一种基于OFDM的雷达通信一体化信号设计方法技术

本发明专利技术提供一种基于OFDM的雷达通信一体化信号设计方法，属于无线通信技术领域。本发明专利技术首先利用回波信号获得OFDM单脉冲信号的模糊函数；然后将OFDM单脉冲信号进行脉冲压缩得到OFDM脉冲串信号的模糊函数；利用P4码的互补码特性，将通信数据加载到OFDM脉冲串信号上，得到加载通信数据的一体化信号及其模糊函数主瓣公式；最后将所述加载通信数据的一体化信号转换为CE‑OFDM雷达通信一体化信号。本发明专利技术解决了现有雷达通信一体化技术中通信数据随机性对雷达探测能力影响的问题。本发明专利技术可用于雷达通信一体化设备。

An Integrated Signal Design Method for Radar Communication Based on OFDM

The invention provides a design method of radar communication integrated signal based on OFDM, which belongs to the field of wireless communication technology. The method first obtains the ambiguity function of the OFDM monopulse signal by using the echo signal, then obtains the ambiguity function of the OFDM pulse train signal by pulse compression of the OFDM monopulse signal, loads the communication data onto the OFDM pulse train signal by utilizing the complementary code characteristic of P4 code, and obtains the integrated signal loaded with the communication data and the main lobe formula of the ambiguity function; finally, loads the communication. Data integration signal is converted into CE OFDM radar communication integration signal. The invention solves the problem that the randomness of communication data affects the radar detection ability in the existing radar communication integration technology. The invention can be used for radar communication integration equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种基于OFDM的雷达通信一体化信号设计方法
本专利技术涉及一种雷达通信一体化信号设计方法，属于无线通信

