CN114545334A - 一种基于电磁时空标识的雷达目标检测方法和系统 - Google Patents

一种基于电磁时空标识的雷达目标检测方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电磁时空标识的雷达目标检测方法和系统，方法包括：雷达基于自身的工作参数确定电磁时空标识，并将电磁时空标识依据收发双方预先约定的编码规则进行编码得到编码序列；基于编码序列和自身生成的线性调频信号，得到一体化波形的发射信号并以脉冲形式发射；雷达接收发射信号到达目标后返回的一个脉冲回波信号，并将脉冲回波信号分为两路信号；对两路信号之一进行通信信号处理，得到电磁时空标识；并对两路信号之另一进行雷达信号处理，得到发出发射信号的雷达与目标的距离，作为目标检测结果。本发明能在雷达目标检测的同时进行通信，有效减少软硬件成本，在复杂电磁环境中高效、准确地感知己方发射的电磁信号，实现敌我识别。

Description

一种基于电磁时空标识的雷达目标检测方法和系统
技术领域
本发明属于雷达领域，具体涉及一种基于电磁时空标识的雷达目标检测方法和系统。
背景技术
传统的雷达目标探测技术，绝大多数是根据相应的需求，进行雷达波形设计，最后达到雷达目标探测的效果。
但由于雷达设备和通信设备是相对独立的，进行目标探测的雷达设备无法实现通信数据的传输，因而难以确保实施可靠的侦察、通信和监测等，同时也会使得雷达设备和通信设备构成的系统的软硬件成本较高。另外，针对复杂的电磁环境，如何及时准确地感知己方发射的电磁信号，对雷达作战等情景至关重要。
因此，基于上述问题，急需对现有的雷达目标探测技术进行改进。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明实施例提供了一种基于电磁时空标识的雷达目标检测方法和系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明实施例提供一种基于电磁时空标识的雷达目标检测方法，所述方法包括：
雷达基于自身的工作参数确定电磁时空标识，并将所述电磁时空标识依据收发双方预先约定的编码规则进行编码，得到编码序列；
基于所述编码序列和自身生成的线性调频信号，得到一体化波形的发射信号，并以脉冲形式发射；
雷达接收所述发射信号到达目标后返回的一个脉冲回波信号，并将所述脉冲回波信号分为两路信号；
对所述两路信号之一进行通信信号处理，得到所述电磁时空标识；并对所述两路信号之另一进行雷达信号处理，得到发出所述发射信号的雷达与所述目标的距离，作为目标检测结果。
在本发明的一个实施例中，接收所述脉冲回波信号的雷达为发出所述发射信号的雷达或其余己方雷达。
在本发明的一个实施例中，所述电磁时空标识包括所述工作参数；其中，所述工作参数包括：雷达序号、信号中心频率、信号带宽、信号时宽和脉冲重复频率。
在本发明的一个实施例中，所述电磁时空标识，还包括：备用信息。
在本发明的一个实施例中，所述将所述电磁时空标识依据收发双方预先约定的编码规则进行编码，包括：
将所述雷达序号的数值，按照十进制转为二进制的规则，得到第一预设位数的二进制序列；
将所述信号中心频率减去信号中心频率范围下限值所得到的差值，保留三位小数后乘以1000，并将得到的整数，利用十进制转为二进制的规则，得到第二预设位数的二进制序列；
将所述信号带宽的数值，按照十进制转为二进制的规则，得到第三预设位数的二进制序列；
将所述信号时宽的数值，按照十进制转为二进制的规则，得到第四预设位数的二进制序列；
将所述脉冲重复频率的数值保留一位小数后乘以10，并将得到的整数，利用十进制转为二进制的规则，得到第五预设位数的二进制序列；
将所述备用信息依据收发双方预先约定的编码规则，编码为第六预设位数的二进制序列；
其中，所述第一预设位数至所述第六预设位数的总和小于或等于预设数值。
在本发明的一个实施例中，所述基于所述编码序列和自身生成的线性调频信号，得到一体化波形的发射信号，包括：
对所述编码序列进行数字信号调制，得到调制后信号；
将所述调制后信号与所述线性调频信号结合，得到一体化波形的发射信号。
在本发明的一个实施例中，所述数字信号调制的方式，包括：
最小频移键控MSK、二进制相移键控BPSK、正交相移键控QPSK和差分相移键控DPSK。
