CN109061634A - Ofdm雷达通信一体化小型无人机系统的信号设计方法 - Google Patents

Ofdm雷达通信一体化小型无人机系统的信号设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109061634A
CN109061634A CN201811218901.2A CN201811218901A CN109061634A CN 109061634 A CN109061634 A CN 109061634A CN 201811218901 A CN201811218901 A CN 201811218901A CN 109061634 A CN109061634 A CN 109061634A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pulse
time domain
signal
communication
integration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811218901.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109061634B (zh
Inventor
刘高高
秦国栋
武斌
蔡晶晶
李鹏
鲍丹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN201811218901.2A priority Critical patent/CN109061634B/zh
Publication of CN109061634A publication Critical patent/CN109061634A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109061634B publication Critical patent/CN109061634B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)

Abstract

本发明公开了一种OFDM雷达通信一体化小型无人机系统的信号设计方法。主要解决现有技术误比特率高，恢复的一体化脉冲参考信号误差大，脉冲压缩效果差的问题。其实现方案是：1、设计一体化信号条件；2、构建一体化信号时域脉冲和训练脉冲，并为这两种脉冲添加循环前缀；3、保持添加循环前缀后的训练脉冲不变，重复步骤(2)中对一体化信号时域脉冲的操作，构建出多个包含不同通信信息且添加循环前缀后的一体化时域脉冲；4、建立一维坐标，在奇数位置放置训练脉冲，在偶数位置放置一体化时域脉冲，形成雷达通信一体化系统的脉冲串信号。本发明降低了通信数据误比特率，提高了脉冲压缩效果，可用于OFDM雷达通信一体化系统的信号设计。

