CN115051901B - 基于子载波复用ofdm的雷达通信一体化方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化方法及***,方法包括:基于通信信号、雷达信号,通过设计的OFDM子载波的分配方式,构造一体化子载波数据序列;对一体化子载波数据序列进行OFDM调制,并发射OFDM调制信号;响应于OFDM调制信号,接收回波信号,并对接收到的回波信号进行OFDM解调和信号分离,得到分离后的雷达回波信号和通信回波信号;对雷达回波信号进行雷达目标检测,对通信回波信号进行通信信号处理。本发明基于子载波复用OFDM实现雷达通信一体化,其一体化波形易于实现,且不影响后续雷达和通信处理流程,不需要重新设计新的处理方法,解决了动平台下时、频、能资源的分配问题以及频率、子载波功率等方面的优化问题。
Description
技术领域
本发明属于雷达技术领域,具体为一种基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化方法及***。
背景技术
随着科技的不断发展,为了满足现代战争作战指挥的需求,同一作战平台上需要安装各种侦察、干扰、侦测、通信等设备,这些设备在一定程度上提升了作战平台的整体性能,影响平台的可连续作战时间;在空间方面,对于作战飞机而言,其总体空间有限,而各种设备的增多,将挤占其余空间;在隐蔽性方面,由于设备需要有自己相对独立的天线进行工作,而各种设备的不同红外特征,增加了被探测的概率。
随着毫米波雷达和5G乃至未来6G无线通信的发展,雷达和通信的工作频段逐渐趋于一致,这为实现雷达和通信数字天线奠定了基础。此外雷达和通信均可以进行数字信号处理,从而促使了雷达和通信的数字信号处理器的公用。
硬件上,雷达和通信已经能够实现一体化。然而,要实现从更深层次上解决一体化,关键在于一体化波形的设计问题。雷达通信一体化波形是指用一种波形,实现雷达和通信功能。在功能方面,雷达主要目的是探测和感知目标,而通信主要是传递信息。雷达通信一体化共享波形有两种设计方法,一种是波形复用,即将雷达和通信波形通过复用技术在某一维度相结合并发射出去,而且接受到的波形能够通过信号处理分离出雷达和通信波形。基于波形复用的共享波形设计,复用波形能在某一维度将雷达信号和通信信号分开,可以避免相互干扰而且容易进行设计,但代价是资源利用率低。另一种是波形共用,即只使用一种波形,就能在接受端通过不同的信号处理方式,即能实现雷达目标探测功能,又能传输通信信号。基于波形共用的共享波形设计,***资源能够得到高效利用但需要设计新的处理方法而且有些性能会下降。
发明内容
为克服上述现有技术的不足,本发明提供一种基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化方法及***,用以解决上述至少一个技术问题。
根据本发明说明书的一方面,提供一种基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化方法,包括:
基于通信信号、雷达信号,通过设计的OFDM子载波的分配方式,构造一体化子载波数据序列;
对一体化子载波数据序列进行OFDM调制,并发射OFDM调制信号;
响应于OFDM调制信号,接收回波信号,并对接收到的回波信号进行OFDM解调和信号分离,得到分离后的雷达回波信号和通信回波信号;
对雷达回波信号进行雷达目标检测,对通信回波信号进行通信信号处理。
上述技术方案基于子载波复用OFDM实现雷达通信一体化,其一体化波形易于实现,且不影响后续雷达和通信处理流程,不需要重新设计新的处理方法。OFDM信号频谱利用率高,与现有频分复用波形相比,大大提高了频谱利用率,一定程度克服了频分复用技术频谱利用率低的缺陷;而且OFDM子载波调制灵活,可根据弹载电子***的任务需要,灵活分配子载波资源,同时,可以对子载波进行功率分配,实现雷达探测和数据通信之间进行性能折中。
作为进一步的技术方案,基于通信信号、雷达信号,通过设计的OFDM子载波的分配方式,构造一体化子载波数据序列,进一步包括:发射站发射M个脉冲,每一个脉冲都由一个包含N个子载波的OFDM符号组成;将每一个脉冲中的M1个子载波分配给雷达信号,用于雷达目标探测;将剩下的N-M1个子载波分配给通信数据,用于通信传输,雷达子载波和通信子载波互不重叠。
上述技术方案对于雷达信号和通信信号的具体分配原则取决于实际场景。