技术介绍
现代科学的发展使各种电子设备不断丰富的同时也造成了电磁环境的日益复杂，电子装备给彼此带来严重电磁干扰，设备的维护也更加费时费力。在这种背景下，电子设备一体化设计非常必要。雷达设备和通信设备二者硬件的高度相似性和软件资源共享给雷达通信一体化设计带来了契机。其中，将OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用)信号应用于雷达进行一体化共享波形的设计是一种选择。Dmitriy.G等人研究了基于OFDM的雷达通信一体化的可行性，参数设计，并研制出了基于软件无线电的雷达通信一体化系统，他们用OFDM信号取代传统的超宽带信号，并实现了SAR雷达的成像显示(GarmatyukD,SchuergerJ,KauffmanK.MultifunctionalSoftware-DefinedRadarSensorandDataCommunicationSystem[J].IEEESensorsJournal,2011,11(1):99-106)。YokeLeenS.研究了车载雷达上的OFDM雷达通信系统的抗多径性能以及干扰消除算法(SitYL,WiesbeckW,SturmC,etal.TheOFDMJointRadar-CommunicationSystem:AnOverview[C]SPACOMM2011,TheThirdInternationalConferenceonAdvancesinSatelliteandSpaceCommunications,Budapest,Hungary.2011:69-74)。赵兴运提出了一种将OFDM信号与随机步进频率雷达结合的新体制雷达，可以实现频率捷变提高雷达的分辨率，缺点是占用带宽过大(张群,赵兴运,娄昊,等.基于OFDM随机步进频的雷达通信一体化信号模型[J].电讯技术,2014,54(8):1107-1112)。SurenderS.C.提出了将携带了通信数据的OFDM信号嵌入一个UWB信号的频谱中形成共享波形，可以增加一体化信号的隐蔽性，缺点是误码率和通信速率会因此下降(SurenderSC,NarayananRM.CovertNettedWirelessNoiseRadarSensor:OFDMA-BasedCommunicationArchitecture[C]MilitaryCommunicationsConference,2006.MILCOM2006.IEEE.IEEE,2006)。以上文献并没有很好解决通信数据随机性对雷达探测能力影响的问题，主要是会导致探测的距离分辨率与速度分辨率降低。
技术实现思路
本专利技术为解决现有雷达通信一体化技术中通信数据随机性对雷达探测能力影响的问题，提供了一种基于OFDM的雷达通信一体化信号设计方法。本专利技术所述一种基于OFDM的雷达通信一体化信号设计方法，通过以下技术方案实现：步骤一、利用回波信号获得OFDM单脉冲信号的模糊函数；步骤二、将OFDM单脉冲信号进行脉冲压缩得到OFDM脉冲串信号的模糊函数；步骤三、利用P4码的互补码特性，将通信数据加载到OFDM脉冲串信号上，得到加载通信数据的一体化信号及其模糊函数主瓣公式；步骤四、将所述加载通信数据的一体化信号转换为CE-OFDM雷达通信一体化信号。作为对上述技术方案的进一步阐述：进一步的，还包括接收端的验证过程：步骤五、接收端基于FFT解调验证雷达通信一体化信号的雷达探测能力，得到雷达探测距离输出与速度输出；接收端验证雷达通信一体化信号的通信误码率性能；若验证不通过则重新返回步骤一进行设计。本专利技术最为突出的特点和显著的有益效果是：本专利技术所涉及的一种基于OFDM的雷达通信一体化信号设计方法，本专利技术在OFDM信号基础上利用P4码的互补码特性使一体化信号具有携带通信数据的能力；有效解决了通信数据随机性对OFDM雷达探测能力的影响，在几乎不影响雷达探测能力的基础上实现了通信的功能。同时针对OFDM无法回避的PAPR过高的问题，本专利技术引入了CE-OFDM彻底解决了这一问题。进行仿真实验得到系统对多目标的探测能力距离分辨率可达25m/s，速度分辨率可达4.7m/s；通信误码率在信噪比10dB以上时误码率曲线接近8PSK系统。附图说明图1为本专利技术方法流程图；图2为实施例中OFDM单脉冲信号模糊函数图；纵坐标|χ(τ,v)|是关于时延和速度的模糊函数；图3为实施例中OFDM脉冲串信号模糊函数的零延时平面图；α是与模糊函数旁瓣出现位置与幅值有关的参数，ε＝fd/△f；图4为实施例中16位P4码OFDM脉冲信号模糊函数图；图5为实施例中基于P4码加载通信数据的一体化信号的零多普勒平面图；图6为实施例中P4码调制的CE-OFDM信号模糊函数图；图7为实施例中雷达探测距离输出仿真结果图；图8为实施例中雷达速度输出仿真结果图；图9为实施例中高斯白噪声信道下误码率曲线图；BER为误码率，EbNo为信噪比。具体实施方式具体实施方式一：结合图1对本实施方式进行说明，本实施方式给出的一种基于OFDM的雷达通信一体化信号设计方法，具体包括以下步骤：步骤一、利用回波信号获得OFDM单脉冲信号的模糊函数；步骤二、将OFDM单脉冲信号进行脉冲压缩得到OFDM脉冲串信号的模糊函数；步骤三、利用P4码循环移位构成的互补码集合表示不同的通信数据信息，将通信数据加载到OFDM脉冲串信号上，得到加载通信数据的一体化信号及其模糊函数主瓣公式；P4码是雷达中常用的一种多相位编码，P4码循环移位构成的互补码集合可以携带通信信息，与OFDM信号有效结合构成一体化信号；步骤四、将所述加载通信数据的一体化信号转换为CE-OFDM(ConstantEnvelope-OrthogonalFrequencyDivision，Multiplexing，恒包络正交频分复用)雷达通信一体化信号，有效限制PAPR(PeaktoAveragePowerRatio，峰值平均功率比)。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述一种基于OFDM的雷达通信一体化信号设计方法还包括接收端的验证过程：步骤五、接收端基于FFT解调验证雷达通信一体化信号的雷达探测能力，得到雷达探测距离输出与速度输出；接收端验证雷达通信一体化信号的通信误码率性能，通常采用传统的OFDM解调方法进行验证；若验证不通过则重新返回步骤一进行设计。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是，步骤一中所述获得OFDM单脉冲信号的模糊函数的具体过程包括：步骤一一、OFDM发射信号遇到距离R，相对雷达径向速度ν的探测目标时，接收机收到的回波信号r(t)为：其中rect(·)为窗函数，N为子载波数，Cl为第l个子载波的幅度，l＝1,…,N；Δf为载波间隔，fc为载频，γ为拉伸因子，τ为时延，c为光速；j为虚数单位，t为时间变量；步骤一二、回波信号下变频得到基带信号，带入到模糊函数公式，取出当回波信号与发射信号子载波对应时，所具有的能量部分，得到OFDM单脉冲信号的模糊函数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于OFDM的雷达通信一体化信号设计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一、利用回波信号获得OFDM单脉冲信号的模糊函数；步骤二、将OFDM单脉冲信号进行脉冲压缩得到OFDM脉冲串信号的模糊函数；步骤三、利用P4码的互补码特性，将通信数据加载到OFDM脉冲串信号上，得到加载通信数据的一体化信号及其模糊函数主瓣公式；步骤四、将所述加载通信数据的一体化信号转换为CE‑OFDM雷达通信一体化信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于OFDM的雷达通信一体化信号设计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一、利用回波信号获得OFDM单脉冲信号的模糊函数；步骤二、将OFDM单脉冲信号进行脉冲压缩得到OFDM脉冲串信号的模糊函数；步骤三、利用P4码的互补码特性，将通信数据加载到OFDM脉冲串信号上，得到加载通信数据的一体化信号及其模糊函数主瓣公式；步骤四、将所述加载通信数据的一体化信号转换为CE-OFDM雷达通信一体化信号。2.根据权利要求1所述一种基于OFDM的雷达通信一体化信号设计方法，其特征在于，所述一种基于OFDM的雷达通信一体化信号设计方法还包括接收端的验证过程：步骤五、接收端基于FFT解调验证雷达通信一体化信号的雷达探测能力，得到雷达探测距离输出与速度输出；接收端验证雷达通信一体化信号的通信误码率性能；若验证不通过则重新返回步骤一进行设计。3.根据权利要求2所述一种基于OFDM的雷达通信一体化信号设计方法，其特征在于，步骤一中所述获得OFDM单脉冲信号的模糊函数的具体过程包括：步骤一一、OFDM发射信号遇到探测目标时，接收机收到的回波信号r(t)为：其中rect(·)为窗函数，N为子载波数，Cl为第l个子载波的幅度，l＝1,…,N；Δf为载波间隔，fc为载频，γ为拉伸因子，τ为时延，c为光速；j为虚数单位，t为时间变量；步骤一二、回波信号下变频得到基带信号，取出当回波信号与发射信号子载波对应时，所具有的能量部分，得到OFDM单脉冲信号的模糊函数χM(τ,fd)：sinc(π(fc-k△f)(1-γ)Td)exp{jπ(fc-k△f)(γ-1)Ta}其中，k＝1,…,N，Ck为新的子载波幅度，为Ck共轭，Td＝Tmax-Tmin，Tmin＝max(0,τ)，Tmax＝min(Ts,Ts/γ+τ)，Ta＝(Tmax-Tmin)/2，Ts为OFDM符号持续时间；fd为多普勒平移。4.根据权利要求3所述一种基于OFDM的雷达通信一体化信号设计方法，其特征在于，步骤三中所述得到加载通信数据的一体化信号及其模糊函数主瓣公式的具体过程包括：步骤三一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卓明，梁天棋，房宵杰，王孟奇，刘锦，赵洪林，沙学军，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23