Description

OFDM雷达通信一体化小型无人机系统的信号设计方法
技术领域
本发明属于信号设计技术领域，特别涉及一种信号设计方法，可用于OFDM雷达通信一体化小型无人机系统。
背景技术
传统的电子装备系统仅单独具有雷达系统的功能或通信系统的功能，所能实现的功能相对单一。当在要求同时实现两种功能的情况下，则造成系统体积庞大，且频率、时间等不同资源的占用，造成资源利用率降低。近些年出现了将雷达技术和通信技术相结合的电子装备系统，结合后的雷达通信一体化系统能够很好地解决上述问题，此种系统受到越来越多的关注。
雷达通信一体化，是指同一电子装备系统同时具备雷达功能以及通信功能的电子设备，这种设备在工作时能够实时完成雷达信号处理和通信信号处理两种功能。目前雷达通信一体化的实现方式包含以下三种：
一是分时使用雷达和通信功能，这种实现方式通过时间来分配两种功能，存在时间资源上利用率低的缺点。
二是将频段划分，分别用于雷达和通信功能，这种实现方式在频谱利用方面存在浪费。
三是将通信信号应用于雷达系统，这种实现方式是在接收端为未知的雷达参考信号的条件下，利用通信功能来恢复参考信号，进而完成后续的雷达信号处理，从而实现雷达通信一体化。这种实现方式提高了资源利用率。对于OFDM雷达通信一体化小型无人机系统的运动信号，是指在雷达系统相对于检测目标做低速运动的传输信号。当一体化平台处于低速运动条件时，OFDM雷达通信一体化系统存在以下缺点：
1.当一体化系统相对于目标做低速运动时，静止的信道环境将会发生变化，成为慢变化的信道环境，通信数据的误比特率抬升，导致恢复的参考信号较原始参考信号之间存在误差；
2.后续进行脉冲压缩的处理效果差，无法满足一体化系统的需要。
3.由于OFDM信号对速度的敏感性，当采用纯粹的OFDM方式时，一体化信号性能将会急速下降，影响后续参考信号的重建以及雷达信号处理。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种OFDM雷达通信一体化小型无人机系统的信号设计方法，以降低系统通信数据的误比特率，有效恢复参考信号，提高脉冲压缩的处理效果。
本发明技术方案是，将块状导频添加到OFDM雷达通信一体化信号中，利用块状导频实现对信道的估计，将信道估计的结果对信道进行均衡处理，使得均衡处理后的通信分系统误码率降低，进而保证雷达处理的准确性，在接收端为未知的参考信号条件下实现通信处理功能和雷达处理功能。其实现步骤包括如下：
(1)设置OFDM雷达通信一体化信号的脉冲参数：
设OFDM雷达通信一体化信号的脉冲宽度为τ，脉冲重复周期为PRT，带宽为B，采样率为fs，一个脉冲宽度对应的采样点数为N＝fs×τ，子载波间隔Δf＝1/τ，
设一体化信号包括训练脉冲和一体化脉冲，其中一体化脉冲中包含通信信息；设目标对应的距离分辨单元为M；
(2)构建包含通信信息的单个一体化时域脉冲sc(n)：
(2a)设待传输的原始随机通信符号为S，对S进行2DPSK编码，得到编码后的通信符号为Sc(m)，其中m为码元数，m取大于0的整数；
(2b)将编码后的通信符号Sc(m)放置到OFDM信号的各个子载波所对应的位置，得到包含通信符号的频域数据为Sc(k)，其中k为子载波索引，k取大于0的整数，k∈[1,N]；
(2c)对包含通信符号的频域数据Sc(k)进行傅里叶逆变换得到包含通信信息的一体化时域脉冲sc(n)，其中n为数据点数，n为大于0的整数；
(3)利用下式构建单个训练脉冲sL(n)：
其中j表示虚数；
(4)分别为包含通信信息的一体化时域脉冲sc(n)以及训练脉冲sL(n)添加循环前缀，得到添加循环前缀后的一体化时域脉冲scp(n)以及训练脉冲sLp(n)；
(5)保持训练脉冲sLp(n)不变，重复(2)到(4)，构建出多个包含不同通信信息且添加循环前缀后的一体化时域脉冲scp(n,i)，其中i取大于0的整数，表示不同脉冲的索引号；
(6)以l为横轴建立一维坐标，在l为奇数的位置放置训练脉冲sLp(n)，在l为偶数的位置放置一体化时域脉冲scp(n,i)，得到OFDM雷达通信一体化系统的信号，其中l为脉冲索引，l取大于0的整数。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
第一，相对于传统的信号设计方法，本发明将雷达信号和通信信号进行了融合，实现信号设计的雷达通信一体化；