作为进一步的技术方案,构造的一体化子载波数据序列中,任一脉冲下的子载波数据序列均表示为该脉冲下雷达子载波数据和通信子载波数据的叠加,其中该脉冲下的雷达子载波数据包括若干个该脉冲下的线性调频信号的频谱采样数据;该脉冲下的通信子载波数据包括若干个该脉冲下的通信数据。
具体地,第m个脉冲下的子载波数据序列X(n,m)可表示为雷达子载波数据X1(n,m)和通信子载波数据X2(n,m)的叠加:
X(n,m)=X1(n,m)+X2(n,m) (1)
X1(n,m)=[S(1,m),0,...,,S(p,m),0,...,0,S(M1,m)] (2)
X2(n,m)=[0,a(1,m),...,0,a(j,m),...a(N-M1,m),0] (3)
式(2)中的雷达数据S(p,m)表示为第m个脉冲下的线性调频信号的第p个频谱采样,
式(4)中的是调频斜率,B为脉冲带宽,T为线性调频信号的周期,Fs是采样频率,满足M1=FsT。
式(3)中的通信信号a(j,m)表示为第m个脉冲下的第j个通信数据,可以采用PSK、QAM等方式进行调制。
作为进一步的技术方案,对一体化子载波数据序列进行OFDM调制,并发射OFDM调制信号,进一步包括:
对构造的一体化子载波数据序列进行串并转换,得到并行传输的子载波数据;
基于并行传输的子载波数据进行IFFT运算,得到时域表示的一体化脉冲信号;
基于一体化脉冲信号进行并串转换,得到串行传输的数据流;
基于串行传输的数据流,对每个OFDM符号添加循环前缀,得到OFDM调制信号;
基于OFDM调制信号,进行数模转换及上变频处理,并通过发射天线辐射到传输空间中。
作为进一步的技术方案,响应于OFDM调制信号,接收回波信号,并对接收到的回波信号进行OFDM解调和信号分离,得到分离后的雷达回波信号和通信回波信号,进一步包括:
对接收到的回波信号进行下变频及模数转换处理;
基于处理后的回波信号,进行频域均衡;
基于频域均衡后的信号,去除循环前缀;
基于去除循环前缀后的信号,进行串并转换,得到并行数据流;
基于并行数据流,进行FFT运算,得到频域表示的一体化脉冲信号;
基于一体化脉冲信号,进行并串转换,得到串行传输的数据流;
基于串行传输的数据流,根据设计的子载波分配方式分离雷达回波信号和通信回波信号。
作为进一步的技术方案,对雷达回波信号进行雷达目标检测,进一步包括:
对雷达回波信号进行脉冲压缩处理;
基于脉冲压缩后的脉冲数据,进行二次对消,完成动目标显示;
对二次对消后数据的慢时间维度进行DFT,完成动目标检测;
将完成动目标检测所得到的数据拼接成二维数据矩阵,进行二维恒虚警率处理;若待测单元的功率大于参考单元的干扰功率,则认为该待测单元存在目标,并读取该待测单元的快时间维单元和慢时间维单元;
基于快时间维单元,计算目标距离;
基于慢时间维单元和信号的脉冲重复频率,计算目标速度;
计算目标角度。
作为进一步的技术方案,计算目标角度进一步包括:
在接收端形成和差波束;
计算出目标偏转角度不同时和差波束信号的比值,并制表;
计算出目标的和差信号数据的比值;
根据所获得的目标的和差信号数据的比值,查表估计出目标的偏转角度;
基于目标的偏转角度,计算目标角度。
作为进一步的技术方案,对通信回波信号进行通信信号处理,进一步包括:对通信回波信号进行通信解调,并测量其误码率。
根据本发明说明书的一方面,提供一种基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化***,用于实现所述的方法,所述***包括发射端和接收端,其中,
所述发射端包括一体化波形复用单元、OFDM调制单元及发射单元;所述一体化波形复用单元用于基于通信信号、雷达信号,通过设计的OFDM子载波的分配方式,构造一体化子载波数据序列;所述OFDM调制单元用于对一体化子载波数据序列,进行OFDM调制;所述发射单元用于发射OFDM调制信号;
所述接收端包括接收单元、OFDM解调单元和回波信号分离处理单元:所述接收单元用于接收回波信号并进行均衡处理;所述OFDM解调单元用于对接收到的回波信号进行OFDM解调和信号分离,得到分离后的雷达回波信号和通信回波信号;所述回波信号分离处理单元用于对雷达回波信号进行雷达目标检测,对通信回波信号进行通信信号处理。
上述技术方案基于子载波复用OFDM实现雷达通信一体化,其一体化波形易于实现,且不影响后续雷达和通信处理流程,不需要重新设计新的处理方法。在时间、频率、功率资源都充裕的情况下,利用基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化***,解决动平台下时、频、能资源的分配问题以及频率、子载波功率等方面的优化问题。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
