CN108471321A - 一种构建通信数据与雷达性能参数同时同频传输的雷达-通信一体化系统方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种构建通信数据与雷达性能参数同时同频传输的雷达‑通信一体化系统方法。本发明提出了准对偶伪码序列的构造，利用伪码‑准对偶伪码序列对将雷达性能参数加在通信数据信号上；该系统模型不增加系统时宽积，在相同频带和时间资源条件下，实现通信数据和雷达性能参数的同时同频传输；该系统模型中雷达‑通信一体化系统接收端解调系统复杂度低；本发明的雷达‑通信一体化系统可在低信噪比条件下实现低误码率传输；本发明所提出的雷达‑通信一体化系统中通信数据与雷达性能参数同时同频传输方法，具有传输效率高，解调方式简单等优点，为高效传输通信数据与雷达性能参数奠定了理论基础。
Description
技术领域
本发明涉及雷达和无线通信技术领域，具体涉及一种构建通信数据与雷达性能参数同时同频传输的雷达-通信一体化系统方法。
背景技术
随着军用和民用需求的发展，单台雷达已无法满足现实应用中目标侦查，发现与报警的需求。建立多雷达协作，并组建通信网络，实现雷达-通信一体化，已成为现代雷达的发展趋势。
在人类利用电磁波的历史长河中，雷达领域与通信领域由于各自应用场景不同而被严格区分。然而两者在工作原理、收发系统结构、工作频段等方面，均有众多相似之处。因此，对雷达系统与通信系统进行一体化设计，不仅可以有效提高现代雷达的通信容量，扩展现代雷达的应用范围，而且可以有效降低系统硬件设计成本。
目前雷达-通信一体化系统设计的研究主要集中在两个方面：
(1)硬件共享一体化：在此系统设计中，雷达信号与通信信号独立设计，通过同一发射端发射出去，并由同一接收端接收后，分别传输到不同信号处理端进行处理分析。此系统设计需要将接收到的雷达与通信信号进行分离，这种设计将导致通信信号占用雷达功率，造成雷达工作性能下降。
(2)波形共享一体化：在此系统设计中，雷达信号将被调制到通信数据的可变参数中，接收端通过解调并识别这些参数，从而实现一体化信息的传递。此设计一体化程度更高，因而现阶段雷达-通信一体化系统采用此设计。
在复杂电磁环境中，基于波形共享一体化的大规模雷达-通信一体化系统，在执行任务时，会在同一时刻接收到源自多台不同发射端的海量数据，进而给接收端的数据分析造成负担。因而，实时传输发射端雷达性能参数，可有效减轻接收端负荷，实现高效的雷达-通信一体化协调工作。
在通信数据中额外传输雷达性能参数，现有的研究思路有两种：
(1)在时域上与基带信号串行地传输雷达性能参数，此方案的优点是可以不改变硬件系统框架，不扩展频谱，不额外开销频率，但是需消耗更多时间资源。如果雷达性能参数信息量大，那么需要昂贵的时间成本；
(2)在通信数据以外，扩展频谱以进行雷达性能参数的传输，此方案的优点是可以不需要增加传输时间成本，但是需要扩频，消耗频带成本，同时还需要改变系统构建。
综上分析可知：上述两种传输思路存在难以同时同频传输通信数据与雷达性能参数，解调方式复杂的技术问题。因而，充分挖掘雷达电磁波与通信信号的潜在资源，传统信息编码与调制的理论和方法亟需发展。
发明内容
为了解决上述技术难题，本发明提出一种构建通信数据与雷达性能参数同时同频传输的雷达-通信一体化系统方法，以通信数据与雷达性能参数同时同频传输，降低接收端解调系统复杂度。
本发明的通信数据与雷达性能参数在雷达-通信一体化系统中同时同频传输方法，包括如下步骤：
1)雷达-通信一体化系统信号生成：
雷达-通信一体化系统发射信号的一个周期内包含M个二进制通信码元和N个二进制雷达性能参数码元，通信信号的传输速率为R，伪码为K级反馈移位寄存器生成的m序列，载波信号频率为f0；其中，M，N与K分别为≥1的自然数，且M≥N；R与f0为>0的实数；m序列表示CDMA通信系统中所采用的PN序列吗，伪码周期长度为(2K-1)个码元；
对通信数据进行直接伪码序列调制，每比特通信数据包含i(i≥1的自然数)个周期伪码序列，其中，若雷达性能参数为+1，则选用伪码序列1；若雷达性能参数为-1，则选用伪码序列2；将得到的雷达-通信一体化基带信号调制到载波上，并由发射端发射出去；
