，Ns}， 隊(duì)表不雷達(dá)發(fā)射端發(fā)射的每一個(gè)脈沖包含的有效OFDM符號(hào)總個(gè)數(shù)，t表不時(shí)間變量，1\表 示脈沖重復(fù)周期，T表示有效OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間；
[0013] 步驟4,對(duì)雷達(dá)接收端接收到的雷達(dá)發(fā)射端發(fā)射的第p個(gè)脈沖中的第η個(gè)有效 OFDM符號(hào)的信號(hào)st(t-nT-p!；)的回波信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮處理，得到隊(duì)個(gè)目標(biāo)各自對(duì)應(yīng) 的目標(biāo)估計(jì)距離ξ，對(duì)雷達(dá)接收端接收到的雷達(dá)發(fā)射端發(fā)射的第P個(gè)脈沖中的第η個(gè)有效 OFDM符號(hào)的信號(hào)St(t-ηΤ-ρ?；)的回波信號(hào)進(jìn)行通信信息補(bǔ)償，得到通信信息補(bǔ)償后的回波 信號(hào)；
[0014] 其中，ρ e {1，2,…，Ρ}，P表不雷達(dá)發(fā)射端發(fā)射的脈沖總個(gè)數(shù)，n e {1，2,…，Ns}， 隊(duì)表不雷達(dá)發(fā)射端發(fā)射的每一個(gè)脈沖包含的有效OFDM符號(hào)總個(gè)數(shù)，t表不時(shí)間變量，1\表 示脈沖重復(fù)周期，T表示有效OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間，i e {1，…，NJ，Nt表示雷達(dá)接收端所在 場(chǎng)景中的目標(biāo)總個(gè)數(shù)；
[0015] 步驟5,對(duì)通信信息補(bǔ)償后的回波信號(hào)進(jìn)行解相干處理，得到第k個(gè)時(shí)間子陣的協(xié) 方差矩陣:?，進(jìn)而得到凡-M+l個(gè)時(shí)間子陣的平均值食；其中，N。表示每一個(gè)有效OFDM符號(hào) 包含的載波數(shù)，M表示每一個(gè)時(shí)間子陣包含的載波個(gè)數(shù)；
[0016] 步驟6,利用MUSIC算法計(jì)算Ne_M+l個(gè)時(shí)間子陣的平均值R中與目標(biāo)距離和目標(biāo) 速度有關(guān)的譜函數(shù)P (V，R)，進(jìn)而得到隊(duì)個(gè)目標(biāo)各自對(duì)應(yīng)的存在距離模糊的目標(biāo)距離t和無(wú) 模糊的目標(biāo)速度《；其中，N。表不每一個(gè)有效OFDM符號(hào)包含的載波數(shù)，M表不每一個(gè)時(shí)間子 陣包含的載波個(gè)數(shù)，i e {1，2,…，Nt};
[0017] 步驟7,對(duì)Nt個(gè)目標(biāo)各自對(duì)應(yīng)的存在距離模糊的目標(biāo)距離我分別進(jìn)行解距離模糊 處理，得到N t個(gè)目標(biāo)各自對(duì)應(yīng)的目標(biāo)真實(shí)距離I:;其中，i e {1，*"，^}，隊(duì)表示雷達(dá)接收端 所在場(chǎng)景中的目標(biāo)總個(gè)數(shù)。
[0018] 本發(fā)明有益效果：
[0019] 1)本發(fā)明采用脈沖發(fā)射方式，能夠使得發(fā)射的每一脈沖由多個(gè)子脈沖構(gòu)成，并且 每個(gè)子脈沖為一個(gè)OFDM符號(hào)，也能夠在發(fā)射的每個(gè)脈沖內(nèi)實(shí)現(xiàn)通信信息傳輸，與以往傳統(tǒng) 的通信方式相比較能夠提高通信的數(shù)據(jù)率；
[0020] 2)與傳統(tǒng)的OFDM符號(hào)相比，本發(fā)明方法使用的OFDM符號(hào)中包含循環(huán)前綴部分，該 循環(huán)前綴部分可以有效抑制由多徑傳播導(dǎo)致的碼間干擾；
[0021] 3)本發(fā)明中的雷達(dá)發(fā)射端發(fā)射的信號(hào)與傳統(tǒng)雷達(dá)發(fā)射的線性調(diào)頻信號(hào)方式在距 離分辨率方面相比，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)通信功能，還能夠在相同脈沖寬度、相同脈沖重復(fù)周期和 相同信號(hào)帶寬下，實(shí)現(xiàn)與FFT算法處理結(jié)果相同的目標(biāo)距離和目標(biāo)速度的高分辨率目的。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0023] 圖1為本發(fā)明的一種基于OFD