用于雷达探测和通信的正交相位调制制造技术

一种通过数字通信符号序列对相位调制连续波雷达系统(10)的雷达波进行正交调制的方法。该方法包括以下步骤：选择(34)等距双相或多相相位调制序列；对雷达系统(10)的连续雷达波进行相位调制(46)，以及朝向场景发射(48)经正交相位调制的连续雷达波。该方法的特征在于以下步骤：通过对相位调制序列应用外部编码(H)来生成(36)检测序列(s)；基于所选择的相位调制，来在复数平面中选择(38)通信范围(C)；生成(40)包括多个序列成员的通信序列(c)；通过对通信序列(c)的成员应用单射映射函数(Γ)，来将通信序列(c)映射(42)到通信范围(C)中，以及计算(44)检测序列(s)的成员与经映射的通信序列(c)的虚部的成员的数乘积。对雷达系统(10)的连续波进行相位调制(46)的步骤是根据所计算出的数乘积来执行的。

Quadrature phase modulation for radar detection and communication

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于雷达探测和通信的正交相位调制
本专利技术涉及通过数字通信符号序列对相位调制连续波雷达系统的雷达波进行正交调制的方法、被配置用于执行这种方法的汽车相位调制连续波雷达系统、通信序列解调设备和检测序列反投影解调设备。
技术介绍
在本领域中已知的是，在诸如驾驶员辅助系统之类的外部汽车应用中采用雷达技术，以用于通过利用适当的警告(例如，易受伤害道路使用者检测系统、车道变换辅助系统或盲点监测系统)促进车辆驾驶员的最佳反应，或者甚至通过自动接管对车辆的控制(例如，在碰撞缓解系统中)，从而提供改进的安全性。最常见的外部汽车额定设备在大约24GHz或大约77GHz的范围中的雷达载波频率处进行操作。在图1中示出了典型场景。被设计为客车的车辆18使用雷达系统10，该雷达系统10安装在车辆18的前部区域22处，并且朝向该车辆18前方的场景发射雷达波，以在检测路径28中检测出现在雷达系统视野26中的障碍物24或者迎面而来的交通中的车辆20。在下文中，为了简洁起见，雷达波发射雷达系统10被称为“自我(ego)雷达系统”。此外，即将出现的期望是提供具有自动通信系统的车辆，以用于避免事故以及由此潜在伤害的目的。在图1中，这通过在自我雷达系统10与在图1左侧所示的迎面而来的车辆20的雷达系统10(作为通信合作方)之间的通信路径30来表示。快速且可靠的通信可以是基于车载雷达系统已经生成的电磁波，然而，这些电磁波通常主要被设计用于检测障碍物和交通参与方，最初并不是用于通信目的。因此，还实现通信的雷达系统仍然需要大量的技术努力。例如，在ShrawanC.Surender和RamM.Narayanan于2011年4月在《IEEETransactionsonAerospaceandElectronicSystems》(IEEE航空航天和电子系统汇刊)的第2期第47卷、第1380-1400页、发表的文章“UWBNoise-OFDMNettedRadar:PhysicalLayerDesignandAnalysis”中，提出了一种如下的方案：该方案修改超宽带(UWB)噪声雷达，以便利用安全的多用户网络通信能力对其进行补充。UWB噪声雷达实现目标和地形的高分辨率成像。宽带宽产生精细的距离分辨率，而噪声波形提供对检测、干扰和拦截的抵抗力(immunity)。使多个噪声雷达彼此联网在目标检测和识别方面提供了显著益处。所提出的UWB噪声正交频分复用(OFDM)多功能组网雷达系统的突出特征包括：利用嵌入式的启用安全性的基于OFDM的通信、多用户能力和物理层安全性进行监视。在相关文章中，已经通过将可用带宽划分为三个部分来设计了单个波形，其中，将通信信息嵌入在频谱中心，而为雷达分配两个边带。已经研究了通信数据对目标距离估计的影响，但是没有考虑多普勒频移的影响。