基于循环前缀的OFDM频率捷变发射信号设计方法技术

本发明专利技术提出一种基于循环前缀的OFDM频率捷变发射信号设计方法。主要解决现有技术中不同距离分辨单元间回波能量相互串扰的问题。其实现方案是：对发射信号数据序列进行串并转化；设计随机跳变的子载波频率；为OFDM发射信号添加循环前缀CP；根据随机跳变子载波频率构建子载波发射信号，用并行数据序列对子载波信号进行调制，得到调制后的子载波信号；将调制的子载波信号进行叠加，得到基于循环前缀的OFDM频率捷变发射信号，完成发射信号设计。仿真结果表明，采用本发明专利技术设计的频率捷变发射信号对回波信号进行脉冲压缩，能降低雷达的距离旁瓣，并有效抑制距离旁瓣对目标的干扰。可应用于雷达距离旁瓣抑制，雷达探测微弱目标及雷达成像。

【技术实现步骤摘要】
基于循环前缀的OFDM频率捷变发射信号设计方法
本专利技术属于信号处理
，特别涉及一种正交频分复用OFDM频率捷变发射信号设计方法，可应用于雷达距离旁瓣抑制，雷达探测微弱目标及雷达成像。
技术介绍
距离旁瓣是雷达回波信号匹配滤波后能量在相近的距离分辨单元扩散，会导致微弱目标被较强的目标旁瓣掩盖，致使目标丢失，或产生虚假目标。目前雷达中的OFDM信号设计只利用了OFDM信号的灵活性，优化设计参数。而OFDM在通信系统中的循环前缀CP却没有在雷达系统中充分运用。在通信系统中，添加CP的OFDM发射信号可以实现子信道无码间干扰，从而有效抑制多径干扰。因而，在雷达应用中，可以把雷达的距离分辨单元看作是通信中信号的径，运用CP消除不同距离分辨单元之间的干扰。捷变频雷达FAR可以快速改变载频的工作频率，提高雷达的抗干扰能力。将添加CP的OFDM发射信号与频率捷变相结合，可有效降低旁瓣，抑制距离旁瓣。针对雷达距离旁瓣的抑制发射信号设计方法，目前已有的研究主要有：美国的X.Xu等人发表的《Rangesidelobesuppressiontechniqueforcoherentultrawide-bandrandomnoiseradarimaging》以随机噪声发射信号自相关函数的峰值旁瓣电平和综合积分旁瓣比作为评价指标，提出了通过发射信号波形的优化设计，最优化峰值旁瓣电平PSL和综合积分旁瓣比ISL，降低自相关函数旁瓣的影响。但该方法的距离旁瓣依然较高。美国的H.He、J.Li和瑞典的P.Stoica等人发表的《WaveformDesignforActiveSensingSystems:AComputationalApproach》采用恒模序列的设计方法。通过建立数学优化模型，以综合积分旁瓣电平或加权综合积分旁瓣电平作为优化目标，利用不同改进的循环算法CA对序列设计优化问题进行求解，实现了恒模序列自相关特性的优化，从而达到距离旁瓣抑制的目的。但该算法复杂度较高，计算效率低。瑞典的M.Soltanalian等人发表的《Computationaldesignofsequenceswithgoodcorrelationproperties》以序列自相关函数的PSL或ISL作为优化准则，提出了基于迭代扭曲近似的一系列设计算法，实现了实值序列和二进制序列的设计，使所设计序列的自相关函数具有低旁瓣以及特定区域旁瓣几乎为零的特性，从而达到距离旁瓣抑制的目的。但仿真结果表明，利用该方法所设计的非恒模序列自相关函数较低，旁瓣依然较高，且只有非恒模序列才可以完成特定区域旁瓣置零。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于循环前缀的OFDM频率捷变发射信号设计方法，以降低波形的距离旁瓣和设计复杂度。为实现上述目的，本专利技术基于循环前缀的OFDM频率捷变发射信号设计方法，包括如下：(1)将OFDM信号的N个子载波信道中高速串行的数据序列转化成并行传输的低速数据序列，N为大于1的整数；(2)在OFDM信号中采用频率随机跳变的方法设计N个子载波的载波频率fn；(3)在OFDM信号的起始位置加入循环前缀CP；(4)用N个子载波信道中被转化的低速数据序列对子载波信号进行调制，并将调制后的子载波信号进行叠加，得到基于循环前缀的OFDM频率捷变发射信号，表达式为：其中，N表示信号的子载波个数，表示调制后的子载波信号，Sn表示调制后的每个信道上的数据，j为虚数，fn表示对应第n个子载波的信号频率，t表示为信号采样时间，T为OFDM信号的一个周期时宽，TCP为循环前缀CP的时宽，T+TCP为添加循环前缀的OFDM信号的时宽。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1.能有效抑制距离旁瓣现有技术中OFDM波形设计在雷达领域的应用只利用了OFDM波形参数设计的灵活性，通过优化波形设计参数改善雷达性能，而通信系统中的循环前缀却没有在雷达信号设计中充分利用。