在本发明的一个实施例中，所述通信信号处理，包括：
混频、低通滤波、积分计算、抽样判决和原始码恢复；
所述雷达信号处理，包括：
数字波束形成、混频、低通滤波和脉冲压缩。
在本发明的一个实施例中，在雷达接收到所述发射信号到达目标后返回的多个脉冲回波信号之后，所述方法还包括：
接收所述脉冲回波信号的雷达，基于所述多个脉冲回波信号，进行相参融合或者非相参融合处理，得到融合后目标检测结果，作为最终的目标检测结果。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于电磁时空标识的雷达目标检测系统，所述系统包括：
发射端雷达，用于基于自身的工作参数确定电磁时空标识，并将所述电磁时空标识依据收发双方预先约定的编码规则进行编码，得到编码序列；基于所述编码序列和自身生成的线性调频信号，得到一体化波形的发射信号，并以脉冲形式发射；
接收端雷达，用于接收所述发射端雷达发出的发射信号到达目标后返回的脉冲回波信号，并将每个脉冲回波信号分为两路信号；对所述每个脉冲回波信号得到的所述两路信号之一进行通信信号处理，得到所述电磁时空标识；并对所述两路信号之另一进行雷达信号处理，得到该脉冲回波信号对应的、所述发射端雷达与所述目标的距离，作为目标检测结果；其中，所述接收端雷达为所述发射端雷达或其余己方雷达。
本发明实施例所提供的方案中，将雷达系统与通信系统相结合，基于电磁时空标识设计出雷达通信一体化波形的发射信号，由于发射信号中加载有表示通信内容的电磁时空标识，通过利用雷达波形的大功率发射，能够提高通信传输的有效距离，及时可靠的将通信内容传输到接收方，使收发双方在进行雷达目标探测的同时，能够利用电磁时空标识实时进行通信数据传输。同时，将雷达系统与通信系统相结合能够有效减少软硬件成本。并且，由于电磁时空标识基于发射端雷达自身的工作参数确定，接收端雷达利用电磁时空标识能够在复杂电磁环境中高效、准确地感知识别己方的电磁信号，从而能够实现敌我识别。
进一步的，本发明实施例将一体化发射信号的多个回波进行相参融合处理或者非相参融合处理，能够在保证正确识别电磁时空标识的前提下，改善目标检测性能。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的一种基于电磁时空标识的雷达目标检测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的电磁时空标识进行二进制编码后的示意结果；
图3为本发明实施例在MSK调制中码型变换后的结果图；
图4为本发明实施例中形成的基于电磁时空标识的MSK-LFM一体化发射信号波形部分放大图；
图5为本发明实施例中发射信号和LFM信号的频谱图；
图6为本发明实施例中接收雷达得到的回波信号的时域图；
图7为本发明实施例中接收雷达对回波信号的脉冲压缩结果图；
图8为本发明实施例中接收雷达从回波信号中提取的电磁时空标识；
图9为本发明实施例中误码率随信噪比的变化关系曲线；
图10为本发明实施例中LFM信号的单个脉冲和MSK-LFM信号的单个脉冲的信号检测性能分析对比图；
图11为本发明实施例中单脉冲与多脉冲相参融合后目标检测结果的对比图；
图12为本发明实施例中单脉冲与多脉冲非相参融合后的测距对比效果图；
图13为本发明实施例中多个脉冲的相参融合后对检测性能影响的对比图；
图14为本发明实施例中多个脉冲的非相参融合后对检测性能影响的对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使现有雷达系统能够同时实现目标探测和通信，本发明实施例提供了一种基于电磁时空标识的雷达目标检测方法和系统。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于电磁时空标识的雷达目标检测方法。如图1所示，可以包括如下步骤：
S1，雷达基于自身的工作参数确定电磁时空标识，并将电磁时空标识依据收发双方预先约定的编码规则进行编码，得到编码序列。
雷达自身的工作参数可以包括该雷达区别于其余雷达的一些身份信息，比如名称、位置等，还可以包括该雷达的发射信号的相关信息，比如信号频率等，由于每个雷达的发射信号由自身确定，具有一定的隐私性，因而雷达发射信号的相关信息也能够用于雷达自我识别。
