基于数字阵列天线的通信雷达一体化收发方法技术

本发明专利技术属于雷达技术领域，公开了基于数字阵列天线的通信雷达一体化收发方法，能同时满足通信和雷达系统的性能要求，包括：确定数字阵列天线的发射波束权矢量；确定数字阵列雷达的发射信号波形；对恒定模值的OFDM信号添加循环前缀；将带循环前缀的OFDM信号与发射波束权矢量相乘，完成信号发射；获取数字阵列天线的接收数据，确定数字阵列天线接收端的雷达权系数和通信权系数；根据接收数据和雷达权系数得到雷达信道接收信号，对其进行匹配滤波，得到雷达目标的距离信息；根据接收数据和通信权系数得到通信信道接收信号，对其依次进行信号均衡、相干数字解调，从而得到通信基站传输的数据比特流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷达
，尤其涉及一种基于数字阵列天线的通信雷达一体化收发方法，用于数字阵列雷达的通信一体化信号发送和接收，通信雷达一体化信号是指在雷达信号波形上调制通信信息，两者共享一个信号波形，从而实现通信雷达一体化。
技术介绍
随着雷达技术和数字技术的发展，现代雷达正在逐步数字化，数字化雷达得到了越来越多的重视和研究，数字阵列雷达是数字化雷达的主要类型。不同于传统的相控阵雷达，数字阵列雷达是一种发射和接收波束均采用数字波束形成技术的全数字阵列扫描雷达，在数字域上对发射或者接收信号进行幅相加权来形成高质量的所需波束，能有效的克服模拟相控阵雷达的固有缺陷。传统的模拟相控阵雷达有着对来自内外部的射频干扰及环境温度与湿度等因素十分敏感，且使用的模拟器件价格较贵，功耗较大，可靠性差等固有缺陷。在通信雷达一体化系统中，一体化信号的波形设计是一个重要的且具有挑战性的问题。正交频分复用OFDM波形已成功地应用于宽带高速数据传输的通信系统中，近年来，OFDM波形也在通信雷达一体化应用中得到研究。OFDM雷达信号通过同时发射多个载波或通过一定的变换实现多载波传输，具有高距离分辨率，同时还具有低自相关函数旁瓣，频谱利用率高等优良特性。随着数字通信技术在雷达中的应用，基于阵列天线的通信雷达一体化课题也得到越来越多的关注和研究。然而传统的分天线阵列信号收发模式是在时间上先后发送雷达和通信信号，很浪费时间资源；而共天线分块阵列信号收发模式虽然是同时发送通信和雷达信号，但是由于是一部分天线发雷达信号，一部分发通信信号，使得二者的增益同时被减弱。因此通信雷达一体化系统的信号收发方法的难点在于一体化信号的共天线同时收发。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供基于数字阵列天线的通信雷达一体化收发方法，能同时满足通信和雷达的性能要求，使得信号共天线同时收发，获得较高的增益，同时节省时间资源；主要解决现有技术中基于传统模拟相控阵的信号发射与接收波束切换不灵活，零点位置控制不便捷、波束低旁瓣较难实现等问题。本专利技术技术方案借鉴通信波形和通信信号处理，提出了基于数字阵列天线的通信雷达一体化收发方法，数字阵列雷达具有传统模拟相控阵雷达所无法比拟的优势。数字阵列雷达在阵列前端得到数字中频信号，在后端进行数字波束形成与处理，与模拟相控阵雷达相比可以获得很高的动态范围，有利于检测小信号；而且数字阵列雷达形成多波束要比相控阵雷达灵活便捷很多，数字回波信号数据可以精确灵活的设定不同距离单元上的波束权值与脉压权值，从而兼顾了近距离低副瓣和远距离低耗损；数字阵列雷达的波束控制灵活准确，波束扫描精度高，范围广，并且雷达可在不同模式或工作方式之间瞬时切换。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案予以实现。一种基于数字阵列天线的通信雷达一体化收发方法，用于数字阵列雷达的信号发送和接收，通信雷达一体化信号是指在雷达信号波形上调制通信信息，两者共享一个信号波形，所述方法包括如下步骤：步骤1，确定数字阵列天线的发射波束权矢量，所述发射波束权矢量使得数字阵列雷达在探测目标方向形成主波束，并在通信基站方向上的增益低于所述主波束的增益；步骤2，确定通信基站的发射信号波形，所述发射信号波形为恒定模值的时域OFDM信号；步骤3，对所述恒定模值的OFDM信号添加循环前缀，得到带循环前缀的OFDM信号；步骤4，将所述带循环前缀的OFDM信号与所述发射波束权矢量相乘，完成数字阵列雷达的信号发射；步骤5，获取所述数字阵列天线的接收数据，确定数字阵列天线接收端的雷达权系数和通信权系数，所述雷达权系数在数字阵列雷达探测目标方向形成主波束，在通信基站方向形成零点，所述通信权系数在数字阵列雷达探测目标方向形成零点，在通信基站方向形成主波束；步骤6，根据所述接收数据和所述雷达权系数得到雷达信道接收信号，截去所述雷达信道接收信号的循环前缀，对不带循环前缀的雷达信道接收信号进行匹配滤波，从而得到雷达目标的距离信息；步骤7，根据所述接收数据和所述通信权系数得到通信信道接收信号，截去所述通信信道接收信号的循环前缀，对不带循环前缀的通信信道接收信号依次进行信道均衡、相干数字解调，从而得到通信基站传输的数据比特流。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：第一，本专利技术由于采用数字阵列天线技术，能同时满足通信和雷达的性能要求，并且具有幅度和相位连续精确可调，易于实现低旁瓣的发射波束、波束跃变度低、波束切换快捷灵活和零点位置灵活可控等优势。由于通过优化来设计数字阵列天线的权矢量，具有更高的稳健性，应用范围更广泛。第二，本专利技术由于利用控制信号接收波束成形的零点位置的方法分别得到雷达信号和通信信号，因此可使得后续的雷达信号处理和通信信号处理相互不影响，且更加灵活可控，可用于通信雷达一体化系统设计。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于数字阵列天线的通信雷达一体化收发方法的流程示意图；图2为本专利技术方法产生的数字阵列天线发射信号的波束方向图；图3为本专利技术方法产生的数字阵列天线接收端得到雷达信号的波束方向图；图4为本专利技术方法产生的数字阵列天线接收端得到通信信号的波束方向图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种基于数字阵列天线的通信雷达一体化收发方法，用于数字阵列雷达的信号发送和接收，如图1所示，所述方法包括如下步骤：步骤1，确定数字阵列天线的发射波束权矢量，所述发射波束权矢量使得数字阵列雷达在探测目标方向形成主波束，并在通信基站方向上的增益低于所述主波束的增益。发射数字波束形成：采用优化确定数字阵列天线的发射波束权矢量，使得在探测目标方向形成主波束的同时，根据通信距离在通信基站方向形成较高的增益。步骤1中，确定数字阵列天线的发射波束权矢量，其约束条件为： min max θ δ = | W * a ( θ ) | 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数字阵列天线的通信雷达一体化收发方法，用于数字阵列雷达的通信雷达一体化信号发送和接收，通信雷达一体化信号是指在雷达信号波形上调制通信信息，两者共享一个信号波形，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1，确定数字阵列天线的发射波束权矢量，所述发射波束权矢量在数字阵列雷达在探测目标方向形成主波束，并在通信基站方向上的增益大于0且小于所述主波束的增益；步骤2，确定数字阵列雷达的发射信号波形，所述发射信号波形为恒定模值的时域OFDM信号；步骤3，对所述恒定模值的OFDM信号添加循环前缀，得到带循环前缀的OFDM信号；步骤4，将所述带循环前缀的OFDM信号与所述发射波束权矢量相乘，得到数字阵列雷达的发射信号，并将所述发射信号进行发射；步骤5，获取所述数字阵列天线的接收数据，确定数字阵列天线接收端的雷达权系数和通信权系数，所述雷达权系数在数字阵列雷达探测目标方向形成主波束，在通信基站方向形成零点，所述通信权系数在数字阵列雷达探测目标方向形成零点，在通信基站方向形成主波束；步骤6，根据所述接收数据和所述雷达权系数得到雷达信道接收信号，对所述雷达信道接收信号进行匹配滤波，从而得到雷达目标的距离信息；步骤7，根据所述接收数据和所述通信权系数得到通信信道接收信号，对所述通信信道接收信号依次进行信号均衡、相干数字解调，从而得到通信基站传输的数据比特流。...

【技术特征摘要】
1.一种基于数字阵列天线的通信雷达一体化收发方法，用于数字阵列雷达的通信雷达一体化信号发送和接收，通信雷达一体化信号是指在雷达信号波形上调制通信信息，两者共享一个信号波形，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1，确定数字阵列天线的发射波束权矢量，所述发射波束权矢量在数字阵列雷达在探测目标方向形成主波束，并在通信基站方向上的增益大于0且小于所述主波束的增益；步骤2，确定数字阵列雷达的发射信号波形，所述发射信号波形为恒定模值的时域OFDM信号；步骤3，对所述恒定模值的OFDM信号添加循环前缀，得到带循环前缀的OFDM信号；步骤4，将所述带循环前缀的OFDM信号与所述发射波束权矢量相乘，得到数字阵列雷达的发射信号，并将所述发射信号进行发射；步骤5，获取所述数字阵列天线的接收数据，确定数字阵列天线接收端的雷达权系数和通信权系数，所述雷达权系数在数字阵列雷达探测目标方向形成主波束，在通信基站方向形成零点，所述通信权系数在数字阵列雷达探测目标方向形成零点，在通信基站方向形成主波束；步骤6，根据所述接收数据和所述雷达权系数得到雷达信道接收信号，对所述雷达信道接收信号进行匹配滤波，从而得到雷达目标的距离信息；步骤7，根据所述接收数据和所述通信权系数得到通信信道接收信号，对所述通信信道接收信号依次进行信号均衡、相干数字解调，从而得到通信基站传输的数据比特流。2.根据权利要求1所述的一种基于数字阵列天线的通信雷达一体化收发方法，其特征在于，步骤1中，确定数字阵列天线的发射波束权矢量，其约束条件为： min m a x θ δ = | W * a ( θ ) | s . t . W * a ( θ 0 ) = 1 W * a ( θ 1 ) = ϵ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹运合，吴文华，张晓波，夏香根，栾苏珍，苏洪涛，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61