(1)本发明提供一种方法,该方法基于子载波复用OFDM实现雷达通信一体化,其一体化波形易于实现,且不影响后续雷达和通信处理流程,不需要重新设计新的处理方法。OFDM信号频谱利用率高,与现有频分复用波形相比,大大提高了频谱利用率,一定程度克服了频分复用技术频谱利用率低的缺陷;而且OFDM子载波调制灵活,可根据弹载电子***的任务需要,灵活分配子载波资源,同时,可以对子载波进行功率分配,实现雷达探测和数据通信之间进行性能折中。
(2)本发明提供一种***,该***基于子载波复用OFDM实现雷达通信一体化,其一体化波形易于实现,且不影响后续雷达和通信处理流程,不需要重新设计新的处理方法。在时间、频率、功率资源都充裕的情况下,利用基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化***,解决动平台下时、频、能资源的分配问题以及频率、子载波功率等方面的优化问题。
附图说明
图1是本发明实施例提出的基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化方法的流程图;
图2(a)-(c)是本发明实施例得到的回波信号依次经过动目标显示滤波、动目标检测滤波、恒虚警率检测的图像示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例,都属于本发明所保护的范围。
根据本发明说明书的一方面,本发明提供一种基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化方法,如图1所示,包括如下步骤:
步骤1,基于通信信号、雷达信号,通过设计的OFDM子载波的分配方式,构造一体化子载波数据序列。
具体设计如下:
发射站发射M个脉冲,每一个脉冲都由一个包含N个子载波的OFDM符号组成。将每一个脉冲中的M1个子载波分配给雷达信号,用于雷达目标探测;将剩下的N-M1个子载波分配给通信数据,用于通信传输,雷达子载波和通信子载波互不重叠。具体分配原则取决于实际场景。
第m个脉冲下的子载波数据序列X(n,m)可表示为雷达子载波数据X1(n,m)和通信子载波数据X2(n,m)的叠加:
X(n,m)=X1(n,m)+X2(n,m) (1)
X1(n,m)=[S(1,m),0,...,,S(p,m),0,...,0,S(M1,m)] (2)
X2(n,m)=[0,a(1,m),...,0,a(j,m),...a(N-M1,m),0] (3)
式(2)中的雷达数据S(p,m)表示为第m个脉冲下的线性调频信号的第p个频谱采样,
式(4)中的是调频斜率,B为脉冲带宽,T为线性调频信号的周期,Fs是采样频率,满足M1=FsT。
式(3)中的通信信号a(j,m)表示为第m个脉冲下的第j个通信数据,可以采用PSK,QAM等方式进行调制。
步骤2,对一体化子载波数据序列进行OFDM调制并发射信号。
具体包括:
步骤2.1:对串行子载波数据序列进行串并转换,将其变成并行传输。
步骤2.2:对并行传输的子载波数据进行IFFT运算,公式如下:
式(5)中,st,m(k)为IFFT运算后的第m个一体化脉冲信号,X(n,m)为第m个脉冲下所承载的子载波数据序列,N为子载波个数。
步骤2.3:对并行数据st,m(k)进行并串转换,将其恢复成串行传输的数据流。
步骤2.4:将每一个串行传输的OFDM符号的末尾数据作为循环前缀,复制添加到串行数据流前面。
步骤2.5:将数据进行数模转换以及上变频处理,通过发射天线辐射到传输空间中。
步骤3,将接收到的回波信号进行OFDM解调和信号分离,得到分离后的雷达回波信号和通信回波信号。
具体包括:
步骤3.1:将通过接收天线接收到的回波信号进行下变频、模数转换处理。
步骤3.2:将模数转换后的信号进行频域均衡。
步骤3.3:去除信号的循环前缀。
步骤3.4:对回波串行信号进行串并转换,将其变成并行数据流。
步骤3.5:对并行数据进行FFT运算,将其恢复成频域数据,公式如下:
式(6)中,st,m(k)为步骤2.2中IFFT运算后第m个脉冲的一体化脉冲信号,N为子载波个数。
步骤3.6:对sr,m(n)进行并串转换,将其恢复成串行传输的数据流。
步骤3.7:根据子载波分配方式,将转换后的一体化信号分离成雷达信号sR,m(n)和通信信号sC,m(n)。
步骤4,对雷达回波信号进行雷达目标检测,对通信回波信号进行通信信号处理。
具体包括:
步骤4.1:将雷达回波信号进行脉冲压缩处理来提高信噪比,公式如下:
Si,m(n)=h(n)*sR,m(n) (7)
式(7)中,si,m(n)为脉压后的第m个脉冲的雷达回波信号,sR,m(n)为分离后的雷达回波信号,匹配滤波器冲激响应h(n)可以表示为:
h(n)=sR,m *(-n) (8)
步骤4.2:将脉压后的第m个脉冲数据减去第m-1个脉冲数据,完成二次对消,消除杂波与低速目标的回波,完成动目标显示。
步骤4.3:对步骤4.2所得到的数据的慢时间维度进行DFT,完成动目标检测。
步骤4.4:目标检测:将步骤4.3所得到的数据拼接成二维数据矩阵,进行二维恒虚警率处理。若待测单元的功率大于参考单元的干扰功率,即大于门限值,则认为该待测单元存在目标。读取该待测单元的快时间维单元a和慢时间维单元b。
步骤4.5:计算目标距离,通过下式计算:
式(9)中,c为光速,a为步骤4.4所述快时间维单元,Fs为采样频率。
步骤4.6:计算目标速度,通过以下公式计算:
式(10)中,PRF为信号的脉冲重复频率,b为步骤4.4所述慢时间维单元。
步骤4.7:计算目标角度。
步骤4.7.1:在接收端形成和差波束。
步骤4.7.2:计算出目标偏转角度不同时和差波束信号的比值,并制表。公式如下:
式(11)中F(θ)为波束的天线方向图函数,θ0为波束指向。δ为目标偏移角度。为差波束与和波束信号的比值。
步骤4.7.3:计算出目标的和差信号数据的比值,公式如下:
式(12)中YΣ为和波束信号经过步骤4.1~4.4得到的目标数据,YΔ为差波束信号经过步骤4.1~4.4得到的目标数据。为目标的和差信号数据的比值。其中
步骤4.7.4:根据步骤4.7.3所获得的目标的和差信号数据的比值,查表估计出目标的偏转角度。
步骤4.7.5:计算目标角度,通过以下公式计算:
θt=θ0+δt (13)
式(13)中θ0为波束指向,δt为步骤4.7.4中的目标偏移角度。
步骤4.8:对通信信号sC,m(n)进行通信解调,测得其误码率。
根据本发明说明书的一方面,提供一种基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化***,用于实现所述的方法,所述***包括发射端和接收端,其中,
所述发射端包括一体化波形复用单元、OFDM调制单元及发射单元;所述一体化波形复用单元用于基于通信信号、雷达信号,通过设计的OFDM子载波的分配方式,构造一体化子载波数据序列;所述OFDM调制单元用于对一体化子载波数据序列,进行OFDM调制;所述发射单元用于发射OFDM调制信号;
所述接收端包括接收单元、OFDM解调单元和回波信号分离处理单元:所述接收单元用于接收回波信号并进行均衡处理;所述OFDM解调单元用于对接收到的回波信号进行OFDM解调和信号分离,得到分离后的雷达回波信号和通信回波信号;所述回波信号分离处理单元用于对雷达回波信号进行雷达目标检测,对通信回波信号进行通信信号处理。
所述***基于子载波复用OFDM实现雷达通信一体化,其一体化波形易于实现,且不影响后续雷达和通信处理流程,不需要重新设计新的处理方法。在时间、频率、功率资源都充裕的情况下,利用基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化***,解决动平台下时、频、能资源的分配问题以及频率、子载波功率等方面的优化问题
作为一种实施方式,将基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化***用于计算机仿真,验证本发明在雷达通信一体化***下对雷达信号进行目标检测和对通信信号进行传输的能力。
发射站的天线孔径为5m,雷达发射功率为50w,雷达射频为1GHZ,信号带宽为5MHZ,信号时宽为100us,采样率为6MHZ。发射站发射了65个脉冲,脉冲重复频率为500us,每个脉冲中只有一个OFDM信号。每一个OFDM信号都有600个子载波,并将其中前一半子载波分配给雷达信号,后一半子载波分配给通信信号。在雷达的探测区域内存在一个目标,目标与雷达间的距离为10km,速度为40m/s,角度为20°,目标的雷达截面积为1m2。在接收端能形成和差波束,波束指向为20°。根据设定的基本参数,将基于子载波复用OFDM的一体化信号进行雷达信号目标检测和通信信号误码率测量。
从图2(a)中可以看出回波经过动目标显示滤波,基本消除杂波与低速目标的回波,保留了目标的运动信息;从图2(b)可以看出回波再经过动目标检测滤波之后,提供了目标的多普勒信息;从图2(c)中可以看出回波最后经过恒虚警率检测,检测到了目标的位置信息。