本发明实施例用电磁时空标识表示通信内容，具有实际的物理意义。具体而言，电磁时空标识至少包括雷达自身的工作参数。当然，电磁时空标识还可以包括一些其余信息，比如该雷达需要传输给接收方的消息等，例如可以是当前的时间，以及给接收方的操作指令等。
本发明实施例中，S1和S2中的雷达是发出发射信号的雷达，作为发射端雷达，也就是发方。S3和S4中的雷达是接收发射信号到达目标后返回的脉冲回波信号的雷达，作为接收端雷达，也就是收方。收发双方预先约定有关于电磁时空标识中各项的编码规则，收发双方雷达均为对方的“己方雷达”。依据编码规则，发射端雷达可以将电磁时空标识中的各项进行编码，并整合得到电磁时空标识对应的一个编码序列，以用于后续信号发射，由于编码规则由发射端雷达和接收端雷达约定，即使约定外的其余雷达接收到脉冲回波信号也无法进行译码破解，从而能够保证通信的安全性。
本发明实施例可以采用现有的任意一种编码规则，也可以由收发双发预先约定设计出一种新的编码规则，这都是合理的。比如编码规则下得到的编码序列可以为二进制序列。
S2，基于编码序列和自身生成的线性调频信号，得到一体化波形的发射信号，并以脉冲形式发射。
发射端雷达可以预先生成线性调频(Linear Frequency Modulation，LFM)信号，也可以在该步骤中生成线性调频信号。线性调频信号是一种大时宽带宽积信号。其最大优点是所用的匹配滤波器对回波信号的多普勒频移不敏感，即可以用一个匹配滤波器处理具有不同多普勒频移的回波信号，因而能够大大简化雷达信号处理系统，且有着良好的距离分辨率和径向速度分辨率。
本发明实施例中，基于编码序列和自身生成的线性调频信号，得到一体化波形的发射信号，可以包括以下步骤：
1)对编码序列进行数字信号调制，得到调制后信号。
其中，数字信号调制的方式，包括：
MSK((Minimum Shift Keying，最小频移键控)、BPSK(Binary Phase ShiftKeying，二进制相移键控)、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控)和DPSK(Differential Phase Shift Keying，差分相移键控)，等等。
优选的一种实施方式中，数字信号调制的方式为MSK。相比其余数字信号调制的方式，MSK具有包络恒定、相位连续、带宽最小且严格正交的优点。
设S1得到的编码序列为c，其含有k个元素，k为大于0的自然数。先利用公式ai＝2×ci-1，i＝1,2,...,k，将序列c中的每个元素变为双极性，即0变为-1，1保持不变，从而得到序列a。然后对序列a进行MSK调制。具体过程包括：
首先，将序列a进行差分编码，得到序列b。差分编码的规则为先规定一个数b0＝1，将序列a的第一项a1与b0相乘，得到序列b的第一项b1；再将序列b的第一项b1再与序列a的第二项a2相乘，得到序列b的第二项b2，…，如此进行，得到完整的序列b＝(b1，b2，...bk)。
接下来，将序列b分成两路。具体的，序列b的奇数项按顺序构成一路序列p，序列b的偶数项按顺序构成一路序列q。再将序列p乘以
Figure BDA0003459205950000081
序列q乘以
Figure BDA0003459205950000091
因此序列b得到两路信号。其中，T为序列b中一个二进制数字所占据的时间，t为一体化波形的发射信号的时间长度，也就是一个脉冲的时间长度，是预设值。进一步的，将序列b的第一路信号乘以cos(2πfct)，将第二路信号乘以sin(2πfct)，得到两路信号s1和s2。其中，fc表示信号中心频率。最后，将两路信号s1和s2相加，得到经MSK调制的调制后信号。
2)将调制后信号与线性调频信号结合，得到一体化波形的发射信号。
线性调频信号是现代高性能雷达体制中经常采用的发射信号波形之一，只能实现测距。而本发明实施例的调制后信号波形与线性调频信号的波形并不相同，其携带有电磁时空标识表示的通信内容。通过将两种信号进行结合，能够融合两种信号波形得到雷达通信一体化波形，使得结合后的信号能够实现在常规发射信号中加载通信内容，得到一体化波形的发射信号。
