CN105676199B - 基于通信/雷达一体化的单通道lte雷达系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于通信/雷达一体化的单通道LTE雷达系统，该系统包括上行链路和下行链路、雷达接收机的雷达信号处理单元，其中：所述上行链路依次经过信道编码模块、加扰模块、数字调制模块、层映射模块、预编码模块和OFDM符号生成模块，生成重构的直达波信号，该信号发送至雷达信号处理单元；下行链路依次经过定时同步模块、结合频偏估计模块的频偏估计模块频率校正模块、OFDM解调模块、信道估计模块、均衡模块、PBCH接收模块、PCFICH接收模块、PDCCH接收模块、PDSCH接收模块。本发明充分利用了移动通信信号信息，不仅简化了被动雷达系统，接收端从双天线系统变成了单天线系统，而且提高了信号处理精度。

Description

基于通信/雷达一体化的单通道LTE雷达系统

技术领域

本发明涉及移动通信领域的被动雷达接收端信号处理技术，特别涉及一种单通道被动雷达系统。

背景技术

被动雷达(又称无源雷达、外辐射源雷达)本质上是双(多)基地雷达。被动雷达自身不发射电磁波，而是利用外部辐射源进行目标的探测与跟踪，因此具有较好的隐蔽性和“四抗”(抗干扰、抗低空突防、抗反辐射导弹、抗隐身)能力。近年来，关于将移动通信信号用作被动雷达照射源的研究方兴未艾。GSM信号、WiFi信号、WiMAX信号、UMTS信号等多种移动通信信号先后被用作被动雷达照射源进行分析，LTE是最新的移动通信技术之一，提供了最后一公里的宽带无线接入技术。作为被动雷达系统的非合作式照射源使用，LTE信号具备比较大的带宽、比较大的频率范围以及采用了OFDMA技术等几个方面的特征，这些特征可以使得它作为被动雷达照射源使用时具有距离分辨率高、覆盖区域更广以及模糊函数旁瓣较小的优势。

在被动雷达系统中，目标信号处理通常有两种体制，即相参体制和非相参体制，相参体制下系统接收机通常采用双天线通道技术，一部天线对准照射源方向用来接收直达波信号，另一部天线对准目标空域用来接收目标反射或者散射回波信号，然后以直达波为参考信号与目标回波进行互模糊函数处理，估计出目标时延和多普勒频移等参数，对目标进行定位和跟踪，所采用的模糊函数公式为：

χ(τ,f_d)＝∫s(t)s^*(t-τ)exp(-j2πf_dt)d_t

其中，s(t)为直达波信号，s^*(t-τ)为目标回波的共轭(其中τ表示发送信号经过目标反射后到达接收端的时间延迟，f_d表示观测目标的多普勒频率偏移)。非相参体制下系统接收机只需要接收目标回波信号，通过对目标回波信号进行FFT处理得到多普勒频移信息，利用相位干涉仪原理获得目标方位信息，然后利用目标多普勒频移和方位信息进行匹配定位。

这两种目标信号处理体制，其中相参体制需要双天线来同时接收直达波信号和目标回波，这样不仅增加了系统复杂度，同时也会因为直达波信号必然要受到噪声干扰而降低处理精度；而非相参体制由于没有重构出直达波信号，对精度同样会有降低。

现有技术中还不存在基于通信/雷达一体化的单通道被动雷达系统。

发明内容

针对上述的现有技术及存在的问题，本发明提出了一种基于通信/雷达一体化的单通道LTE雷达系统，作为“共生雷达”，利用接收到的照射源信号重构出高质量的信号，即在被动雷达系统中只需要发射和接收一路针对目标的信号，而不再需要发送一束直达波来作为接收端信号处理的参考波形，可以提高信号处理增益。

本发明提出了一种基于通信/雷达一体化的单通道LTE雷达系统，该系统包括上行链路和下行链路、雷达接收机的雷达信号处理单元，其中：

所述上行链路依次经过信道编码模块、加扰模块、数字调制模块、层映射模块、预编码模块和OFDM符号生成模块，生成重构的直达波信号，该信号发送至雷达信号处理单元；下行链路依次经过定时同步模块、结合频偏估计模块的频偏估计模块频率校正模块、OFDM解调模块、信道估计模块、均衡模块、PBCH接收模块、PCFICH接收模块、PDCCH接收模块、PDSCH接收模块，所述层映射模块将码字流映射到多个层上形成新的数据流；所述预编码模块将数据流映射到不同的天线端口，层映射和预编码模块实现了MIMO功能；

所述下行链路中：雷达接收机的雷达信号处理单元接收来自运动目标的目标回波信号，经过下变频和中频采样后获得复数个基带信号，将该复数个基带信号复制两份，一份作为目标回波信号，另一份作为待重构的直达波信号输入；所述定时同步模块对接收到的所述下行信号实现搜索主同步和辅同步信号，获得系统帧同步以及小区识别号；所述OFDM符号生成模块对接收到的复基带数据以OFDM符号间隔做自相关获得OFDM符号边界，所述频偏估计模块完成载波的频偏估计，所述频率校正模块对接收数据作频率校正，同时获得频率偏差；通过穷尽搜索天线配置，结合信道估计模块、均衡模块、解调/解码，接收PBCH信道，获得系统的天线配置、带宽信息；接收PCFICH信道，获得PDCCH的配置信息；接收PDCCH信道，获得接收PDSCH配置信息，解调并解码PDSCH信道，至此获得用户解码数据；所述均衡模块用于导致被传输信号发生失真变化的通信系统特性进行补偿和校正；

在上行链路中，所述用户解码数据经过信道编码模块、加扰模块、数字调制模块、层映射模块、预编码模块、层映射模块、OFDM符号生成模块，得到基带的高质量重构直达波信号；

将所述重构直达波信号作为参考信号，与所述目标回波信号进行模糊函数处理，实现对观测目标位置和速度等状态量的观测。

与现有技术相比，本发明实现了基于通信/雷达一体化的单通道被动雷达系统，充分利用了移动通信信号信息，不仅简化了被动雷达系统，接收端从双天线系统变成了单天线系统，而且提高了信号处理精度。

附图说明

图1为本发明的基于通信/雷达一体化的单通道LTE雷达系统的结构框图示意图。

具体实施方式

本发明通过利用移动通信信号链路下行信号本身特有的编码调制信息，通过调制解调恢复出原始信号数据，再通过对原始信号数据进行编码调制重构出被动雷达照射源直达波信号，从而实现了基于通信/雷达一体化的单通道被动雷达系统，充分利用了移动通信信号信息，不仅简化了被动雷达系统，接收端从双天线系统变成了单天线系统，而且提高了信号处理精度。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

LTE基站下行链路信号采用OFDM复用方式，调制方式可以为QPSK、16QAM或者64QAM，而为了避免多子载波造成的码间串扰，加入了CP编码，以上这些信息可以用来从接收到的目标回波中得到LTE信号的相关参数，并重构出LTE基站下行链路信号作为直达波信号，实现接收机对目标回波的匹配滤波输出。通信/雷达一体化充分利用了移动通信信号中的信号特征，简化了被动雷达接收机构造，又因为实际传输的直达波信号经过的并非理想信道，因此一定会有衰减，而重构出来的直达波并没有经过信道传输而造成的衰减，能得到更好的分析效果。

重构方法基于通信系统接收机的设计，所采用的技术方案为：

首先对接收到的射频信号经过射频下变频和中频采样后获得复数基带信号，将该复数基带信号复制两份，一份作为目标回波信号，一路作为待重构的直达波信号输入；其次，因为LTE下行信号采用OFDMA，而被动雷达只用到了下行波形，因此按照移动台接收下行信道的模式进行解调解码，得到发送端的原始用户数据；再对得到的原始用户数据按照基站发送下行信号的模式进行编码调制，就可以得到发送端的直达波信号。将重构得到的直达波用于雷达接收端信号处理参考信号，即可以实现基于通信/雷达一体化的单通道被动雷达系统。

搭建的通信/雷达一体化被动雷达系统整体实现框图如图1所示。解码数据作为该系统输入，上行链路依次经包括信道编码模块、加扰模块、数字调制模块、层映射模块(层映射模块将码字流映射到多个层上形成新的数据流)、预编码模块和OFDM符号生成模块，形成重构的直达波信号，发送至雷达信号处理单元；从雷达信号处理单元输出的目标回波信号，下行链路依次经定时同步模块、频率校正模块(经频偏估计模块)、OFDM解调模块、信道估计模块、均衡模块(由于各种噪声和干扰的存在，使得通信系统的许多特性会发生导致被传输信号失真的变化，也就是信道是非理想信道。均衡模块是对这些特性进行补偿和校正。)、PBCH接收模块、PCFICH接收模块、PDCCH接收模块、PDSCH接收模块，再

接收下行信号的解调解码过程具体为：

步骤一：获取运动目标回波信号

雷达接收机的雷达信号处理单元接收运动目标回波信号(该信号为射频信号)，经过下变频和中频采样后获得复数个基带信号，将该复数个基带信号复制两份，一份作为目标回波信号，另一份作为待重构的直达波信号输入；

步骤二：重构直达波信号

1)利用定时同步模块，搜索主同步和辅同步信号，获得系统帧同步以及小区识别号；

2)利用OFDM符号生成们模块，对接收到的复基带数据以OFDM符号间隔做自相关获得OFDM符号边界，同时完成载波频率估计，然后对接收数据作频率校正，同时获得频率偏差；

3)通过穷尽搜索天线配置，结合信道估计、均衡、解调、解码，接收PBCH信道，获得系统的天线配置、带宽等信息；

4)接收PCFICH信道，获得PDCCH的配置信息；

5)接收PDCCH信道，获得接收PDSCH配置信息；

6)如果能够解出或已知PDSCH的配置信息，可以解调并解码PDSCH信道，至此获得用户数据。借助广播信道和控制信道获取的配置信息，再重新对用户数据进行编码调制，重构直达波信号。

经过信道编码、加扰、数字调制、层映射、预编码、资源映射、OFDM符号生成，即可得到基带的高质量重构直达波信号。

步骤三：实现通信/雷达一体化实验系统

将上述步骤二重构出的直达波信号作为参考信号，与步骤一得到的目标回波信号进行模糊函数处理，就可以实现对观测目标位置和速度等状态量的观测，从而可以实现基于通信/雷达一体化的单通道LTE实验系统。

Claims (1)

1.一种基于通信/雷达一体化的单通道LTE雷达系统，其特征在于，该系统包括上行链路和下行链路、雷达接收机的雷达信号处理单元，其中：

所述上行链路依次经过信道编码模块、加扰模块、数字调制模块、层映射模块、预编码模块和OFDM符号生成模块，生成重构的直达波信号，该信号发送至雷达信号处理单元；下行链路依次经过定时同步模块、结合频偏估计模块的频偏估计模块频率校正模块、OFDM解调模块、信道估计模块、均衡模块、PBCH接收模块、PCFICH接收模块、PDCCH接收模块、PDSCH接收模块，所述层映射模块将码字流映射到多个层上形成新的数据流；所述预编码模块将数据流映射到不同的天线端口，层映射和预编码模块实现了MIMO功能；

所述下行链路中：雷达接收机的雷达信号处理单元接收来自运动目标的目标回波信号，经过下变频和中频采样后获得复数个基带信号，将该复数个基带信号复制两份，一份作为目标回波信号，另一份作为待重构的直达波信号输入；所述定时同步模块对接收到的所述下行信号实现搜索主同步和辅同步信号，获得系统帧同步以及小区识别号；所述OFDM符号生成模块对接收到的复基带数据以OFDM符号间隔做自相关获得OFDM符号边界，所述频偏估计模块完成载波的频偏估计，所述频率校正模块对接收数据作频率校正，同时获得频率偏差；通过穷尽搜索天线配置，结合信道估计模块、均衡模块、解调/解码，接收PBCH信道，获得系统的天线配置、带宽信息；接收PCFICH信道，获得PDCCH的配置信息；接收PDCCH信道，获得接收PDSCH配置信息，解调并解码PDSCH信道，至此获得用户解码数据；所述均衡模块用于导致被传输信号发生失真变化的通信系统特性进行补偿和校正；

在上行链路中，所述用户解码数据经过信道编码模块、加扰模块、数字调制模块、层映射模块、预编码模块、层映射模块、OFDM符号生成模块，得到基带的高质量重构直达波信号；

将所述重构直达波信号作为参考信号，与所述目标回波信号进行模糊函数处理，实现对观测目标位置和速度等状态量的观测。