从表1中可以知道测量出来的目标距离,速度和角度都近乎等于实际值,测量出来的结果完全符合雷达目标检测的要求;通信信号的误码率也符合当前信噪比的实际情况。所以设计出来的基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化***性能良好。
表1对一体化信号进行处理得到的目标测量值和通信信号误码率
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。
Claims (7)
1.基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化方法,其特征在于,包括:
基于通信信号、雷达信号,通过设计的OFDM子载波的分配方式,构造一体化子载波数据序列;
对一体化子载波数据序列进行OFDM调制,并发射OFDM调制信号;
响应于OFDM调制信号,接收回波信号,并对接收到的回波信号进行OFDM解调和信号分离,得到分离后的雷达回波信号和通信回波信号;
对雷达回波信号进行雷达目标检测,对通信回波信号进行通信信号处理;
具体包括:
步骤1:将雷达回波信号进行脉冲压缩处理来提高信噪比,公式如下:
Si,m(n)=h(n)*sR,m(n)
式中,si,m(n)为脉压后的第m个脉冲的雷达回波信号,sR,m(n)为分离后的雷达回波信号,匹配滤波器冲激响应h(n)表示为:
h(n)=sR,m *(-n)
步骤2:将脉压后的第m个脉冲数据减去第m-1个脉冲数据,完成二次对消,消除杂波与低速目标的回波,完成动目标显示;
步骤3:对步骤2所得到的数据的慢时间维度进行DFT,完成动目标检测;
步骤4:目标检测:将步骤3所得到的数据拼接成二维数据矩阵,进行二维恒虚警率处理;若待测单元的功率大于参考单元的干扰功率,则认为该待测单元存在目标,读取该待测单元的快时间维单元a和慢时间维单元b;
步骤5:计算目标距离,通过下式计算:
式中,c为光速,a为步骤4.4所述快时间维单元,Fs为采样频率;
步骤6:计算目标速度,通过以下公式计算:
式中,PRF为信号的脉冲重复频率,b为步骤4.4所述慢时间维单元;
步骤7:计算目标角度,包括:
步骤7.1:在接收端形成和差波束;
步骤7.2:计算出目标偏转角度不同时和差波束信号的比值,并制表,公式如下:
式中F(θ)为波束的天线方向图函数,θ0为波束指向,δ为目标偏移角度,为差波束与和波束信号的比值;
步骤7.3:计算出目标的和差信号数据的比值,公式如下:
式中YΣ为和波束信号经过步骤1~4得到的目标数据,YΔ为差波束信号经过步骤1~4得到的目标数据,为目标的和差信号数据的比值,其中/>
步骤7.4:根据步骤7.3所获得的目标的和差信号数据的比值,查表估计出目标的偏转角度;
步骤7.5:计算目标角度,通过以下公式计算:
θt=θ0+δt
式中θ0为波束指向,δt为步骤7.4中的目标偏移角度。
2.根据权利要求1所述基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化方法,其特征在于,基于通信信号、雷达信号,通过设计的OFDM子载波的分配方式,构造一体化子载波数据序列,进一步包括:发射站发射M个脉冲,每一个脉冲都由一个包含N个子载波的OFDM符号组成;将每一个脉冲中的M1个子载波分配给雷达信号,用于雷达目标探测;将剩下的N-M1个子载波分配给通信数据,用于通信传输,雷达子载波和通信子载波互不重叠。
3.根据权利要求2所述基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化方法,其特征在于,构造的一体化子载波数据序列中,任一脉冲下的子载波数据序列均表示为该脉冲下雷达子载波数据和通信子载波数据的叠加,其中该脉冲下的雷达子载波数据包括若干个该脉冲下的线性调频信号的频谱采样数据;该脉冲下的通信子载波数据包括若干个该脉冲下的通信数据。
4.根据权利要求1所述基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化方法,其特征在于,对一体化子载波数据序列进行OFDM调制,并发射OFDM调制信号,进一步包括:
对构造的一体化子载波数据序列进行串并转换,得到并行传输的子载波数据;
基于并行传输的子载波数据进行IFFT运算,得到时域表示的一体化脉冲信号;
基于一体化脉冲信号进行并串转换,得到串行传输的数据流;
基于串行传输的数据流,对每个OFDM符号添加循环前缀,得到OFDM调制信号;