其中，将调制后信号与线性调频信号结合，可以是将线性调频信号的调频斜率加入调制后信号中。具体的，将1)中得到s1和s2时所用的函数cos(2πfct)和sin(2πfct)分别对应换成cos(2πfct+πμt2)和sin(2πfct+πμt2)，再将得到的两个新的信号相加，从而得到MSK-LFM信号，即为结合后的一体化波形的发射信号，至此，完成了基于电磁时空标识的一体化波形设计。其中，μ为LFM信号的调频斜率。可见，相对于经MSK调制的调制后信号，MSK-LFM信号仅增加了πμt2这一项。
当然，调制后信号与线性调频信号的结合方式不限于以上的方式。
关于上述步骤1)和2)，将在后文中进行详细的举例说明。
S3，雷达接收发射信号到达目标后返回的一个脉冲回波信号，并将脉冲回波信号分为两路信号。
可以理解的是，发射端雷达以脉冲形式发出发射信号，每个脉冲对应的发射信号达到目标后会形成对应的回波信号，称之为脉冲回波信号。脉冲回波信号在空间中可以被任意接收设备捕获。那么，针对接收脉冲回波信号的接收端雷达，在发射信号对应的多个脉冲下，能够接收到对应的每一个脉冲回波信号。本发明实施例的S3和S4是以接收到任意一个脉冲回波信号进行阐述的。
本发明实施中，接收脉冲回波信号的雷达为发出发射信号的雷达或其余己方雷达。也就是说，本发明实施例中，发射端雷达和接收端雷达可以是同一个雷达，即该雷达自发自收。或者发射端雷达和接收端雷达虽然不是同一个雷达，但双方具有预先约定，属于己方雷达。
针对接收到的一个脉冲回波信号，可以理解的是，其同时具备雷达和通信功能。接收端雷达将一个脉冲回波信号分为相同的两路信号。
S4，对两路信号之一进行通信信号处理，得到电磁时空标识；并对两路信号之另一进行雷达信号处理，得到发出发射信号的雷达与目标的距离，作为目标检测结果。
因为回波信号同时具备雷达和通信功能，接收端雷达对信号划分后的一路信号按照通信信号解调处理，得到电磁时空标识，即得到通信内容。同时对另一路信号按照常规的雷达信号进行处理，得到发射端雷达与目标的距离，即实现目标检测。
可选的一种实施方式中，通信信号处理，包括：
混频、低通滤波、积分计算、抽样判决和原始码恢复。
具体的，针对通信信号处理，首先将该路信号再分为两路通信信号，将一路通信信号乘以cos(2πfct+πμt2)，另一路通信信号乘以sin(2πfct+πμt2)，分别进行混频去载频处理。其次，对混频后的两路通信信号分别进行低通滤波，滤除信号中不必要的成分。接下来，对滤波后的两路通信信号，一路乘以cos(πt/2T)，另一路乘以sin(πt/2T)。之后对得到的两路通信信号分别进行积分计算。然后对积分计算后的两路通信信号分别进行抽样判决，具体是利用预设门限，将通信信号中大于预设门限的数值设置为1，小于预设门限的数值设置为-1，其中预设门限可以选为0等，由此可以得到两路子序列，再将这两个子序列合成一路，就可以得到一个新的序列m。最后，对序列m按照差分译码的规则，即规定m0＝1，那么经过差分译码后，输出序列ni＝mi×mi-1.i＝1,2,...,k。最后将输出序列n变为单极性序列，即进行(ni+1)/2的操作，就可以恢复出原始码，也就是得到发射端雷达传输的电磁时空标识。关于通信信号处理的各个环节，请具体参见现有通信技术理解，在此不做详细说明。
由于电磁环境区域通常包含有大量的电磁信号，这些信号相互交叠在一起，使得区域中的电磁环境变得复杂。这种复杂的电磁环境会对环境中的电子装备和作战人员等造成影响，使其无法及时准确地感知己方发射的电磁信号，从而无法实现敌我识别。而本发明实施例将雷达系统与通信系统相结合，设计出一种基于电磁时空标识的雷达通信一体化波形用于发射信号，使其在进行雷达目标探测的同时，也可以实时进行通信数据传输，即收发双方可以利用电磁时空标识进行通信信息传输。并且，本发明实施例能够利用雷达波形的大功率，来提高通信传输的有效距离，使得数据能够及时可靠的传输到接收端雷达。
由于电磁时空标识携带有发射端雷达的专属信息。可以理解的是，针对同一雷达自发自收或者不同己方雷达分别收发的情况，接收端雷达均能够利用电磁时空标识，更加准确地感知电磁信号，实现从获取的若干信号中识别己方的目的。针对不同己方雷达分别收发的情况，通过获知发射端雷达的电磁时空标识，还能够方便进行后续的任务，比如进行多个雷达的协同探测工作等等。
雷达信号处理，包括：