第二，本发明构建编码后的通信信息，利用通信信息能够在接收端很好地重建参考信号，在接收端未知参考信号的条件下实现后续的雷达信号处理；
第三，利用训练脉冲能够实现接收端对信道的估计，提升了通信处理能力，使之适用于低速运动场景，增加了系统的健壮性。
附图说明
图1是本发明的实现流程图；
图2是用本发明对回波信号进行通信处理后的误比特率图；
图3是用本发明对雷达信号的脉冲压缩结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
参照图1，本发明的具体实现步骤如下：
步骤1、设置OFDM雷达通信一体化信号的脉冲参数。
设OFDM雷达通信一体化信号的脉冲宽度为τ，脉冲重复周期为PRT，带宽为B，采样率为fs，一个脉冲宽度对应的采样点数为N＝fs×τ，子载波间隔Δf＝1/τ，
设一体化信号包括训练脉冲和一体化脉冲，其中一体化脉冲中包含通信信息；
设目标对应的距离分辨单元为M。
步骤2、构建雷达通信一体化信号时域脉冲。
(2a)设待传输的原始随机通信符号为Sc，对Sc按如下式规则进行2DPSK编码:
其中，Sc(m-1)为前一码元的通信符号，为异或运算，Sc(m)为编码后的通信符号，m为码元数，m为大于0的整数；
(2b)将编码后的通信符号Sc(m)放置到OFDM信号的各个子载波所对应的位置，得到包含通信符号的频域数据为Sc(k)，其中k为子载波索引，k为大于0的整数，取值范围为k∈[1,N]；
(2c)对包含通信符号的频域数据Sc(k)进行傅里叶逆变换得到包含通信信息的一体化时域脉冲sc(n)，其中n为数据点数，n为大于0的整数。
步骤3、构建时域训练脉冲。
由于雷达系统常用的信号形式为线性调频信号，该信号的频率按照一次函数规律进行线性变化，通过对信号频率的调制，在较大的脉冲宽度条件下获得较大的信号带宽，达到目标高分辨处理目的，因此，本实例将线性调频信号作为训练脉冲，利用下式构建时域训练脉冲sL(n)：
其中j表示虚数。
步骤4、为一体化脉冲和训练脉冲添加循环前缀。
(4a)设目标对应的距离分辨单元为M，循环前缀长度为M-1；
(4b)将一体化时域脉冲sc(n)的尾部长度为M-1的数据进行复制，并粘贴到一体化时域脉冲sc(n)的头部，形成添加循环前缀后的一体化时域脉冲scp(n)；
(4c)将训练脉冲sL(n)尾部长度为M-1的数据进行复制，并粘贴到训练脉冲sL(n)的头部，形成添加循环前缀后的训练脉冲sLp(n)。
步骤5、利用通信信息构建雷达通信一体化时域脉冲信号。
保持添加循环前缀后的训练脉冲sLp(n)不变，重复(2)到(4)对一体化时域脉冲scp(n)的操作，构建出多个包含不同通信信息且添加循环前缀后的一体化时域脉冲scp(n,i)，其中i表示不同脉冲的索引号，i为大于0的整数。
步骤6、形成脉冲串信号。
以l为横轴建立一维坐标，在l为奇数的位置放置训练脉冲sLp(n)，在l为偶数的位置放置一体化时域脉冲scp(n,i)，得到OFDM雷达通信一体化系统的信号，其中l为脉冲索引，l取大于0的整数。
本发明的效果可通过以下仿真进一步阐述。
1.仿真条件：
仿真设定雷达通信一体化系统的工作载频为10GHz，信号带宽为20MHz，脉冲宽度为30μs，脉冲重频为10KHz，在仿真场景中设置四个目标，各个目标之间的间隔为166.7米，设置第二个目标所在位置为中心位置，雷达通信一体化系统与中心位置相距10km，雷达通信一体化系统相对于目标群以50m/s的速度作切向运动，一体化脉冲所包含的通信信息随机生成，通信编码方式采用2DPSK方式进行编码。
2.仿真内容：
仿真1：在上述仿真条件下，改变信噪比，仿真在不同信噪比下一体化系统误码率的变化情况，结果如图2所示。从图2中可以发现，随着信噪比的提高，一体化系统的误码率逐步下降。将一体化系统的误码率与理论的2DPSK误码率对比可得，一体化系统能保持较低的误码率，从而可有效地传输通信信息。
仿真2：在上述仿真条件下，仿真当信噪比为20dB时，一体化脉冲和训练脉冲的脉冲压缩情况，结果如图3所示。从图3中可以发现，利用本发明重建的参考信号能够很好的实现脉冲压缩处理。在图3中，一体化脉冲经过脉冲压缩处理可检测到四个目标，与仿真场景设定的目标数吻合。同时，对检测目标对应的采样点数进行理论计算，与仿真场景设定的各个目标位置一致。此外，经过脉冲压缩处理的一体化脉冲，其主副瓣之比普遍超过了13dB，相比于未加窗的训练脉冲具备相近的处理性能。