基于OFDM调制信号,进行数模转换及上变频处理,并通过发射天线辐射到传输空间中。
5.根据权利要求1所述基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化方法,其特征在于,响应于OFDM调制信号,接收回波信号,并对接收到的回波信号进行OFDM解调和信号分离,得到分离后的雷达回波信号和通信回波信号,进一步包括:
对接收到的回波信号进行下变频及模数转换处理;
基于处理后的回波信号,进行频域均衡;
基于频域均衡后的信号,去除循环前缀;
基于去除循环前缀后的信号,进行串并转换,得到并行数据流;
基于并行数据流,进行FFT运算,得到频域表示的一体化脉冲信号;
基于一体化脉冲信号,进行并串转换,得到串行传输的数据流;
基于串行传输的数据流,根据设计的子载波分配方式分离雷达回波信号和通信回波信号。
6.根据权利要求1所述基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化方法,其特征在于,对通信回波信号进行通信信号处理,进一步包括:对通信回波信号进行通信解调,并测量其误码率。
7.基于子载波复用OFDM的雷达通信一体化***,用于实现权利要求1-6中任一项所述的方法,其特征在于,所述***包括发射端和接收端,其中,
所述发射端包括一体化波形复用单元、OFDM调制单元及发射单元;所述一体化波形复用单元用于基于通信信号、雷达信号,通过设计的OFDM子载波的分配方式,构造一体化子载波数据序列;所述OFDM调制单元用于对一体化子载波数据序列,进行OFDM调制;所述发射单元用于发射OFDM调制信号;
所述接收端包括接收单元、OFDM解调单元和回波信号分离处理单元:所述接收单元用于接收回波信号并进行均衡处理;所述OFDM解调单元用于对接收到的回波信号进行OFDM解调和信号分离,得到分离后的雷达回波信号和通信回波信号;所述回波信号分离处理单元用于对雷达回波信号进行雷达目标检测,对通信回波信号进行通信信号处理。
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Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106093931A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-11-09 | 西安电子科技大学 | 基于数字阵列天线的通信雷达一体化收发方法 |
DE102015210454A1 (de) * | 2015-06-08 | 2016-12-08 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Betreiben einer Radarvorrichtung |
CN106772350A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-05-31 | 西安电子科技大学 | 基于线性调频信号实现雷达探测与通信传输的方法 |
CN108627818A (zh) * | 2018-03-19 | 2018-10-09 | 桂林电子科技大学 | 基于ofdm的频控阵雷达通信一体化波形设计方法 |
CN109061633A (zh) * | 2018-10-19 | 2018-12-21 | 西安电子科技大学 | Ofdm雷达通信一体化机载平台***的信号设计方法 |
CN111211825A (zh) * | 2020-03-10 | 2020-05-29 | 清华大学 | 基于空间调制的阵列划分方法及*** |
CN112034444A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-12-04 | 西安电子科技大学 | 基于循环编码阵列的多波束雷达通信一体化方法 |
CN112068081A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-12-11 | 西安电子科技大学 | 基于循环前缀的ofdm频率捷变发射信号设计方法 |
CN113884989A (zh) * | 2021-08-16 | 2022-01-04 | 西安电子科技大学 | 一种基于ofdm信号的外辐射源雷达时变杂波抑制方法 |