数字波束形成、混频、低通滤波和脉冲压缩。
关于雷达信号处理的各个环节，请具体参见现有雷达技术理解，在此不做详细说明。可以理解的是，通过雷达信号处理，可以得到发射端雷达与目标的距离，即雷达信号测距结果，从而完成了目标检测。
可见，本发明实施例将雷达信号和通信信号相结合，在进行雷达目标检测的同时实现了通信，改善了雷达信号目标检测与通信传输过程，实现了雷达通信系统的一体化，可适用于一般的雷达系统。
本发明实施例所提供的方案中，将雷达系统与通信系统相结合，基于电磁时空标识设计出雷达通信一体化波形的发射信号，由于发射信号中加载有表示通信内容的电磁时空标识，通过利用雷达波形的大功率发射，能够提高通信传输的有效距离，及时可靠的将通信内容传输到接收方，使收发双方在进行雷达目标探测的同时，也能够利用电磁时空标识实时进行通信数据传输。同时，将雷达系统与通信系统相结合能够有效减少软硬件成本。并且，由于电磁时空标识基于发射端雷达自身的工作参数确定，接收端雷达利用电磁时空标识能够在复杂电磁环境中高效、准确地感知识别己方的电磁信号，从而能够实现敌我识别。
以下对本发明实施例的一些可选的实施方式进行具体说明。
可选的一种实施方式中，工作参数包括：雷达序号、信号中心频率、信号带宽、信号时宽和脉冲重复频率。
其中，针对本发明实施例，通常可以将己方雷达中的多个雷达用不同序号区分，雷达序号可以用阿拉伯数字表示。关于信号中心频率、信号带宽、信号时宽和脉冲重复频率的概念请参见现有技术理解，在此不做说明。
可选的一种实施方式中，电磁时空标识，还包括：备用信息。
在本发明实施例中，备用信息可以用于描述要发给接收方的消息等。
可选的一种实施方式中，将电磁时空标识依据收发双方预先约定的编码规则进行编码，包括：
①将雷达序号的数值，按照十进制转为二进制的规则，得到第一预设位数的二进制序列。
其中，第一预设位数可以为8、10等。
雷达序号以十进制的阿拉伯数字表示，例如己方雷达共有200个节点，每个节点代表一个雷达。那么针对第2个节点，将数字2转换为二进制，在第一预设位数为8时，得到对应的二进制序列为00000010。
②将信号中心频率减去信号中心频率范围下限值所得到的差值，保留三位小数后乘以1000，并将得到的整数，利用十进制转为二进制的规则，得到第二预设位数的二进制序列。
其中，第二预设位数可以为8、10等。
信号中心频率具有预定的一个范围，由信号中心频率范围下限值至信号中心频率范围上限值构成，比如信号中心频率范围可以为1.2GHz～1.4GHz，那么信号中心频率范围下限值为1.2GHz。由于编码规则是收发双方已知的，也就是说信号中心频率范围是双方已知的，那么，收发双方为了减小编码数据量，没有必要将完整的信号中心频率进行编码，可以仅对信号中心频率与信号中心频率范围下限值的差异部分进行编码。具体而言，可以将信号中心频率减去信号中心频率范围下限值所得到的小数，精确到小数点后三位，也就是对0.000～0.200进行编码。以中心频率为1.22GHz为例说明，1.22GHz减去1.2GHz得到的小数为0.02，保留三位小数即为0.020，将0.020先乘以1000，得到整数20，然后将20利用十进制转为二进制的规则，在第二预设位数为8时，得到对应的二进制序列为00010100。
需要说明的是，保留三位小数采用四舍五入原则。
③将信号带宽的数值，按照十进制转为二进制的规则，得到第三预设位数的二进制序列。
其中，第三预设位数可以为8、10等。
假设信号带宽的范围为1～100MHz，比如信号带宽为5MHz，那么将十进制的5转换为二进制，在第二预设位数为8时，得到对应的二进制序列为00000101。
④将信号时宽的数值，按照十进制转为二进制的规则，得到第四预设位数的二进制序列。
其中，第四预设位数可以为8、10等。
信号时宽即脉冲宽度。假设信号时宽的范围为1～100us，比如信号时宽为50us，那么将十进制的50转换为二进制，在第四预设位数为8时，得到对应的二进制序列为00110010。
⑤将脉冲重复频率的数值保留一位小数后乘以10，并将得到的整数，利用十进制转为二进制的规则，得到第五预设位数的二进制序列。
其中，第五预设位数可以为8、10等。
为了简化，本发明实施例的脉冲重复频率仅保留一位小数。假设脉冲重复频率的范围为1.0～10.0KHz，比如信号脉冲重复频率为2KHz，保留一位小数即为2.0KHz，将2.0乘以10得到20，然后将十进制的20转换为二进制，在第五预设位数为8时，得到对应的二进制序列为00010100。
需要说明的是，保留一位小数采用四舍五入原则。
⑥将备用信息依据收发双方预先约定的编码规则，编码为第六预设位数的二进制序列。
其中，第六预设位数可以为8、10等。
如果有通信消息，则可以将通信消息作为备用信息，依据收发双方预先约定的编码规则编码为10位等的二进制序列。为了统一电磁时空标识的长度，如果没有通信消息时，可以随机生成一个10位等的二进制序列作为备用信息。
其中，第一预设位数至第六预设位数的总和小于或等于预设数值。预设数值是考虑到通信速率的情况下选取的一个经验值，比如可以为100等。
在本发明实施中，第一预设位数至第六预设位数可以根据情况确定，但所确定的位数需要能够涵盖对应内容的最大二进制序列长度。
在可选的一种实施方式中，第一预设位数至第五预设位数均为8，第六预设位数为10。
可选的一种实施方式中，在雷达接收到发射信号到达目标后返回的多个脉冲回波信号之后，该方法还包括：
接收所述脉冲回波信号的雷达，基于所述多个脉冲回波信号，进行相参融合或者非相参融合处理，得到融合后目标检测结果，作为最终的目标检测结果。
相参融合处理，优势是每个脉冲回波信号所需要用到的匹配滤波器个数较少。具体过程是，假设接收端雷达接收到M个脉冲回波信号，其中M为大于0的自然数。且第m个脉冲回波信号为ym(t)＝s(t)+nm(t),m＝1,2,...,M。其中，s(t)是感兴趣的雷达回波(也就是发射信号遇目标返回的目标回波信号，假定目标回波不起伏)，nm(t)是与s(t)不相关的加性白噪声。M个脉冲进行相参融合处理得到的信号为
Figure BDA0003459205950000161
再将相参融合处理得到的信号依据前文方式进行雷达信号处理，得到融合后目标检测结果，作为最终的目标检测结果。
非相参融合处理，优势是通信信息可以根据不同的雷达脉冲实时传输，能够提高通信传输效率。具体过程是，将M个脉冲回波信号的目标检测结果分别通过平方律检波器，然后将其模值的平方进行相加，得到的和作为融合后目标检测结果，也就是最终的目标检测结果。
本发明实施例将一体化波形的多个回波进行相参融合处理或者非相参融合处理，仿真实验结果表明，两种方式均能够在保证正确识别电磁时空标识的前提下，改善目标检测性能。可以根据雷达任务的需求来选择处理。
为了验证相参融合或者非相参融合的效果，可以将相参融合处理得到的信号进行CFAR(Constant False Alarm Rate,恒虚警检测)即可得到检测概率曲线。也可以将非相参融合最后得到的和再进行CFAR处理，得到检测概率曲线。通过检测概率曲线的对比，可以得到检测性能分析结果。
为了说明本发明实施例提供的一种基于电磁时空标识的雷达目标检测方法的有效性，以下以仿真实验数据进行说明。
(1)仿真条件：假设有一个发射端雷达，其信号中心频率，即载频为1.22GHz，信号带宽为5MHz，信号时宽即脉冲宽度为50us，信号脉冲重复频率为2KHz。此外，实验过程中数据的产生以及处理均在MATLAB软件2016a版本上完成，详细情况如下：
(2)仿真内容：
仿真1：对雷达序号、信号中心频率、信号带宽、信号时宽和脉冲重复频率进行编码操作，分别得到8位二进制序列，并预留10位的备用信息，电磁时空标识请参见图2，图2为本发明实施例的电磁时空标识进行二进制编码后的示意结果。图2中，发射节点即为发射端雷达。
然后对电磁时空标识进行码型转换以及MSK-LFM一体化波形设计，具体请见图3和图4，图3为本发明实施例在MSK调制中码型变换后的结果图。图4为本发明实施例中形成的基于电磁时空标识的MSK-LFM一体化发射信号波形部分放大图，横轴表示时间，纵轴表示信号幅度。图3中的初始码对应序列c，输入码ak对应序列a，差分码bk对应序列b。并对LMF信号和MSK-LFM信号的频谱进行比较，结果如图5所示。图5为本发明实施例中发射信号和LFM信号的频谱图。横轴表示频率，纵轴表示归一化信号幅度。
设置MSK-LFM信号的回波信号的信噪比为-10dB，目标与发射端雷达的距离为40km，MSK-LFM信号的回波信号如图6所示。图6为本发明实施例中接收雷达得到的回波信号的时域图，横轴表示距离，纵轴表示信号幅度。
对一路回波信号进行雷达信号处理得到的测距结果，如图7所示，图7为本发明实施例中接收雷达对回波信号的脉冲压缩结果图，横轴表示距离，纵轴表示归一化信号幅度。图7的仿真结果表明，MSK-LFM信号也可以达到测距效果，即本发明实施例能够有效进行目标检测。并对另一路回波信号进行通信信号处理，得到电磁时空标识，如图8所示，图8为本发明实施例中接收雷达从回波信号中提取的电磁时空标识。图8的仿真结果表明，使用本发明实施例方法能够正确解调出MSK-LFM回波信号中传输的码元信息。
并且，为了分析MSK-LFM信号在不同信噪比下的误码率，设置信噪比变化范围为-30-10dB，如图9所示，得到了MSK-LFM一体化波形的误码率曲线。图9为本发明实施例中误码率随信噪比的变化关系曲线，横轴表示信噪比，纵轴表示误码率。图9的仿真结果表明，当信噪比大于-25dB时，MSK-LFM一体化波形的误码率已经非常接近0，具有很好的防误码性能。
仿真2：设置虚警概率为10-6，信噪比变化范围为-60～-20dB，利用多个脉冲回波信号进行相参融合或者非相参融合，并利用CFAR进行500次蒙特卡洛实验，MSK-LFM信号和LFM信号的检测性能对比结果如图10所示。图10为本发明实施例中LFM信号的单个脉冲和MSK-LFM信号的单个脉冲的信号检测性能分析对比图，具体为目标检测概率曲线的对比，横轴为信噪比，纵轴为目标的检测概率。图10的仿真结果表明，在相同信噪比时，MSK-LFM信号的检测性能小于LFM信号的检测性能，这是因为MSK-LFM信号调制了码元，造成频谱泄漏，导致能量会有损失。但从图10可以看出，在信噪比大于-35dB时，两个信号的性能已经非常接近，而且MSK-LFM信号还具有通信功能，因此其应用范围比LFM信号广。并且，当信噪比小于-35dB时，虽然MSK-LFM信号的检测性能相比LFM信号略差，但可以通过相参或者非相参融合处理的方式进行改善。因此，整体来说MSK-LFM信号相比LFM信号仍具有优势。
设定信噪比变化为-50dB，将MSK-LFM单脉冲、8脉冲相参融合、16脉冲相参融合和32脉冲相参融合后的目标检测结果进行对比，如图11所示。图11为本发明实施例中单脉冲与多脉冲相参融合后目标检测结果的对比图，横轴表示目标所在的距离单元，纵轴表示信号幅度。图11的仿真结果表明，MSK-LFM信号经过多脉冲相参融合处理，信噪比可以明显地提升，目标明显高于噪声。并且相参融合处理使用的脉冲越多，目标高于噪声的程度越明显。
设定信噪比变化为-50dB，将MSK-LFM单脉冲与多脉冲非相参融合后的目标检测结果进行对比，如图12所示。图12为本发明实施例中单脉冲与多脉冲非相参融合后的测距对比效果图，横轴表示目标所在的距离单元，纵轴表示信号幅度。图12(d)是将图12(a)～(c)进行非相参融合，图12的仿真结果表明，MSK-LFM信号经过非相参融合处理，信噪比可以明显地提升，目标明显高于噪声。
设定信噪比变化范围为-60～-10dB，进行100次蒙特卡洛实验，将MSK-LFM单脉冲、4脉冲相参融合(图13中表示为MSK-LFM4脉冲积累)、8脉冲相参融合(图13中表示为MSK-LFM8脉冲积累)、16脉冲相参融合(图13中表示为MSK-LFM16脉冲积累)后的检测性能进行分析，各自的检测概率曲线如图13所示，图13为本发明实施例中多个脉冲的相参融合后对检测性能影响的对比图。图13的仿真结果表明，MSK-LFM信号经过相参融合处理，其检测性能可以明显地提升，且使用的脉冲越多，检测性能提升越多。
设定信噪比变化范围为-60～10dB，进行500次蒙特卡洛实验，将MSK-LFM单脉冲(图14中表示为单脉冲)、双脉冲非相参融合(图14中表示为双脉冲)和三脉冲非相参融合(图14中表示为三脉冲)的检测性能进行分析，如图14所示。图14为本发明实施例中多个脉冲的非相参融合后对检测性能影响的对比图。图14的仿真结果表明，MSK-LFM信号经过非相参融合处理，其检测性能也可以明显地提升，且使用的脉冲越多，检测性能提升越多。
