一种幂指数优化注水成型的雷达嵌入式通信波形设计方法技术

本发明专利技术涉及雷达嵌入式通信领域，特别涉及一种幂指数优化注水成型的雷达嵌入式通信波形设计方法，该方法是一种具备较强隐蔽性且高可靠性的雷达嵌入式通信波形设计方法；本发明专利技术要解决的技术问题是针对传统REC波形设计方法在生成波形时的特征值矩阵幂指数都是恒定的，使得REC波形的性能固定，难以满足在通信可靠性能、LPI性能和综合性能等方面的个性化性能需求，提出一种幂指数优化注水成型的雷达嵌入式通信波形设计方法，与传统REC波形设计方法相比，本发明专利技术通过选择不同的幂指数可以获得性能各异的REC波形，从而满足对REC波形性能的不同需求。同需求。同需求。

【技术实现步骤摘要】
一种幂指数优化注水成型的雷达嵌入式通信波形设计方法


[0001]本专利技术涉及雷达嵌入式通信领域，特别涉及一种幂指数优化注水成型的雷达嵌入式通信波形设计方法，该方法是一种具备较强隐蔽性且高可靠性的雷达嵌入式通信波形设计方法。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术和雷达技术的快速发展，无线用频设备急剧增多，频谱资源日益紧张，不同用频设备之间的频谱交叠和干扰现象也更加严重，使得研究者开始探索能使雷达和通信共享频谱的新方案。此外，天然的广播性和开放性使得传统无线通信信号容易被侦测和截获，给无线通信安全带来较大隐患，因此构建高度安全性的无线通信系统迫在眉睫。2007年美国Shannon教授提出一种具备低截获概率(Low Probability of Intercept，LPI)特性的新型无线通信体制(Blunt S D,Yantham P.Waveform design for radar
‑
embedded communications[C]//International Waveform Diversity and Design Conference,2007:214
‑
218.)，通过在高功率雷达后向散射回波中嵌入低功率通信波形完成信息的隐蔽传输，即雷达嵌入式通信(Radar
‑
Embedded Communication，REC)。REC技术不仅使信息传输过程具备高度隐蔽性，还能够实现通信与雷达的频谱共享，提高频谱资源的利用效率。
[0003]REC的工作原理如图1所示，雷达照射整个工作区域，友方目标携带一个可以对雷达信号进行感知和再调制的射频标签，射频标签产生低功率通信波形并嵌入雷达回波中同步发送出去。合作接收机利用和发送方约定好的先验信息对接收信号进行解调，获得其中隐藏的信息。整个过程，截获接收机对通信信号进行不间断侦测。
[0004]波形设计是REC领域的重要研究内容。2007年美国Shannon教授首先提出主空间投影(Dominant Projection，DP)波形算法(Blunt S D,Yantham P.Waveform design for radar
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embedded communications[C]//International Waveform Diversity and Design Conference,2007:214
‑
218.)，2015年，Metcalf基于DP波形算法又提出了成型主空间投影(Shaped Dominant Projection，SDP)波形算法和成型注水(Shaped Water Filling，SWF)波形算法(METCALF J G,SAHIN C,BLUNT S D,et al.Analysis of symbol
‑
design strategies for intrapulse radar
‑
embedded communications[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,2015,51(4):2914
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2931.)，其中SWF算法不仅具有优良的通信可靠性能和LPI性能，而且具有最好的综合性能。
[0005]自REC的概念被提出以来，引起了国内外许多学者的研究兴趣。例如正交的REC波形设计方法(国家专利技术专利：一种雷达嵌入式通信的正交波形设计方法(ZL201910243545.8))可以使产生的REC波形之间完全正交，抽取注水成型的REC波形设计方法可以降低波形设计的复杂度(国家专利技术专利：一种抽取注水成型的雷达嵌入式通信波形设计方法(ZL2021115034157))。然而，已有的REC波形设计方法在生成波形时的特征值矩阵幂指数都是恒定的，使得REC波形的性能固定，难以满足在通信可靠性能、LPI性能和综合
