基于星座点映射插入信息的雷达通信一体化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于星座点映射插入信息的雷达通信一体化设计方法，属于雷达技术领域。该方法借鉴通信技术，在MIMO雷达空域发射波束形成的基础上对通信方向的发射信号进行星座点映射，把通信符号插入到信号相位信息中，并对信号幅度进行约束保证了通信接收端可以进行有效的符号检测，从而提高了通信系统的通信误码率性能和通信数码率。本发明专利技术能够在MIMO雷达发射波束方向图的主瓣和旁瓣分别实现雷达和通信功能，在空域是分离的，因此避免了雷达与通信的相互干扰，同时采用星座点映射方法调制通信数据，提高了通信数码率。

Integrated design method of radar communication based on constellation mapping and insertion information

【技术实现步骤摘要】
基于星座点映射插入信息的雷达通信一体化设计方法
本专利技术属于雷达通信
，特别涉及一种基于星座点映射插入信息的雷达通信一体化设计方法。
技术介绍
随着雷达技术和通信技术的发展，雷达与通信系统在硬件实现上有很大的相似度和频谱资源上有着较大程度的重叠。而现代单一作战平台在实现雷达探测和通信传输功能等电子信息任务时需要较多的电子设备，导致占用了作战平台过多的空间资源，因此在单一平台上实现雷达通信一体化成为了现代电子作战系统的一种发展趋势。实现雷达通信一体化可以提高硬件资源的利用率，以及频谱资源的利用率，节省空间成本，将广泛应用到无人侦察机，空载预警机等平台上。目前雷达通信一体化实现的主要研究方向是基于共享信号的体制，并且大多数的传统方法是通过特定的方式把通信符号插入到雷达信号中，从而同时达到雷达探测和通信传输的双重功能。但是这种方法不可避免的会出现雷达与通信系统之间的相互干扰，在做雷达接收信号处理时需要先做预处理，把通信符号的影响消除，这在一定程度上增加了信号处理的成本，并对雷达性能造成一定程度的损失。因此，如何在避免雷达与通信相互干扰的条件下把通信信息插入到雷达信号中是雷达通信一体化研究的一个重要的且有挑战性的问题。多输入多输出(MIMO)雷达相比于传统的相控阵雷达，在波形设计上有着很高的自由度和灵活性，通过设计适合的发射波形，可以分别在雷达发射波束的主瓣和旁瓣区域分别实现雷达探测和通信传输的功能，从而在空域上避免了雷达与通信系统之间的相互干扰。但是，如何提高雷达通信一体化系统的通信数码率是该方法的一个亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提出一种基于星座点映射插入信息的雷达通信一体化设计方法。该方法借鉴通信技术，在MIMO雷达空域发射波束形成的基础上对通信方向的发射信号进行星座点映射，把通信符号插入到信号相位信息中，并对信号幅度进行约束保证了通信接收端可以进行有效的符号检测，从而提高了通信系统的通信误码率性能和通信数码率。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以解决。基于星座点映射插入信息的雷达通信一体化设计方法，包括以下步骤：步骤1，给定雷达通信一体化系统的待传输信息符号x，采用M-PSK调制待传输信息符号x，得到对应的待插入信息符号Γ＝[v1,…,vq,…,vQ]T；其中，x的元素是0或者1，x的长度为Q×M，Q是正交基信号的个数，M是星座点的个数；[·]T表示向量转置；步骤2，根据通信距离，预先设定通信方向的信号幅度ρ，并把待插入信息符号Γ插入到通信方向的信号相位中，然后进行发射波束优化，得到正交基信号的加权向量c'q,q＝1,2,…,Q，即为MIMO雷达发射波束形成权向量；步骤3，构建一个Nc阶的Hadamard矩阵H0，提取矩阵H0的前Q行向量，作为一组离散的正交基信号u1,…uq,…,uQ；其中，Nc表示一个雷达脉冲内的子脉冲数，uq,q＝1,2,…,Q表示H0矩阵的第q行向量；步骤4，根据发射波束形成权向量c'q和正交基信号uq，对正交基信号进行加权求和，得到每个天线上的离散发射信号：其中，sp,p＝1,2,…,Mt为第p个天线上的离散发射信号，Mt表示发射天线的个数；对每个天线上的离散发射信号分别进行数模转换，得到对应的连续时间发射信号t为时间，uq(t)为连续时间的正交基信号；步骤5，所述连续时间发射信号经过高斯白噪声信道后到达基站接收端，得到通信接收信号y(t)；对通信接收信号进行匹配滤波后，提取每个正交基信号上携带的信息符号yq,q＝1,2,…,Q；步骤6，采用极大似然准则对提取的信息符号yq进行判决，得到最终的信息符号对最终的信息符号进行M-PSK解调，得到雷达通信一体化系统传输的通信数据，即完成雷达通信一体化系统与基站的通信。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术采用星座点映射的方法在发射波束的通信方向形成星座点符号，可以在一定程度上提高通信数码率，增大通信容量。(2)本专利技术的基于信息插入的雷达通信一体化方法可以分别在发射波束的主瓣和旁瓣区域实现雷达探测和通信传输，从而在空域避免了雷达与通信之间的相互干扰。附图说明下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。图1为本专利技术实现流程示意图；图2为本专利技术实施例中各个正交基信号的加权向量所对应的波束方向图，其中横坐标为角度，纵坐标为归一化幅度；图3为本专利技术实施例中MIMO雷达的合成发射波束方向图，其中横坐标为角度，纵坐标为归一化幅度；图4为本专利技术实施例中在通信接收端的通信误码特性曲线对比图；其中横坐标为信噪比，纵坐标为误码率。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例及效果作进一步详细描述。参考图1，本专利技术的基于星座点映射插入信息的雷达通信一体化设计方法，包括以下步骤：步骤1，给定雷达通信一体化系统的待传输信息符号x，其中，x的元素是0或者1，x的长度为Q×M，Q是正交基信号的个数，M是星座点的个数，则第m个星座点表示的符号为v(m)＝ej2πm/M，m＝0,1,…,M-1；采用M-PSK调制待传输信息符号x，得到对应的待插入信息符号Γ＝[v1,…,vq,…,vQ]T；其中，[·]T表示向量转置；步骤2，根据通信距离，预先设定通信方向的信号幅度ρ，并把待插入信息符号Γ插入到通信方向的信号相位中，然后进行发射波束优化，得到正交基信号的加权向量c'q,q＝1,2,…,Q，即为MIMO雷达发射波束形成权向量；具体地，所述发射波束优化的目标函数及其约束条件为：Cat(θc)＝ρΓ其中，C＝[c1,…,cq,…,cQ]H表示Q个加权向量组成的加权矩阵，是复数域内的Q×M维的变量，cq,q＝1,2,…,Q表示第q个正交基信号的加权向量，[·]H表示矩阵共轭转置，at(θ)表示发射导向向量，θ表示空域角度，θc表示通信方向角度，at(θc)表示通信方向角度对应的发射导向向量；Θml表示主瓣区域的角度集合，Θsl表示旁瓣区域的角度集合，||·||2表示向量的2范数，F(·)表示所有向量元素求和；然后，求解目标函数的最优解，得到对应的最优加权矩阵C'＝[c'1,…,c'q,…,c'Q]H，即为MIMO雷达发射波束形成权向量。步骤3，构建一个Nc阶的Hadamard矩阵H0，提取矩阵H0的前Q行向量，作为一组离散的正交基信号u1,…uq,…,uQ；其中，Nc表示一个雷达脉冲内的子脉冲数，uq,q＝1,2,…,Q表示H0矩阵的第q行向量；步骤4，根据发射波束形成权向量c'q和正交基信号uq，对正交基信号进行加权求和，得到每个天线上的离散发射信号：其中，sp,p＝1,2,…,Mt为第p个天线上的离散发射信号，Mt表示发射天线的个数；对所有天线上的离散发射信号分别进行数模转换，得到对应的连续本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于星座点映射插入信息的雷达通信一体化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，给定雷达通信一体化系统的待传输信息符号x，采用M-PSK调制待传输信息符号x，得到对应的待插入信息符号Γ＝[v