Claims (3)

1.一种OFDM雷达通信一体化小型无人机系统的信号设计方法，包括如下：
(1)设置OFDM雷达通信一体化信号的脉冲参数：
设OFDM雷达通信一体化信号的脉冲宽度为τ，脉冲重复周期为PRT，带宽为B，采样率为fs，一个脉冲宽度对应的采样点数为N＝fs×τ，子载波间隔Δf＝1/τ，
设一体化信号包括训练脉冲和一体化脉冲，其中一体化脉冲中包含通信信息；设目标对应的距离分辨单元为M；
(2)构建包含通信信息的单个一体化时域脉冲sc(n)：
(2a)设待传输的原始随机通信符号为S，对S进行2DPSK编码，得到编码后的通信符号为Sc(m)，其中m为码元数，m取大于0的整数；
(2b)将编码后的通信符号Sc(m)放置到OFDM信号的各个子载波所对应的位置，得到包含通信符号的频域数据为Sc(k)，其中k为子载波索引，k取大于0的整数，k∈[1,N]；
(2c)对包含通信符号的频域数据Sc(k)进行傅里叶逆变换得到包含通信信息的一体化时域脉冲sc(n)，其中n为数据点数，n为大于0的整数；
(3)利用下式构建单个训练脉冲sL(n)：
其中j表示虚数；
(4)分别为包含通信信息的一体化时域脉冲sc(n)以及训练脉冲sL(n)添加循环前缀，得到添加循环前缀后的一体化时域脉冲scp(n)以及训练脉冲sLp(n)；
(5)保持训练脉冲sLp(n)不变，重复(2)到(4)，构建出多个包含不同通信信息且添加循环前缀后的一体化时域脉冲scp(n,i)，其中i取大于0的整数，表示不同脉冲的索引号；
(6)以l为横轴建立一维坐标，在l为奇数的位置放置训练脉冲sLp(n)，在l为偶数的位置放置一体化时域脉冲scp(n,i)，得到OFDM雷达通信一体化系统的信号，其中l为脉冲索引，l取大于0的整数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中(2a)中对原始随机通信符S进行2DPSK编码，按如下编码规则进行：
其中，Sc(m-1)为前一码元的通信符号，为异或运算，Sc(m)为编码后的通信符号，m为码元数，m为大于0的整数。
3.根据权利要求1所述的方法，其中(4)中分别为包含通信信息的一体化时域脉冲sc(n)以及训练脉冲sL(n)增加循环前缀，按如下步骤进行：
(4a)设目标对应的距离分辨单元为M，得到循环前缀的长度为M-1；
(4b)对一体化时域脉冲sc(n)的尾部长度为M-1的数据进行复制，并粘贴到一体化时域脉冲sc(n)的头部，形成添加循环前缀后的一体化时域脉冲scp(n)；
(4c)对训练脉冲sL(n)的尾部长度为M-1的数据进行复制，并粘贴到训练脉冲sL(n)的头部，形成添加循环前缀后的训练脉冲sLp(n)。
CN201811218901.2A 2018-10-19 2018-10-19 Ofdm雷达通信一体化小型无人机系统的信号设计方法 Active CN109061634B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811218901.2A CN109061634B (zh) 2018-10-19 2018-10-19 Ofdm雷达通信一体化小型无人机系统的信号设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811218901.2A CN109061634B (zh) 2018-10-19 2018-10-19 Ofdm雷达通信一体化小型无人机系统的信号设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109061634A true CN109061634A (zh) 2018-12-21
CN109061634B CN109061634B (zh) 2022-05-17

