CN111025255A - 基于随机频偏的ofdm-fda雷达通信一体化实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于随机频偏的OFDM‑FDA雷达通信一体化实现方法，其特征在于，包括如下步骤：1）初始化雷达通信一体化收发模型；2）确定通信信号的基本形式；3）确定OFDM符号的子载波的初始频率；4）确定阵元间的频率间隔；5）形成一体化信号；6）通信相干解调解调；7）雷达相干解调。这种方法采用单次脉冲发射多载波的雷达通信一体化方法能提高频谱利用率和增大数据传输速率，能实现多载波通信信号的传输及频控阵雷达目标定位的功能，提高电子设备的综合能力。

Description

基于随机频偏的OFDM-FDA雷达通信一体化实现方法

技术领域

本发明涉及雷达与通信技术领域，具体是一种基于随机频偏的正交频分复用-频率分集阵列(简称OFDM-FDA)雷达通信一体化实现方法。

背景技术

雷达与通信是“千里眼”和“顺风耳”，在获取信息方面发挥着重要作用。雷达通信一体化的实现能够解决同一平台上雷达设备和通信设备同时工作时所存在的问题，弥补雷达和通信本身的缺陷。目前，对于雷达通信一体化的研究主要是集中在相控阵技术领域，但是随着频控阵概念的提出，频率分集阵列作为一种特殊的相控阵的优势也逐渐突显出来，在兼备相控阵优势的同时又具有自身特点。因此，将频控阵应用于雷达通信一体化的研究，可以有效提高一体化性能。

目前的研究主要有两种的频控阵雷达通信一体化方法：一种是将经过某种调制方式调制过的数字基带信号以线性调频信号的形式与频率分集阵列雷达相结合，作为一体化信号；另一种是将通信信号的随机性和随机步进频结合，通过频率捷变将通信数据加载到雷达信号上，得到频控阵雷达通信一体化信号。但上述两种方法，或者其他的雷达通信一体化实现方法，存在雷达和通信信号分离困难的问题、浪费时间资源和雷达资源的问题、以及存在频带利用率不高的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于随机频偏的OFDM-FDA雷达通信一体化实现方法。这种方法采用较少的脉冲(甚至单次脉冲)发射多载波的雷达通信一体化方法能提高频谱利用率和增大数据传输速率，能实现多载波通信信号的传输及频控阵雷达目标定位的功能，提高电子设备的综合能力。

实现本发明目的的技术方案是：

基于随机频偏的OFDM-FDA雷达通信一体化实现方法，与现有技术不同处在于，包括如下步骤：

1)初始化雷达通信一体化收发模型：所述雷达通信一体化收发模型包括设置于异地的结构相同的两对端基站收发装置，基站收发装置包括电连接的雷达信号处理单元和通信信号处理单元，基站收发装置发射一体化信号，雷达信号处理单元接收到回波信号实现目标定位，通信信号处理单元收到一体化信号实现数据通信，初始化系统参数：阵元个数N，发射载频f_c，光速c，波长

阵元间距

一个完整的OFDM的子载波数为L，各个子载波之间的频率间隔为Δf，则阵元之间的频率偏置记为B＝L·Δf，进制数记为M；

2)确定通信信号的基本形式：原始通信信息为二进制数据，可变换后转化成M进制通信数据A_ln，且M的取值满足M＝2^k，其中k为任意正整数，A_ln的取值范围为：A_ln∈{1,2,...,M}，其中A_ln是一个l*n的矩阵，指第n个阵元上第l个子载波所加载的通信信息；

3)确定OFDM符号的子载波的初始频率：确定各阵元所携带的OFDM符号的各个子载波的初始频率，使各子载波严格正交，第n个阵元所携带的第l个子载波信号的初始频率为：

f_ln＝f_c+C_ln，l＝1,2,…,L n＝1,2,...,N

其中，f_c为雷达的中心频率，C_ln为第n个阵元携带的第l个子载波的频率间隔，C_ln的取值范围为：C_ln∈{0,Δf,2Δf,...,(L-1)Δf}，L为每个阵元所携带的一个完整的OFDM符号的子载波个数，Δf为子载波之间的频率间隔，为了保证子载波之间的正交性，频率间隔Δf与子信道码元持续时间T_B之间有

4)确定阵元间的频率间隔：确定不同阵元间的频率间隔，间隔出每个阵元的带宽范围，并随机分配，一个完整的OFDM符号所携带的通信信号的带宽为B＝LΔf，第n个阵元的频偏间隔取值为B_n＝b_nB，b_n的取值范围为b_n∈{0,1,2,...,N-1}，且随机不重复；

5)形成一体化信号：将通信信号加载到雷达信号上，形成并发射一体化信号，第n个阵元所携带的OFDM符号的第l个子载波信号的初始频率为：

f_ln＝f_c+C_ln+B_n l＝1,2,…,L n＝1,2,...,N

则雷达发射信号可表示为：

s₁(t)＝a(t)exp(j2πf_ct)，

其中，a(t)表示脉冲信号的复包络，依据OFDM信号的生成原理，把通信信号以幅值的形式加载到一体化信号波形上，则第n个阵元发送的信号可以表示为：

则雷达通信一体化发射信号为：

该信号可由雷达发射机的n个发射阵元进行发射；

6)通信相干解调解调：对端基站收发装置中的通信信号处理单元接收一体化信号并解调，即对端基站收发装置中的通信信号处理单元将接收到的一体化信号分别与N个频控阵阵列信号同频同相的载波相乘进行相干解调，得到N个相互独立且完整的OFDM符号，通过逆傅里叶变换得到L*N个基带信号，再对基带信号抽样判决得到通信数据，实现数据通信；

7)雷达相干解调：对端基站收发装置中的雷达信号处理单元接收一体化信号并解调，即对端基站收发装置中的雷达信号处理单元将接收到的目标回波信号分别与N个频控阵阵列信号同频同相的载波相乘进行相干解调，得到N个基带信号，采用频控阵目标定位算法，如向后投影算法-BP算法，实现目标定位。

与现有技术相比，本技术方案的有益效果为：

1.采用多载波技术与频率分集阵列雷达相结合的方式，同时实现雷达目标定位和数据通信的目的，极大地提高了数据传输速率，并行的OFDM体制和串行的单载波体制相比，频带利用率大约可以增至2倍；

2.因为使用了随机频率间隔，使得频控阵传统的“s”形波束方向图空间扫描改变为点状波束空间扫描，能量更为集中，使频控阵的角度和距离不再互相耦合；

3.发射单次脉冲信号，占用较少的时间资源和阵列资源，并且不需要在接收端进行雷达信号和通信信号的分离；

4.各路已调信号的严格正交的，以便接收端能完全地分离OFDM符号的各路子载波信号。

这种方法采用单次脉冲发射多载波的雷达通信一体化方法能提高频谱利用率和增大数据传输速率，能实现多载波通信信号的传输及频控阵雷达目标定位的功能，提高电子设备的综合能力。

附图说明

图1为实施例中雷达通信一体化收发模型示意图；

图2为实施例中方法流程示意图；

图3为实施例中雷达通信一体化发射阵列结构示意图；

图4为实施例中雷达通信一体化原始位置场景图；

图5为实施例中一体化信号多目标定位图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。

实施例：

参照图2，基于随机频偏的OFDM-FDA雷达通信一体化实现方法，包括如下步骤：

1)初始化雷达通信一体化收发模型：如图1所示，所述雷达通信一体化收发模型包括设置于异地的结构相同的两对端基站收发装置，基站收发装置包括电连接的雷达信号处理单元和通信信号处理单元，基站收发装置发射一体化信号，雷达信号处理单元接收到回波信号实现目标定位，通信信号处理单元收到一体化信号实现数据通信，初始化系统参数：阵元个数N，发射载频f_c，光速c，波长

阵元间距

一个完整的OFDM的子载波数为L，各个子载波之间的频率间隔为Δf，则阵元之间的频率偏置记为B＝L·Δf，进制数记为M；

2)确定通信信号的基本形式：原始通信信息为二进制数据，可变换后转化成M进制通信数据A_ln，且M的取值满足M＝2^k，其中k为任意正整数，A_ln的取值范围为：A_ln∈{1,2,...,M}，其中A_ln是一个l*n的矩阵，指第n个阵元上第l个子载波所加载的通信信息；

3)确定OFDM符号的子载波的初始频率：确定各阵元所携带的OFDM符号的各个子载波的初始频率，使各子载波严格正交，第n个阵元所携带的第l个子载波信号的初始频率为：

f_ln＝f_c+C_ln，l＝1,2,…,L n＝1,2,...,N

其中，f_c为雷达的中心频率，C_ln为第n个阵元携带的第l个子载波的频率间隔，C_ln的取值范围为：C_ln∈{0,Δf,2Δf,...,(L-1)Δf}，L为每个阵元所携带的一个完整的OFDM符号的子载波个数，Δf为子载波之间的频率间隔，为了保证子载波之间的正交性，频率间隔Δf与子信道码元持续时间T_B之间有

4)确定阵元间的频率间隔：确定不同阵元间的频率间隔，间隔出每个阵元的带宽范围，并随机分配，一个完整的OFDM符号所携带的通信信号的带宽为B＝LΔf，第n个阵元的频偏间隔取值为B_n＝b_nB，b_n的取值范围为b_n∈{0,1,2,...,N-1}，且随机不重复；

5)形成一体化信号：将通信信号加载到雷达信号上，形成并发射一体化信号，第n个阵元所携带的OFDM符号的第l个子载波信号的初始频率为：

f_ln＝f_c+C_ln+B_n l＝1,2,...,L n＝1,2,...,N

则雷达发射信号可表示为：

s₁(t)＝a(t)exp(j2πf_ct)，

其中，a(t)表示脉冲信号的复包络，依据OFDM信号的生成原理，把通信信号以幅值的形式加载到一体化信号波形上，则第n个阵元发送的信号可以表示为：

则雷达通信一体化发射信号为：

该信号可由雷达发射机的n个发射阵元进行发射；

6)通信相干解调：对端基站收发装置中的通信信号处理单元接收一体化信号并解调，即对端基站收发装置中的通信信号处理单元将接收到的一体化信号分别与N个频控阵阵列信号同频同相的载波相乘进行相干解调，得到N个相互独立且完整的OFDM符号，通过逆傅里叶变换得到L*N个基带信号，再对基带信号抽样判决得到通信数据，实现数据通信；

7)雷达相干解调：对端基站收发装置中的雷达信号处理单元接收一体化信号并解调，即对端基站收发装置中的雷达信号处理单元将接收到的目标回波信号分别与N个频控阵阵列信号同频同相的载波相乘进行相干解调，得到N个基带信号，采用频控阵目标定位算法，本例采用后投影算法-BP算法，实现目标定位。

本例仿真实验中雷达通信一体化发射阵列结构如图3所示，本例仿真实验中设定的五个目标位置分别为：(-30°,8km)、(-60°,6km)、(0°,10km)、(30°,14km)、(50°,12km)，如图4所示，经过采用本例方法处理后目标定位结果如图5所示。

Claims (1)

1.基于随机频偏的OFDM-FDA雷达通信一体化实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)初始化雷达通信一体化收发模型：所述雷达通信一体化收发模型包括设置于异地的结构相同的两对端基站收发装置，基站收发装置包括电连接的雷达信号处理单元和通信信号处理单元，基站收发装置发射一体化信号，雷达信号处理单元接收到回波信号实现目标定位，通信信号处理单元收到一体化信号实现数据通信，初始化系统参数：阵元个数N，发射载频f_c，光速c，波长

阵元间距

一个完整的OFDM的子载波数为L，各个子载波之间的频率间隔为Δf，则阵元之间的频率偏置记为B＝L·Δf，进制数记为M；

2)确定通信信号的基本形式：原始通信信息为二进制数据，可变换后转化成M进制通信数据A_ln，且M的取值满足M＝2^k，其中k为任意正整数，A_ln的取值范围为：A_ln∈{1,2,...,M}，其中A_ln是一个l*n的矩阵，指第n个阵元上第l个子载波所加载的通信信息；

3)确定OFDM符号的子载波的初始频率：确定各阵元所携带的OFDM符号的各个子载波的初始频率，使各子载波严格正交，第n个阵元所携带的第l个子载波信号的初始频率为：

f_ln＝f_c+C_ln，l＝1,2,...,L n＝1,2,...,N

其中，f_c为雷达的中心频率，C_ln为第n个阵元携带的第l个子载波的频率间隔，C_ln的取值范围为：C_ln∈{0,Δf,2Δf,...,(L-1)Δf}，L为每个阵元所携带的一个完整的OFDM符号的子载波个数，Δf为子载波之间的频率间隔，频率间隔Δf与子信道码元持续时间T_B之间有

4)确定阵元间的频率间隔：确定不同阵元间的频率间隔，间隔出每个阵元的带宽范围，并随机分配，一个完整的OFDM符号所携带的通信信号的带宽为B＝LΔf，第n个阵元的频偏间隔取值为B_n＝b_nB，b_n的取值范围为b_n∈{0,1,2,...,N-1}，且随机不重复；

5)形成一体化信号：将通信信号加载到雷达信号上，形成并发射一体化信号，第n个阵元所携带的OFDM符号的第l个子载波信号的初始频率为：

f_ln＝f_c+C_ln+B_n l＝1,2,...,L n＝1,2,...,N

则雷达发射信号可表示为：

s₁(t)＝a(t)exp(j2πf_ct)，

其中，a(t)表示脉冲信号的复包络，依据OFDM信号的生成原理，把通信信号以幅值的形式加载到一体化信号波形上，则第n个阵元发送的信号可以表示为：

则雷达通信一体化发射信号为：

该信号可由雷达发射机的n个发射阵元进行发射；

6)通信相干解调解调：对端基站收发装置中的通信信号处理单元接收一体化信号并解调，即对端基站收发装置中的通信信号处理单元将接收到的一体化信号分别与N个频控阵阵列信号同频同相的载波相乘进行相干解调，得到N个相互独立且完整的OFDM符号，通过逆傅里叶变换得到L*N个基带信号，再对基带信号抽样判决得到通信数据，实现数据通信；

7)雷达相干解调：对端基站收发装置中的雷达信号处理单元接收一体化信号并解调，即对端基站收发装置中的雷达信号处理单元将接收到的目标回波信号分别与N个频控阵阵列信号同频同相的载波相乘进行相干解调，得到N个基带信号，采用频控阵目标定位算法实现目标定位。

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