【技术特征摘要】
1.基于星座点映射插入信息的雷达通信一体化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，给定雷达通信一体化系统的待传输信息符号x，采用M-PSK调制待传输信息符号x，得到对应的待插入信息符号Γ＝[v1,…,vq,…,vQ]T；
其中，x的元素是0或者1，x的长度为Q×M，Q是正交基信号的个数，M是星座点的个数；[·]T表示向量转置；
步骤2，根据通信距离，预先设定通信方向的信号幅度ρ，并把待插入信息符号Γ插入到通信方向的信号相位中，然后进行发射波束优化，得到正交基信号的加权向量c'q,q＝1,2,…,Q，即为MIMO雷达发射波束形成权向量；
步骤3，构建一个Nc阶的Hadamard矩阵H0，提取矩阵H0的前Q行向量，作为一组离散的正交基信号u1,…uq,…,uQ；
其中，Nc表示一个雷达脉冲内的子脉冲数，uq,q＝1,2,…,Q表示H0矩阵的第q行向量；
步骤4，根据发射波束形成权向量c'q和正交基信号uq，对正交基信号进行加权求和，得到每个天线上的离散发射信号：



其中，sp,p＝1,2,…,Mt为第p个天线上的离散发射信号，Mt表示发射天线的个数；
对每个天线上的离散发射信号分别进行数模转换，得到对应的连续时间发射信号t为时间，uq(t)为连续时间的正交基信号；
步骤5，所述连续时间发射信号经过高斯白噪声信道后到达基站接收端，得到通信接收信号y(t)；对通信接收信号进行匹配滤波后，提取每个正交基信号上携带的信息符号yq,q＝1,2,…,Q；
步骤6，采用极大似然准则对提取的信息符号yq进行判决，得到最终的信息符号对最终的信息符号进行M-PSK解调，得到雷达通信一体化系统传输的通信数据，即完成雷达通信一体化系统与基站的通信。


2.根据权利要求1所述的基于星座点映射插入信息的雷达通信一体化设计方法，其特征在于，第m个星座点表示的符号为v(m)＝ej2πm/M，m＝0,1,…,M-1。

【专利技术属性】
技术研发人员：曹运合，吴文华，刘玉涛，王徐华，王胜华，王蒙，王从思，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61