本专利技术利用对OFDM发射信号添加循环前缀，消除了不同距离分辨单元之间的干扰，有效抑制了距离旁瓣。2.能抑制距离旁瓣对目标的干扰现有技术中频率捷变主要应用于传统雷达的线性调频发射信号和相位编码发射信号的设计中，频率捷变技术应用范围有限。本专利技术将频率捷变应用到基于CP的OFDM信号设计中，可改善雷达性能，有效抑制距离旁瓣对目标的干扰。附图说明图1是本专利技术的实现流程图；图2是本专利技术的发射信号的模型图；图3是对本专利技术在探测单个目标时产生的回波信号进行脉冲压缩的仿真结果图；图4是对本专利技术在探测多个目标时产生的回波信号进行脉冲压缩的仿真结果图。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详细描述。发射信号的设计对雷达信号的性能具有重要的影响，目前OFDM信号波形设计主要是对发射序列进行优化设计，通过建立数学优化模型，达到距离旁瓣抑制的目的。上述发射信号的设计，采用传统设计方式，距离旁瓣抑制未达到预期效果。针对这种现状，本专利技术展开了研究与探讨，提出一种基于循环前缀的OFDM频率捷变发射信号设计方法。参见图1，本专利技术的实现步骤包括如下：步骤1，对OFDM信号数据序列进行串并转化。OFDM信号中有N个子载波信道，N个子载波信道的数据序列是高速串行的，需要将高速串行的数据序列转化成并行传输的低速数据序列。本步骤是将串行的数据序列[S0,S1,…,Sn,…SN-1]进行串并转换，得到并行的数据序列[S0,S1,…,Sn,…SN-1]T，其中Sn为并行数据序列中的第n个数据，n∈[0,N-1]，T为对串行的数据序列取转置，N为大于1的整数。步骤2，设计随机跳变的子载波频率。在OFDM信号中设计N个子载波的载波频率fn，本步骤采用但不限于频率随机跳变的方法进行设计，其实现如下：(2.1)假设Δf为固定的间隔频率，对Δf采用随机数a(n)进行调制，产生随机跳变的间隔频率a(n)Δf，其中相邻的间隔频率均不相同；(2.2)假设雷达发射信号的发射中心载频为f0，在发射中心载频f0的基础上，添加(2.1)产生的随机跳变的间隔频率，得到随机跳变的载波频率fn为：fn＝f0+a(n)Δf其中a(n)为{0,1,2,…,M-1}中的随机数，其表示第n个发射脉冲信号的频率调制码，n为[0,N-1]的整数，M为随机数取值最大值，M>N由于相邻的间隔频率均不相同，所以随机数a(n)在取值时，相邻的两个数值均不相同。步骤3，对OFDM发射信号添加循环前缀CP。本步骤是在OFDM信号的起始位置加入循环前缀CP，实现如下：(3.1)将OFDM信号的末尾部分作为CP添加到OFDM信号的开端部分，使OFDM信号的开端部分t∈[0,TCP]与末尾部分t∈[T,T+TCP]完全一致，如图2；(3.2)雷达天线照射区域在距离向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于循环前缀的OFDM频率捷变发射信号设计方法，其特征在于，包括如下：/n(1)将OFDM信号的N个子载波信道中高速串行的数据序列转化成并行传输的低速数据序列，N为大于1的整数；/n(2)在OFDM信号中采用频率随机跳变的方法设计N个子载波的载波频率f

【技术特征摘要】
1.一种基于循环前缀的OFDM频率捷变发射信号设计方法，其特征在于，包括如下：
(1)将OFDM信号的N个子载波信道中高速串行的数据序列转化成并行传输的低速数据序列，N为大于1的整数；
(2)在OFDM信号中采用频率随机跳变的方法设计N个子载波的载波频率fn；
(3)在OFDM信号的起始位置加入循环前缀CP；
(4)用N个子载波信道中被转化的低速数据序列对子载波信号进行调制，并将调制后的子载波信号进行叠加，得到基于循环前缀的OFDM频率捷变发射信号，表达式为：



其中，N表示信号的子载波个数，表示调制后的子载波信号，Sn表示调制后的每个信道上的数据，j为虚数，fn表示对应第n个子载波的信号频率，t表示为信号采样时间，T为OFDM信号的一个周期时宽，TCP为循环前缀CP的时宽，T+TCP为添加循环前缀的OFDM信号的时宽。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述(2)在OFDM信号中采用频率随机跳变的方法设计N个子载波的载波频率fn，实现如下：
(2a)假设Δf为固定的间隔频率，对Δf采用随机数a(...

【专利技术属性】
技术研发人员：全英汇，赵金珊，张瑞，邢孟道，
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