CN114114188A (zh) * | 2021-11-25 | 2022-03-01 | 江苏科技大学 | 一种低旁瓣的fda雷达通信一体化波形设计方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10884100B2 (en) * | 2018-11-29 | 2021-01-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Multi-carrier modulation on FMCW radar for integrated automotive radar and communication systems |
US11796631B2 (en) * | 2019-08-05 | 2023-10-24 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Method of transmitting and receiving OFDM signal for radar applications and apparatuses performing the method |
-
2022
- 2022-05-26 CN CN202210582026.6A patent/CN115051901B/zh active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015210454A1 (de) * | 2015-06-08 | 2016-12-08 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Betreiben einer Radarvorrichtung |
CN106093931A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-11-09 | 西安电子科技大学 | 基于数字阵列天线的通信雷达一体化收发方法 |
CN106772350A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-05-31 | 西安电子科技大学 | 基于线性调频信号实现雷达探测与通信传输的方法 |
CN108627818A (zh) * | 2018-03-19 | 2018-10-09 | 桂林电子科技大学 | 基于ofdm的频控阵雷达通信一体化波形设计方法 |
CN109061633A (zh) * | 2018-10-19 | 2018-12-21 | 西安电子科技大学 | Ofdm雷达通信一体化机载平台***的信号设计方法 |
CN111211825A (zh) * | 2020-03-10 | 2020-05-29 | 清华大学 | 基于空间调制的阵列划分方法及*** |
CN112034444A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-12-04 | 西安电子科技大学 | 基于循环编码阵列的多波束雷达通信一体化方法 |
CN112068081A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-12-11 | 西安电子科技大学 | 基于循环前缀的ofdm频率捷变发射信号设计方法 |
CN113884989A (zh) * | 2021-08-16 | 2022-01-04 | 西安电子科技大学 | 一种基于ofdm信号的外辐射源雷达时变杂波抑制方法 |
CN114114188A (zh) * | 2021-11-25 | 2022-03-01 | 江苏科技大学 | 一种低旁瓣的fda雷达通信一体化波形设计方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Subcarrier Multiplexing OFDM-based Radar Communication Integration;Biao Yang等;《2021 13th International Conference on Wireless Communications and Signal Processing (WCSP)》;论文第2部分 * |
一种基于OFDM-chirp的雷达通信一体化波形设计与处理方法;赵玉振等;《雷达学报》;第10卷(第3期);全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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