2)雷达-通信一体化系统信号接收：
雷达-通信一体化信号在接收端接收，并将雷达-通信一体化信号进行载波解调和伪码同步，进而将i周期长度的雷达-通信一体化解调信号与伪码序列组进行比较判决：若信号序列被判定为伪码序列1，则通信信号为+1，雷达性能参数为+1；若信号序列被判定为伪码序列1，且相位翻转180度，则通信信号为-1，雷达性能参数为+1；若信号序列被判定为伪码序列2，则通信信号为+1，雷达性能参数为-1；若信号序列被判定为伪码序列2，且相位翻转180度，则通信信号为-1，雷达性能参数为-1。
其中在步骤1中，本发明所适用的雷达-通信一体化系统的发射信号可以表示为：
v(t)＝cos(2πf0t)sP(t)sd(t)
其中cos(2πf0t)表示射频载波信号，sP(t)表示伪码序列，sd(t)表示数字基带信号，t表示时间序列，且0≤t≤T，T为发射信号序列长度，T为大于0的实数；
在步骤1中，本发明所使用的伪码序列sP(t)为K级反馈移位寄存器生成的m序列，且m序列为CDMA通信系统中所采用的PN序列；
在步骤1中，本发明所使用的伪码序列组中伪码序列1可以表示为sP1(t)，伪码序列2可以表示为sP2(t)，两者满足下列关系：
(1).sP1(t)和sP2(t)序列等长；
(2).sP1(t)和sP2(t)近似正交；
(3).存在变换
在步骤1中，本发明所提出的伪码序列组可以利用准对偶码构造实现；伪码序列为独立同分布的准随机序列，满足上述关系1和关系2；
在步骤1中，本发明所提出的伪码-准对偶伪码序列对可以利用下述两种方法满足上述关系3：
方法1.互为逆时序列，即，sP2(t)＝sP1(-t)；
方法2.设是某个非满秩矩阵A，那么sP1(t)是A′的零空间解，即A′sP1(t)＝0。若A′的零空间维度为1，则sP1(t)和sP2(t)具有正交性；
在步骤1中，本发明所采用伪码和准对偶伪码序列对(sP1(t),sP2(t))，可以在不增加时间和频带资源成本情况下，实现雷达性能参数和通信数据的同步传输。
在步骤2中，本发明所采用的雷达-通信一体化系统接收信号解调方式如下：
(1)若雷达-通信一体化系统接收信号被判定为sP1(t)，则传输的雷达性能参数表示+1；
(2)若雷达-通信一体化系统接收信号被判定为sP2(t)，则传输的雷达性能参数表示-1；
在步骤2中，本发明所采用的雷达-通信一体化系统接收方式是采用二元决策分类，因此解调方式具有鲁棒性；
在步骤2中，本发明利用低复杂度的雷达-通信一体化信号传输系统实现了通信数据和雷达性能参数的同时同频传输。
本发明的优点：
本发明提出了准对偶伪码序列的构造，实现了雷达-通信一体化系统中基于直接伪码序列调制的通信数据与雷达性能参数同时同频传输；本发明的传输方法利用伪码-准对偶伪码序列对将雷达性能参数加在通信数据信号上，不增加系统时宽积，在相同频带和时间资源条件下，实现通信数据和雷达性能参数的同时同频同步传输；本发明的雷达-通信一体化系统接收端解调系统复杂度低；本发明的雷达-通信一体化系统可在低信噪比条件下实现低误码率传输；本发明所提出的雷达-通信一体化系统中通信数据与雷达性能参数同时同频传输，具有传输效率高，解调方式简单等优点，为高效传输通信数据与雷达性能参数奠定了理论基础。
附图说明
图1为本发明的雷达-通信一体化收发系统流程图；
图2为本发明实施例提供的发射端雷达-通信一体化信号示意图；
图3为本发明实施例提供的高斯信道下传输性能示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
在本实施例中，如图1所示，雷达-通信一体化系统的系统结构包括三部分：发射系统，高斯信道，接收系统；
本实施例中雷达-通信一体化系统同时同频传输通信数据与雷达性能参数的方法，包括如下步骤：
1)雷达-通信一体化信号生成：
雷达-通信一体化系统发射信号的一个周期内包含10000个二进制通信码元和10000个二进制雷达性能参数码元，通信信号的传输速率为977.5bps，伪码为10级反馈移位寄存器生成的m序列，即伪码周期长度为1023个码元，载波信号是频率为10MHz的正弦波；
