一种新型调频连续波联合雷达通信方法技术

本发明专利技术属于无线通信技术领域，具体是一种新型调频连续波联合雷达通信方法。本发明专利技术考虑将偏移空间调制与FRaC相结合，利用传输端的信道状态信息来简化射频交换的处理。双功能发射机和雷达接收机在同一平台，通信接收机在另一平台。在发射端通过相位调制、天线索引、载波频率索引的联合多域调制加载信息。通信接收端只需要单根天线，有效降低硬件负载。极端条件下，系统允许以损失一部分通信和感知性能为代价，在没有射频开关的情况下工作，同时保持传统空间调制方案的单射频优势。而在多个可偏移天线情况下，通过仿真我们得出，所提出的OFRaC方案比FRaC有更低的误比特率和更短的切换时间，并且能较好地平衡通信与感知性能。且能较好地平衡通信与感知性能。且能较好地平衡通信与感知性能。

【技术实现步骤摘要】
一种新型调频连续波联合雷达通信方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体是一种新型调频连续波联合雷达通信方法。

技术介绍

[0002]随着电子信息技术迅猛发展，未来移动通信中无线平台面临的需求日益增多，很多新兴领域包括车联网，无人机群，智慧城市和智能家居等等，必须同时装备雷达、通信和感知器件等多种电子设备。海量的无线设备接入导致无线频谱愈加拥塞，由此无线通信频段向毫米波、太赫兹和可见光等更高频段发展，与传统雷达频段将产生越来越多的重叠。双功能雷达通信设计主要可以分为两个方面，以通信为中心的设计和以感知为中心的设计。以通信为中心的设计，是在通信信号基础上进行改造，使其满足雷达感知性能条件。主要包括基于扩频序列的技术和基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)波形的技术。其中序列扩频一体化信号需要通过相关运算进行脉冲压缩和解扩，处理数据量较大；OFDM一体化信号是现阶段研究热点，国内外主要针对信号幅度峰均比高、多普勒频偏干扰、距离旁瓣伪峰、系统性能边界等问题进行波形设计和算法研究，提出了不同解决方案，但整体上信号设计复杂、调谐困难、处理运算量大，在雷达应用和一体化系统中难以满足千兆赫兹量级带宽信号实时处理要求。
[0003]以雷达为中心的波形设计，需要将通信数据嵌入到不包含信令的雷达波形中，而不能过度降低传感性能。常用的波形是简单脉冲和调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)。其中FMCW信号通过脉内频率调制，突破了脉冲信号时宽和带宽之间的相互制约关系，可以获得大的时宽带宽积，在低发射功率下可实现高分辨率性能，可实现包括汽车雷达、近距离成像和其他许多场景的应用。虽然这些方案通常是高能量效率的和低复杂度的，但是如何有效的提高数据传输速率是一个难题。
[0004]有的学者提出来可以使用索引调制的方法提高以雷达为基础的双功能波形的信号传输速率，包括联合雷达通信系统的空间调制、多载波敏捷联合雷达通信和基于FMCW的联合雷达通信(FMCW
‑
Based Radar
‑
Communications，FRaC)方法等不同方案。其中FRaC与前两者不同，发射机采用随机稀疏阵列，减少了硬件开销。并且采用的调频连续波信号，与简单窄带脉冲相比，可以有效地减小雷达的发射功率，还用高脉冲压缩比解决了距离分辨率和作用距离之间的矛盾。然而，FRaC也存在不容忽视的弊端。虽然采用随机稀疏阵列可以减少射频链，但是发射天线和射频链之间要进行极其频繁的切换，整个系统的传输速率也将受到硬件实现的最大切换频率或最小切换时间的限制。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的，就是针对上述FRaC切换耗时高的问题，提出一种偏移调制FMCW联合雷达通信(Offset FMCW
‑
Based Radar
‑
Communications，OFRaC)方法，可以有效减少射频切换时间，同时保持传统空间调制方案的单射频优势。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种新型调频连续波联合雷达通信方法，双功能发射机和
雷达接收机在同一平台，通信接收机在另一侧平台。双功能发射机利用带有N
t
个元件的均匀线性阵列来传输双功能波形，雷达接收机配备有Q
r
元件的均匀线性阵列，通信接收机使用单根天线进行接收。一个信号相干处理间隔由N个脉冲组成，每个脉冲中发射机只能从规定的P根天线中选择一根发送信息，由射频开关进行控制。以平坦瑞利信道为信道模型，信道噪声服从高斯分布。所述方法包括以下步骤：
[0007]S1、如图1所示为OFRaC收发机系统框图，基带FMCW信号表达式是
[0008][0009]其中rect()为矩形函数，在0≤t<1时rect(t)＝1，κ是FMCW波形的频率调制率，T
P
为脉冲宽度，T0为脉冲重复间隔，T
p
≤T0，信号s(t)的带宽用B
sub
表示。
[0010]S2、在信号发射前依次进行预编码、相位和载波频率调制，在第n个脉冲选择第k根天线发射的信号表示式为
[0011][0012]式中为传输功率归一化的因子,p
n,k
是第n个脉冲第k个传输天线的索引，p
n,k
∈{0,1,
…
,P
‑
1}，表示该索引对应的信道，p
n,max
是第n个脉冲P条可选天线中幅值最大的信道索引，因此有f
n,k
是从中选择的载波频率，其中f
c
为载波频率的起点，
△
f为载波频率步长，
△
f＝B
sub
，φ
n,k
是基带FMCW波形上的相位调制参数。
[0013]S3、在通信接收端，信号与频率f
c
的载波混合下转换后，进行周期为T
c
的离散采样，得到采样后离散信号表示式
[0014][0015]式中u∈{0,1,
…
,U
‑
1}，U为采样点数，是离散高斯白噪声，其中m
n,k
表示n时刻第k根天线载波频率的索引值。
[0016]S4、将接收信号表示成向量形式
[0017][0018]ψ
n
∈C
U
×
PM
为信号接收矩阵，ψ
n
＝[ψ
n,0
,ψ
n,1
,
…
,ψ
n,M
‑1]，每个子矩阵ψ
n,m
有其中s
m
是的向量形式，H
n,p
∈C
U
×
U
是对角元素为h
n,p
的对角矩阵，表示第p根天线作为发射天线在n时刻的信道矩阵，使用最大似然检测算法，可得到e
n
估计值由中非零值的位置可以得到载波频率、发射天线的索引值，中非零值的大小可以得到调制相位的选择，进而解码发送比特信息。
[0019]S5、设q
r
为雷达接收天线索引，q
r
＝1,2
…
,Q
r
，假设L个理想点目标位于发射天线阵列的远场，其距离、速度和角度参数分别为{r
l
},{v
l
},{θ
l
}，其中l＝1,2
…
,L，在第q
r
个天线处接收到的信号为
[0020][0021]其中，α
l
为第l个目标的反射因子，为在第n个脉冲期间第p
n,max
根发射天线与第q
r
个接收天线之间的往返延迟，表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型调频连续波联合雷达通信方法，系统包括双功能发射机、雷达接收机和通信接收机，其中双功能发射机、雷达接收机在同一平台，通信接收机在另一平台，双功能发射机带有N
t
个元件的线性均匀阵列，规定可偏移天线数量为P，雷达接收机配备有Q
r
个元件的线性均匀阵列，通信接收机仅需配备单根天线；每个脉冲期间，基带信号进行相位、载波频率索引、发射天线索引的多域联合调制，偏移到规定的天线上进行发射，信道模型为平坦瑞利信道，噪声均服从高斯分布，其特征在于，包括以下步骤：S1、定义基带调频连续波(FMCW)的信号表达式：其中rect()为矩形函数，在0≤t<1时rect(t)＝1，κ是FMCW波形的频率调制率，T
P
为脉冲宽度，T0为脉冲重复间隔，T
p
≤T0，信号s(t)的带宽用B
sub
表示；S2、在信号发射前依次进行预编码、相位和载波频率调制，在第n个脉冲选择第k根天线发射的信号表示式为：式中|为传输功率归一化的因子,p
n,k
是第n个脉冲第k个传输天线的索引，p
n,k
∈{0,1,
…
,P
‑
1}，表示该索引对应的信道，p
n,max
是第n个脉冲P条可选天线中幅值最大的信道索引，因此有f
n,k
是从中选择的载波频率，其中f
c
为载波频率的起点，
△
f为载波频率步长，
△
f＝B
sub
，φ
n,k
是基带FMCW波形上的相位调制参数；S3、在通信接收机端，信号与频率f
c
的载波混合下转换后，进行周期为T
c
的离散采样，得到采样后离散信号表示式式中u∈{0,1,
…
,U
‑
1}，U为采样点数，是离散高斯白噪声，其中m
n,k
表示n时刻第k根天线载波频率的索引值；S4、将接收信号表示成向量形式ψ
n
∈C
U
×
PM
为信号接收矩阵，ψ
n
＝[ψ
n,0
,ψ
n,1
,
…
,ψ
n,M
‑1]，每个子矩阵ψ
n,m
有其中s
m
是的向量形式，H
n,p
∈C
U
×
U
是对角元素为h
n,p
的对角矩阵，表示第p根天线作为发射天线在n时刻的信道矩阵，使用最大似然检测方法，得到e
n
估计值由中非零值的位置得到载波频...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵嘉荣，杨平，易琴，许向楠，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：