在A.Hassanien、M.G.Amin、Y.D.Zhang和F.Ahmad于2016年4月15日在《IEEETransactionsonSignalProcessing》(IEEE信号处理汇刊)的第8期第64卷、第2168-2181页、发表的文章“Dual-FunctionRadar-Communications:InformationEmbeddingUsingSidelobeControlandWaveformDiversity”中，描述了一种用于具有联合雷达和通信平台的双功能系统的技术。发射波束成形的旁瓣控制与波形分集进行协同实现了使用相同的脉冲雷达频谱的通信链路。使用多个同时发送的正交波形，以在每个雷达脉冲期间嵌入LB比特序列。设计了两个权重向量以实现两种发射空间功率分布模式，这些模式具有相同的主雷达波束，但是针对预期的通信接收机的旁瓣电平有所不同。通过将波束模式的旁瓣电平控制在角度空间中的固定点来发送通信信息。接收机对比特的解释是基于其辐射波束的。所提出的技术允许将信息递送到雷达的主波瓣之外的单个或多个通信方向。表明的是，该通信过程在本质上对于来自除预先指派的通信方向之外的方向的拦截而言是安全的。所采用的波形分集方案支持多输入多输出雷达操作模式。应注意的是，静止目标是所提出的方法的先决条件，而缺点在于，如果雷达系统移出该特定的角度空间，则其将丢失目标。为了消除此缺点，相同的作者在《EngineeringandTechnology(IET)RadarSonarNavig.》(工程技术学会(IET)雷达声纳导航)的第8期第10卷、第1411-1421页的文章“Phase-modulationbaseddual-functionradarcommunications”中，提出了设计一组发射波束成形权重向量，使得它们形成相同的发射功率辐射方向图(radiationpattern)，而与朝向预期通信方向的每个发射波束相关联的相位属于某个相位星座。在每个雷达脉冲期间，将二进制序列映射到星座的一个点，进而通过选择与该星座点相关联的发射权重向量来将该二进制序列嵌入到雷达发射中。通信接收机检测所接收的信号的相位，并且使用其来解码所嵌入的二进制序列。所提出的技术允许将信息递送到预期的通信接收机，而不管其位于旁瓣区域中还是位于主雷达波束内。提出了三种信令策略，它们分别可以用于实现相干通信、非相干通信和非相干广播。
技术实现思路
因此，期望提供如下的操作方法和改进的汽车雷达系统：其以减少的硬件工作量并且以更稳健的方式来实现雷达检测以及与其它交通参与方的通信。在本专利技术的一个方面中，通过一种通过数字通信符号序列来对相位调制连续波(PMCW)雷达系统的雷达波进行正交调制的方法来实现该目的。该方法包括以下步骤：-选择等距双相或多相相位调制序列，其中，所述序列的成员是通过复数单位根来给出的，-对所述雷达系统的连续雷达波进行相位调制，以及-朝向场景发射(48)经正交相位调制的连续雷达波。该方法的特征在于以下步骤：-通过对所述双相或多相相位调制序列应用外部编码来生成检测序列，-基于所选择的等距双相或多相相位调制，来在复数平面中选择通信范围，-生成包括多个序列成员的通信序列，其中，所述成员是自然数，-通过对所述通信序列的所述成员应用单射映射函数，来将所述通信序列映射到所述通信范围中，-计算所述检测序列的成员与经映射的通信序列的虚部的成员的数乘积，其中，对所述雷达系统的所述连续雷达波进行相位调制的步骤是根据所计算出的数乘积来执行的。在相位调制连续波(PMCW)雷达系统中，使用了具有以下项的相位调制序列s：位于复单位圆中并且因此从所有单位根的集合S中选择的成员：最简单的情况是具有n＝2的双相调制，其中该序列在0°和180°的两个相位之间跳跃。通常，相位调制序列s以值进行操作。此外，在PMCW雷达系统中，将外部编码应用于相位调制序列。在多发射机PMCW雷达系统中使用的外部编码的一个例子是Hadamard编码，其意味着当从发射机j∈{1,…,L}被发送时，检测序列s是通过将相位调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过数字通信符号序列对相位调制连续波雷达系统(10)的雷达波进行正交调制的方法，所述方法包括以下步骤：/n-选择(34)等距双相或多相相位调制序列，其中，所述序列的成员是通过复数单位根来给出的，/n-对所述雷达系统(10)的连续雷达波进行相位调制(46)，以及/n-朝向场景发射(48)经正交相位调制的连续雷达波，/n以及，所述方法的特征在于以下步骤：/n-通过对所述双相或多相相位调制序列应用外部编码(H)来生成(36)检测序列(s)，/n-基于所选择的等距双相或多相相位调制，来在复数平面中选择(38)通信范围(C)，/n-生成(40)包括多个序列成员的通信序列(c)，其中，所述成员是自然数，/n-通过对所述通信序列(c)的所述成员应用单射映射函数(Γ)，来将所述通信序列(c)映射(42)到所述通信范围(C)中，/n-计算(44)所述检测序列(s)的成员与经映射的通信序列(c)的虚部的成员的数乘积，/n-其中，所述对所述雷达系统(10)的所述连续雷达波进行相位调制(46)的步骤是根据所计算出的数乘积来执行的。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170510 LU LU1002431.一种通过数字通信符号序列对相位调制连续波雷达系统(10)的雷达波进行正交调制的方法，所述方法包括以下步骤：
-选择(34)等距双相或多相相位调制序列，其中，所述序列的成员是通过复数单位根来给出的，
-对所述雷达系统(10)的连续雷达波进行相位调制(46)，以及
-朝向场景发射(48)经正交相位调制的连续雷达波，
以及，所述方法的特征在于以下步骤：
-通过对所述双相或多相相位调制序列应用外部编码(H)来生成(36)检测序列(s)，
-基于所选择的等距双相或多相相位调制，来在复数平面中选择(38)通信范围(C)，
-生成(40)包括多个序列成员的通信序列(c)，其中，所述成员是自然数，
-通过对所述通信序列(c)的所述成员应用单射映射函数(Γ)，来将所述通信序列(c)映射(42)到所述通信范围(C)中，
-计算(44)所述检测序列(s)的成员与经映射的通信序列(c)的虚部的成员的数乘积，
-其中，所述对所述雷达系统(10)的所述连续雷达波进行相位调制(46)的步骤是根据所计算出的数乘积来执行的。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所选择的等距双相或多相相位调制序列是从包括以下各项的组中选择的：m序列、Zadoff-Chu序列、Legendre序列或几乎最佳自相关序列。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述相位调制连续波雷达系统(10)被配置为以多输入多输出配置进行工作，以及所述生成检测序列(s)的步骤(36)包括应用Hadamard矩阵(H)。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述单射映射函数(Γ)能够被表示为：



其中，c表示所述通信序列(c)的成员的值，n表示针对所述等距双相或多相相位调制的所述成员的不同单位根的最大可能数量，以及T表示所述通信序列(c)的所述成员的最大值。


5.一种对相位调制连续雷达波进行解调的方法，所述相位调制连续雷达波是按照根据权利要求1至4中任一项所述的方法，通过数字通信符号序列进行正交调制的，其中，所述相位调制连续雷达波是直接接收的，所述方法包括以下步骤：
-对所接收的相位调制连续雷达波应用(50)通信反投影函数Ω，以将所述数字通信符号映射到所述通信范围(C)，其中，所述通信反投影函数Ω能够被表示为：



其中，n表示针对所述等距双相或多相相位调制的所述成员的不同单位根的最大可能...

【专利技术属性】
技术研发人员：U·施罗德，HP·拜泽，T·施皮尔曼，S·H·多坎奇，
申请(专利权)人：IEE国际电子工程股份公司，卢森堡大学，
类型：发明
国别省市：卢森堡;LU