对通信数据进行伪码序列调制，每比特通信数据包含2个周期伪码序列，其中，若雷达性能参数为+1，则选用伪码序列1；若雷达性能参数为-1，则选用伪码序列2；其中，伪码序列1和伪码序列2互为逆时序列；将得到的雷达-通信一体化基带信号调制到载波，并在发射端发射出去；如图2所示为雷达-通信一体化系统发射端的发射信号。
2)雷达-通信一体化系统信号接收：
雷达-通信一体化信号经过高斯信道传输后，在接收端接收，并将雷达-通信一体化接收信号进行载波解调和伪码同步，进而将i周期长度的雷达-通信一体化解调信号与伪码序列组进行比较判决：若信号序列被判决为伪码序列1，则通信信号为+1，雷达性能参数为+1；若信号序列被判定为伪码序列1，且相位翻转180度，则通信信号为-1，雷达性能参数为+1；若信号序列被判定为伪码序列2，则通信信号为+1，雷达性能参数为-1；若信号序列被判定为伪码序列2，且相位翻转180度，则通信信号为-1，雷达性能参数为-1。
在不同信噪比的高斯信道下，雷达-通信一体化系统的误码率情况，如图3所示，本专利所提出的雷达-通信一体化系统有效地实现了通信数据和雷达性能参数的同时同频传输。
最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (3)
1.一种构建通信数据与雷达性能参数同时同频传输的雷达-通信一体化系统方法，其特征在于，所述系统构建方法包括如下步骤：
1)雷达-通信一体化系统信号生成：
雷达-通信一体化系统发射信号的一个周期内包含M个二进制通信码元和N个二进制雷达性能参数码元，通信信号的传输速率为R，伪码为K级反馈移位寄存器生成的m序列，载波信号频率为f0；其中，M，N与K分别为≥1的自然数，且M≥N；R与f0为＞0的实数；m序列表示CDMA通信系统中所采用的PN序列；
对通信数据进行直接伪码序列调制，每比特通信数据包含i(i≥1的自然数)个周期伪码序列，其中，若雷达性能参数为+1，则选用伪码序列1；若雷达性能参数为-1，则选用伪码序列2；将得到的雷达-通信一体化基带信号通过载波调制由发射端发射出去；
2)雷达-通信一体化系统信号接收：
雷达-通信一体化信号在接收端接收，并将雷达-通信一体化信号进行载波解调和伪码同步，进而将i周期长度的雷达-通信一体化解调信号与伪码序列组进行比较判决：若信号序列被判定为伪码序列1，则通信信号为+1，雷达性能参数为+1；若信号序列被判定为伪码序列1，且相位翻转180度，则通信信号为-1，雷达性能参数为+1；若信号序列被判定为伪码序列2，则通信信号为+1，雷达性能参数为-1；若信号序列被判定为伪码序列2，且相位翻转180度，则通信信号为-1，雷达性能参数为-1。
2.如权利要求1所述的系统构建方法，其特征在于，在步骤1)本发明所使用的伪码序列组中伪码序列1可以表示为sP1(t)，伪码序列2可以表示为sP2(t)，两者满足下列关系：
(1).sP1(t)和sP2(t)序列等长；
(2).sP1(t)和sP2(t)近似正交；
(3).存在变换
在步骤1)中，本发明所提出的伪码序列组可以利用准对偶码构造实现；伪码序列为独立同分布的准随机序列，满足上述关系1和关系2；
在步骤1)中，本发明所提出的伪码序列组可以利用下述两种方法满足上述关系3：
方法1.互为逆时序列，即，sP2(t)＝sP1(-t)；
方法2.设是某个非满秩矩阵A，那么sP1(t)是A′的零空间解，即A′sP1(t)＝0。若A′的零空间维度为1，则sP1(t)和sP2(t)具有正交性；
在步骤1)中，本发明所采用伪码和准对偶伪码序列对(sP1(t),sP2(t))，实现雷达性能参数和通信数据的同步传输。
3.如权利要求1所述的系统构建方法，其特征在于，在步骤2)雷达-通信一体化系统接收信号解调方式如下：
(1)若雷达-通信一体化系统接收信号被判定为sP1(t)，则传输的雷达性能参数表示+1；
(2)若雷达-通信一体化系统接收信号被判定为sP2(t)，则传输的雷达性能参数表示-1。
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