Family

ID=64765221

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811218901.2A Active CN109061634B (zh) 2018-10-19 2018-10-19 Ofdm雷达通信一体化小型无人机系统的信号设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109061634B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111628948A (zh) * 2020-05-27 2020-09-04 北京邮电大学 雷达通信一体化系统、信道估计方法、设备及存储介质
CN111965647A (zh) * 2020-08-05 2020-11-20 江苏科技大学 基于雷达通信一体化的路况探测方法
CN115442197A (zh) * 2022-08-30 2022-12-06 西安电子科技大学 采用无循环前缀ofdm的一体化信号设计及处理方法
CN115598600A (zh) * 2022-11-28 2023-01-13 四川九洲电器集团有限责任公司（Cn） 一种二次雷达信号动态编码系统、方法、电子设备及介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102901839A (zh) * 2012-11-05 2013-01-30 杭州电子科技大学 一种低复杂度的声学多普勒测流系统速度估算方法
KR20130107691A (ko) * 2012-03-23 2013-10-02 국방과학연구소 Ｏｆｄｍ 레이더 시스템의 속도추정장치 및 속도추정방법
CN105306399A (zh) * 2015-07-24 2016-02-03 西安电子科技大学 一种雷达通信一体化信号的优化方法
CN107086975A (zh) * 2017-03-21 2017-08-22 西安电子科技大学 一种实现ofdm雷达通信信号一体化的方法
JP2018084432A (ja) * 2016-11-21 2018-05-31 株式会社東芝 レーダシステム及びそのレーダ信号処理方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130107691A (ko) * 2012-03-23 2013-10-02 국방과학연구소 Ｏｆｄｍ 레이더 시스템의 속도추정장치 및 속도추정방법
CN102901839A (zh) * 2012-11-05 2013-01-30 杭州电子科技大学 一种低复杂度的声学多普勒测流系统速度估算方法
CN105306399A (zh) * 2015-07-24 2016-02-03 西安电子科技大学 一种雷达通信一体化信号的优化方法
JP2018084432A (ja) * 2016-11-21 2018-05-31 株式会社東芝 レーダシステム及びそのレーダ信号処理方法
CN107086975A (zh) * 2017-03-21 2017-08-22 西安电子科技大学 一种实现ofdm雷达通信信号一体化的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王孟奇: "基于OFDM的雷达通信一体化信号设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111628948A (zh) * 2020-05-27 2020-09-04 北京邮电大学 雷达通信一体化系统、信道估计方法、设备及存储介质
CN111628948B (zh) * 2020-05-27 2021-11-05 北京邮电大学 雷达通信一体化系统、信道估计方法、设备及存储介质
CN111965647A (zh) * 2020-08-05 2020-11-20 江苏科技大学 基于雷达通信一体化的路况探测方法
CN111965647B (zh) * 2020-08-05 2021-04-27 江苏科技大学 基于雷达通信一体化的路况探测方法
CN115442197A (zh) * 2022-08-30 2022-12-06 西安电子科技大学 采用无循环前缀ofdm的一体化信号设计及处理方法
CN115442197B (zh) * 2022-08-30 2024-02-27 西安电子科技大学 采用无循环前缀ofdm的一体化信号设计及处理方法
CN115598600A (zh) * 2022-11-28 2023-01-13 四川九洲电器集团有限责任公司（Cn） 一种二次雷达信号动态编码系统、方法、电子设备及介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN109061634B (zh) 2022-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109061634A (zh) Ofdm雷达通信一体化小型无人机系统的信号设计方法
CN109061633A (zh) Ofdm雷达通信一体化机载平台系统的信号设计方法
CN108957412A (zh) 基于分段式线性调频信号的雷达探测与通信传输方法
CN106772350A (zh) 基于线性调频信号实现雷达探测与通信传输的方法
CN113079122B (zh) 截断与外推重构多载波信号中导频序列的设计方法
WO2022246998A1 (zh) 一种基于移动通信信号的感知通信一体化系统
CN103812807B (zh) 增强余弦调制滤波器组多载波通信系统抗干扰能力的方法
CN1889546A (zh) 一种基于叠加导频信号的信道估计方法及装置
CN110943944A (zh) 一种基于深度学习的ofdm系统的信道估计方法
CN107454032A (zh) 一种基于子载波间幅值积的ofdm频偏估计方法
CN106789809A (zh) 一种非正交多载波传输方法
CN116106900A (zh) 基于滤波器组多载波的一体化信号设计及处理方法
CN106713207A (zh) 一种基于傅里叶变换的多载波超奈奎斯特系统的实现方法
CN101447967A (zh) 一种用于ofdm/oqam系统中的导频序列结构及其构造方法
CN107426122A (zh) 用于gfdm系统的低复杂度最小均方误差检测方法
CN109085574B (zh) Ofdm雷达通信一体化固定平台系统的信号处理方法
CN103236993A (zh) 一种基于多径延时分布的信道估计方法
CN107947899B (zh) 单载波交织频分多址系统中的多用户信噪比盲估计方法
CN108983191B (zh) Ofdm雷达通信一体化系统的低速信号处理方法
CN102315835A (zh) 一种成形滤波器滚降系数估计方法
CN109639603A (zh) 基于导频的低复杂度压缩感知信道估计方法
CN109085575A (zh) Ofdm雷达通信一体化机载平台系统的信号处理方法
WO2016127306A1 (zh) 数据发送的方法和发射机
CN106603455A (zh) 一种上行参考符号的传输方法、系统和用户设备
CN206533389U (zh) 基于多载波超奈奎斯特的宽带移动通信系统收发装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant