CN104580052A - 一种新的多载波直扩信号在雷达通信一体化中的应用 - Google Patents
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Abstract
本申请发明专利为一种基于互补码多载波直扩（MC-DS）的雷达通信一体化波形设计，属于多功能电子***中基于信号共享的雷达通信一体化研究的一个新体制共享波形设计方法。在雷达通信一体化波形设计应用中，针对雷达通信的理想共享信号为较短序列的高主旁瓣比的要求，本发明设计了具有大容量数据传输优点和满足共享信号设计要求的MC-DS的雷达通信一体化波形设计方法，此方法采用OFDM信号形式，简化了多载波***设计的复杂度。并且所发明的信号设计方式能够获得低距离旁瓣，有效的解决近距离探测的问题，又可以满足大容量数据传输的要求，符合基于信号共享的雷达通信一体化设计要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种多载波直扩（MC-DSSS）的雷达通信一体化波形设计方案，可以适用于基于信号共享的雷达通信一体化波形设计，该波形设计方案采用正交频分复用（OFDM）与扩频技术相结合的互补码MC-DSSS一体化雷达通信波形设计，该方法不仅获得了具有理想的相关性的一体化波形，同时又继承了频分多载波的大容量数据传输的优点，而且此方案所采用的OFDM信号形式，简化了多载波共享***设计的复杂度。
背景技术
信息化战争条件下，武器平台需要配备雷达、通信、电子对抗等越来越多的电子设备，为了解决多种电子设备引起的平台机动性减弱，以及相互电磁干扰严重和数据传输率较低等问题，一体化多功能电子***成为新的研究热点。雷达通信一体化是多功能电子***的一个重要的研究方向，基于信号共享的雷达通信一体化***因其一体化程度最高而备受关注。扩频相位编码信号具有高分辨率，低截获的优良性能而广泛受到研究者关注，若利用扩频序列测距，可以同时兼得距离分辨力和探测距离，且扩频雷达体制具有更低的峰值功率，降低了对固态发射机的功率要求，具有良好的低截获性。因此，基于扩频技术的共享波形引起了研究者的注意，雷达和通信***，对扩频序列的具体要求不同，下面将从共享信号相关性、多普勒容限和回波遮掩等问题对雷达通信一体化共享信号的需求进行讨论。
1、共享信号相关性要求
对于通信应用，需要特定数量的可利用的正交序列组，序列组必须有理想的互相关特性，对于任意的时延，序列必须保持良好的正交性，但是对于二相码序列而言，可利用的正交序列组较少，难以满足通信多路数据复用的要求。对于雷达的应用，所采用的序列必须具有良好的自相关特性，序列的自相关函数必须有单一的峰值，使其具有高的主旁瓣比。倘若不考虑其它因素对相关性的影响，设计基于扩频序列的雷达通信一体化波形应该采用长周期的多相伪随机序列。
2、序列多普勒容限
多普勒频移是影响雷达通信一体化***性能的重要因素之一，假设径向相对速度为 ，通信接收机的多普勒频移可表示为，其中为波长，为载波频率，为光速。而在雷达的应用中，由于两倍路程的传播，多普勒频移增为2倍，则雷达接收机的多普勒频移为。因此，雷达对于多普勒频移的要求更为苛刻。为了使得一体化***对于目标引起的多普勒频移具有鲁棒性，在整个相关计算中，扩频序列的持续时间必须较短，使得在整个处理时间内，多普勒频移对扩频调制符号的影响较小。因此，雷达通信一体化***中采用扩频序列作为发射波形时，序列的长度选择还需要考虑主旁瓣比和多普勒频移对***的影响。
3、回波遮掩
雷达通信一体化***在执行雷达功能时，采用“发时不收，收时不发”避免了连续波雷达的信号泄露问题，但长序列高占空比的发射信号会产生回波的距离遮挡。若部分回波信号被发射信号遮挡，由于接收回波序列不完整使得序列的自相关旁瓣幅度增加，则严重影响目标检测的效果。因此，若采用较长的序列则会引起较为严重的回波遮掩问题。
综上所述：设计基于扩频序列的雷达通信一体化共享波形需要考虑序列相关性、多普勒容限和回波遮掩率。相关性要求扩频序列具有较长的周期，然而，长周期序列面临多普勒容限较低和严重的回波遮掩问题。因此，在雷达通信一体化波形设计中所采用的理想信号为较短序列的高主旁瓣比信号。互补码作为具有理想相关特性的多相扩频序列已经被广泛应用于高频雷达波形设计中，该波形采用复合序列的形式，使得互补码具有理想的自相关特性，当进行目标回波脉压处理时，脉压信号旁瓣为零，适合于在低信噪比条件下的弱小目标检测，并且一组完全互补码间互相关函数为零，适合于多数据传输通道间低互相性的要求。因此，本发明为一种OFDM与扩频技术相结合的MC-DSSS互补码一体化雷达通信波形设计方法，可以较好的满足基于信号共享的雷达通信一体化对波形设计的要求。
发明内容
本发明的目的针对上述背景技术中的不足之处提出的，采用短周期高主旁瓣比的完全互补码序列构建基于信号共享的雷达通信一体化***。下面将从完全互补码的定义出发，阐述本发明的核心内容。
1、完全互补码定义
假设完全互补码X由K个互补码组成，其中，每个互补码由M个长度为N的序列组成。则X可表示为
(1)
其中。X k 和X分别被称为(N,M)互补码序列组和(KN,M)完全互补码序列族。若定义为互补码，K行表示K个互补序列组。则任意两行为一个完全互补码，在任意的j, k=0,1,…n-1下，相关函数之和满足以下特性：
(2)
这里为有限长序列和的相关函数，A为独立于i和k的常数。由式（2）可以看出，互补码具有理想的自相关特性，当进行目标回波脉压处理时，脉压信号旁瓣为零，适合于在低信噪比条件下的弱小目标检测。并且一组完全互补码间互相关函数为零，适合于多数据传输通道间低互相性的要求。
基于MC-DSSS的雷达通信一体化波形设计方案以完全互补码为基础，一个互补码序列组构成一个单数据传输通道，整个MC-DSSS雷达通信一体化***有K个单数据传输通道组成，可以并行传输K路数据，下文从单数据传输通道***结构到K路MC-DSSS雷达通信一体化***结构对本发明进行说明。
2、单数据传输通道***结构
在基于多相完全互补码雷达通信一体化设计中，不同的数据传输通道（即雷达中的一个处理通道）分配不同的互补码。因此，每个单路传输数据通道的互补码序列已经不是单一的码序列，而是分配一个互补码组作为地址扩频码。这就意味着每个处理通道采用N个互补码作为本身的地址码，用以完成子码间的相关函数旁瓣对消，从而获得理想的序列主旁瓣比。
单数据传输通道包括M个码元，N个相位编码（MCPC）序列，并通过N个子载波同时发射，则第k个通道编码的基带信号可以描述为
（3）
其中：为用户数据，为子载波权值，。为第n个编码调制载波的第m个元素，可以表示为
（4）
若是四相序列，则可取。
在第k个通道上，n个不同的互补序列在n个频率上发送。则发射信号包括n个载波的相位编码信号，其载波集为。如果两个相邻子载波的频差是码元宽度t b的倒数，则第k个通道可以看作是具有N个载波的OFDM结构。
2、MC-DSSS雷达通信一体化***
则具有K个单数据传输通道完全互补码的雷达通信一体化基带信号可以表示为
（5）
多载波直扩雷达通信一体化处理中频率集设为，其相邻频率集间的频差等于码元宽度t b 倒数的N倍，则K个频率集构成一个具有NK个子载波的OFDM结构。通信用户数据先经过BPSK调制后串并转换分为K个并行数据流，每个并行的数据流进入相应的单数据传输通道后被复制为n路相同的数据，再对每n路数据流进行扩频处理。对扩频后的数据进行IFFT变换，最后所有通道的信号并串变换后形成发射信号，经过成型滤波器，由射频单元进行发射。在接收端，接收信号经过串并变换，进行N点的FFT运算，每n个子载波按序送入相关器，每个相关器中的处理与单通道***接收处理一致，K个通道输出K个传输数据，进行并串转换得到用户数据。
本发明的优点在于：
（1）所发明的基于互补码的共享信号能够满足扩频共享信号短周期高旁瓣比的理想信号要求，适合于在低信噪比条件下的弱小目标检测。
（2）所发明的MC-DSSS雷达通信一体化***结构能够满足多通道数据的传输，满足较大规模数据传输的战场需求。
（3）在发送端和接收端利用快速傅里叶变换（FFT）及其反变换（IFFT）可以很容易的恢复和产生这样的多载波信号，而无需增加发射机和接收机的复杂性。并且由于各个子载波频谱相互交叠，MC-DSSS信号具有很高的频谱利用率。
附图说明：
图1是第k个单数据传输通道的***发射和接收结构图
图1为第k个单数据传输通道的***发射和接收结构图，通道采用二进制相移键控（BPSK）的直接序列扩频调制（DSSS），扩频序列由四个互补码序列组成，分别为A k0，A k1，A k2，A k3，分别与用户数据a k 进行扩频，然后调制到不同的载波f k1，f k2，f k3，f k4上叠加进行发射。在接收端第k个通道信号的N个子载波分别与互补码的N个互补序列进行相关处理得到输出为Outk1，则Outk1输出可以表示为或，通过符号判决器，可得到通信数据。输出信号Outk2为雷达接收信号。
图2是基于K个完全互补码的MC-DSSS雷达通信一体化处理框图
图2为基于K个互补码的MC-DSSS雷达通信一体化处理框图，任何两个单数据传输通道间的互补码组成完全互补码序列。若频率集间的频差等于码元宽度t b 倒数的N倍，则N个频率集构成一个具有KN个子载波的OFDM结构。通信用户数据先经过BPSK调制后串并转换分为K个并行数据流，每个并行的数据流进入相应的复制模块复制为N路相同的数据，对每N路数据流中的比特进行扩频。扩频后的数据进行IFFT变换和并串变换，最后所有通道的信号并串变换后形成发射信号，经过成型滤波器，由射频单元发射。在接收端，接收信号经过串并变换，进行KN点的FFT运算，每N个子载波按序送入相关器，每个相关器中的处理与图1中接收处理一致，K个通道输出K个传输数据，进行并串转换得到用户数据。
Claims (2)
1.一种多载波直扩（MC-DS）的雷达通信一体化波形设计方案，其设计特征是：扩频码采用完全互补序列，相邻子载波的频差是码元宽度的倒数，一个互补码组看作为一个数据传输通道，其中包括N个互补码作为本地扩频码。
2. 根据权利要求1所述的一体化波形设计方案，提出的一体化共享波形的设计方法为正交频分复用（OFDM）与扩频技术相结合的互补码MC-DSSS一体化雷达通信波形设计方法，由于采用了OFDM***结构使得一体化***的实现较为简单。
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|---|---|
| CN (1) | CN104580052A (zh) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105099976A (zh) * | 2015-07-28 | 2015-11-25 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种非对称三角调频雷达通信一体化信号的参数优化方法 |
| CN105137410A (zh) * | 2015-07-24 | 2015-12-09 | 西安电子科技大学 | 基于ofdm的高分辨率雷达通信一体化的波形优化方法 |
| CN105306399A (zh) * | 2015-07-24 | 2016-02-03 | 西安电子科技大学 | 一种雷达通信一体化信号的优化方法 |
| CN105938192A (zh) * | 2015-03-03 | 2016-09-14 | 松下电器产业株式会社 | 雷达装置 |
| CN107728110A (zh) * | 2017-09-20 | 2018-02-23 | 电子科技大学 | 一种基于lfm信号相位/调频率调制的共享信号设计方法 |
| CN108471321A (zh) * | 2018-03-19 | 2018-08-31 | 北京大学 | 一种构建通信数据与雷达性能参数同时同频传输的雷达-通信一体化***方法 |
| CN110311692A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-10-08 | 展讯通信（上海）有限公司 | 用户设备、控制方法及存储介质 |
| CN111953378A (zh) * | 2020-08-05 | 2020-11-17 | 江苏科技大学 | 基于多符号ofdm的雷达通信一体化信号传输技术 |
| CN112804182A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-05-14 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种多载波扩频方法及其应用的通信方法和相关装置 |
| WO2022206700A1 (zh) * | 2021-04-02 | 2022-10-06 | 华为技术有限公司 | 一种目标检测方法及装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1529433A (zh) * | 2003-10-10 | 2004-09-15 | 清华大学 | 多载波直扩频码分多址***的低复杂度部分并行传输方法 |
-
2013