性能等方面的个性化性能需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是针对传统REC波形设计方法在生成波形时的特征值矩阵幂指数都是恒定的，使得REC波形的性能固定，难以满足在通信可靠性能、LPI性能和综合性能等方面的个性化性能需求，提出一种幂指数优化注水成型的雷达嵌入式通信波形设计方法，与传统REC波形设计方法相比，本专利技术通过选择不同的幂指数可以获得性能各异的REC波形，从而满足对REC波形性能的不同需求。具体地，适当减小特征值矩阵幂指数可以提高通信可靠性能，而适当增大特征值矩阵幂指数可以提高LPI性能或改善综合性能。
[0007]本专利技术采用的技术方案为：一种幂指数优化注水成型的雷达嵌入式通信波形设计方法，分为以下步骤：
[0008]S1射频标签感知雷达信号并对雷达信号进行过采样，采样后的雷达信号矢量g表示为：
[0009]g＝[s1,s2,s3,
…
,s
NM
]H
,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0010]其中表示NM
×
1维的复矩阵，以下类似)，s1,s2,s3,
…
,s
NM
为雷达信号(一般为线性调频信号)的过采样数据，[
·
]H
表示对矩阵进行共轭转置运算，N为满足奈奎斯特采样定理的最小采样点数，M为过采样因子。
[0011]S2对S1中采样得到的雷达信号矢量g进行循环移位操作，构建NM
×
(2NM
‑
1)维的托普利兹矩阵S：
[0012][0013]S3对S2中的托普利兹矩阵S的自相关SS
H
进行特征值分解：
[0014]SS
H
＝VΛV
H
,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0015]其中Λ＝diag(σ1,σ2,
…
,σ
NM
)为由NM个特征值σ1,σ2,
…
,σ
NM
构成的对角阵，且σ1≥σ2≥
…
≥σ
NM
≥0，为由NM个特征值对应的NM个特征向量v1,v2,
…
,v
NM
组成的酉矩阵。
[0016]S4根据特征值大小把S3中的特征向量矩阵V和特征值矩阵Λ分为主导(Dominant，简称D)子空间(以下简称主空间)和非主导(Non
‑
Dominant，简称ND)子空间(以下简称非主空间)，设L为主空间大小(0＜L＜NM)则式(3)可以重写为：
[0017][0018]其中为由v1,v2,
…
,v
L
组成的主空间特征向量矩阵，为由v
L+1
,v
L+2
,
…
,v本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种幂指数优化注水成型的雷达嵌入式通信波形设计方法，其特征在于，该方法分为以下步骤：S1射频标签感知雷达信号并对雷达信号进行过采样，采样后的雷达信号矢量g表示为：g＝[s1,s2,s3,
…
,s
NM
]
H
,
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中其中表示NM
×
1维的复矩阵，s1,s2,s3,
…
,s
NM
为雷达信号的过采样数据，[
·
]
H
表示对矩阵进行共轭转置运算，N为满足奈奎斯特采样定理的最小采样点数，M为过采样因子；S2对S1中采样得到的雷达信号矢量g进行循环移位操作，构建NM
×
(2NM
‑
1)维的托普利兹矩阵S：S3对S2中的托普利兹矩阵S的自相关SS
H
进行特征值分解：SS
H
＝VΛV
H
,
ꢀꢀꢀꢀ
(3)其中Λ＝diag(σ1,σ2,
…
,σ
NM
)为由NM个特征值σ1,σ2,
…
,σ
NM
构成的对角阵，且σ1≥σ2≥
…
≥σ
NM
≥0，为由NM个特征值对应的NM个特征向量v1,v2,
…
,v
NM
组成的酉矩阵；S4根据特征值大小把S3中的特征向量矩阵V和特征值矩阵Λ分为主导子空间和非主导子空间，设L为主空间大小，0＜L＜NM，则式(3)可以重写为：其中为由v1,v2,
…
,v
L
组成的主空间特征向量矩阵，为由v
L+1
,v
L+2
,
…
,v
L+NM
组成的非主空间特征向量矩阵，为由σ1,σ2,
…
,σ
L
组成的主空间特征值矩阵，为由σ
L...

【专利技术属性】
技术研发人员：李保国，刘毅远，王翔，黄知涛，鹿旭，刘钊，姚怡舟，孙鹏，杜志毅，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：