- 2013-10-20 CN CN201310490766.8A patent/CN104580052A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1529433A (zh) * | 2003-10-10 | 2004-09-15 | 清华大学 | 多载波直扩频码分多址***的低复杂度部分并行传输方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 李晓柏、杨瑞娟、程伟: "基于频率调制的多载波Chirp信号雷达通信一体化研究", 《电子与信息学报》 * |
| 李晓柏、杨瑞娟、程伟: "多相伪随机序列在雷达通信一体化中的应用", 《信号处理》 * |
| 杨瑞娟、陈小民、李晓柏、程伟: "雷达通信一体化共享信号技术研究", 《空军预警学院学报》 * |
| 韩潇弘毅、鲍蕾蕾、杨瑞娟、李晓柏: "基于OFDM雷达通信共享信号性能分析", 《空军预警学院学报》 * |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105938192B (zh) * | 2015-03-03 | 2020-07-17 | 松下电器产业株式会社 | 雷达装置 |
| CN105938192A (zh) * | 2015-03-03 | 2016-09-14 | 松下电器产业株式会社 | 雷达装置 |
| CN105137410A (zh) * | 2015-07-24 | 2015-12-09 | 西安电子科技大学 | 基于ofdm的高分辨率雷达通信一体化的波形优化方法 |
| CN105306399A (zh) * | 2015-07-24 | 2016-02-03 | 西安电子科技大学 | 一种雷达通信一体化信号的优化方法 |
| CN105306399B (zh) * | 2015-07-24 | 2019-02-19 | 西安电子科技大学 | 一种雷达通信一体化信号的优化方法 |
| CN105099976B (zh) * | 2015-07-28 | 2018-06-01 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种非对称三角调频雷达通信一体化信号的参数优化方法 |
| CN105099976A (zh) * | 2015-07-28 | 2015-11-25 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种非对称三角调频雷达通信一体化信号的参数优化方法 |
| CN107728110A (zh) * | 2017-09-20 | 2018-02-23 | 电子科技大学 | 一种基于lfm信号相位/调频率调制的共享信号设计方法 |
| CN107728110B (zh) * | 2017-09-20 | 2020-10-23 | 电子科技大学 | 一种基于lfm信号相位调制的共享信号设计方法 |
| CN108471321A (zh) * | 2018-03-19 | 2018-08-31 | 北京大学 | 一种构建通信数据与雷达性能参数同时同频传输的雷达-通信一体化***方法 |
| CN108471321B (zh) * | 2018-03-19 | 2020-04-03 | 北京大学 | 一种构建通信数据与雷达性能参数同时同频传输的雷达-通信一体化***方法 |
| CN110311692A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-10-08 | 展讯通信（上海）有限公司 | 用户设备、控制方法及存储介质 |
| CN111953378A (zh) * | 2020-08-05 | 2020-11-17 | 江苏科技大学 | 基于多符号ofdm的雷达通信一体化信号传输技术 |
| WO2022206700A1 (zh) * | 2021-04-02 | 2022-10-06 | 华为技术有限公司 | 一种目标检测方法及装置 |
| CN112804182A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-05-14 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种多载波扩频方法及其应用的通信方法和相关装置 |
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