可见，本发明实施例在满足通信效率和雷达目标探测的情况下，将一体化波形的多个回波进行相参融合处理或者非相参融合处理，能够在保证正确识别电磁时空标识的前提下，改善目标检测性能，验证了一体化波形在雷达领域的适用性。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于电磁时空标识的雷达目标检测系统，该系统包括：
发射端雷达，用于基于自身的工作参数确定电磁时空标识，并将电磁时空标识依据收发双方预先约定的编码规则进行编码，得到编码序列；基于编码序列和自身生成的线性调频信号，得到一体化波形的发射信号，并以脉冲形式发射。
接收端雷达，用于接收发射端雷达发出的发射信号到达目标后返回的脉冲回波信号，并将每个脉冲回波信号分为两路信号；对每个脉冲回波信号得到的两路信号之一进行通信信号处理，得到电磁时空标识；并对两路信号之另一进行雷达信号处理，得到该脉冲回波信号对应的、发射端雷达与目标的距离，作为目标检测结果；其中，接收端雷达为发射端雷达或其余己方雷达。
可选的，电磁时空标识包括工作参数；其中，工作参数包括：雷达序号、信号中心频率、信号带宽、信号时宽和脉冲重复频率。
可选的，电磁时空标识，还包括：备用信息。
可选的，将电磁时空标识依据收发双方预先约定的编码规则进行编码，包括：
将雷达序号的数值，按照十进制转为二进制的规则，得到第一预设位数的二进制序列；
将所述信号中心频率减去信号中心频率范围下限值所得到的差值，保留三位小数后乘以1000，并将得到的整数，利用十进制转为二进制的规则，得到第二预设位数的二进制序列；
将信号带宽的数值，按照十进制转为二进制的规则，得到第三预设位数的二进制序列；
将信号时宽的数值，按照十进制转为二进制的规则，得到第四预设位数的二进制序列；
将所述脉冲重复频率的数值保留一位小数后乘以10，并将得到的整数，利用十进制转为二进制的规则，得到第五预设位数的二进制序列；
将备用信息依据收发双方预先约定的编码规则，编码为第六预设位数的二进制序列；
其中，第一预设位数至第六预设位数的总和小于或等于预设数值。
可选的，基于编码序列和自身生成的线性调频信号，得到一体化波形的发射信号，包括：
对编码序列进行数字信号调制，得到调制后信号；
将调制后信号与线性调频信号结合，得到一体化波形的发射信号。
可选的，数字信号调制的方式，包括：
最小频移键控MSK、二进制相移键控BPSK、正交相移键控QPSK和差分相移键控DPSK。
可选的，通信信号处理，包括：
混频、低通滤波、积分计算、抽样判决和原始码恢复；
雷达信号处理，包括：
数字波束形成、混频、低通滤波和脉冲压缩。
可选的，在接收端雷达接收到发射信号到达目标后返回的多个脉冲回波信号之后，接收端雷达还用于：
基于所述多个脉冲回波信号，进行相参融合或者非相参融合处理，得到融合后目标检测结果，作为最终的目标检测结果。
关于具体内容请参见第一方面的基于电磁时空标识的雷达目标检测方法部分，在此不做赘述。
本发明实施例所提供的方案中，发射端雷达和接收端雷达构成基于电磁时空标识的雷达目标检测系统，该雷达目标检测系统将雷达系统与通信系统相结合，由发射端雷达基于电磁时空标识设计出雷达通信一体化波形的发射信号，由于发射信号中加载有表示通信内容的电磁时空标识，通过利用雷达波形的大功率发射，能够提高通信传输的有效距离，及时可靠的将通信内容传输到接收端雷达，使收发双方在进行雷达目标探测的同时，也能够利用电磁时空标识实时进行通信数据传输。同时，该系统将雷达系统与通信系统相结合能够有效减少系统的软硬件成本。并且，由于电磁时空标识基于发射端雷达自身的工作参数确定，接收端雷达利用电磁时空标识能够在复杂电磁环境中高效、准确地感知识别己方的电磁信号，从而能够实现敌我识别。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于电磁时空标识的雷达目标检测方法，其特征在于，包括：
雷达基于自身的工作参数确定电磁时空标识，并将所述电磁时空标识依据收发双方预先约定的编码规则进行编码，得到编码序列；
基于所述编码序列和自身生成的线性调频信号，得到一体化波形的发射信号，并以脉冲形式发射；
雷达接收所述发射信号到达目标后返回的一个脉冲回波信号，并将所述脉冲回波信号分为两路信号；
对所述两路信号之一进行通信信号处理，得到所述电磁时空标识；并对所述两路信号之另一进行雷达信号处理，得到发出所述发射信号的雷达与所述目标的距离，作为目标检测结果。
2.根据权利要求1所述的基于电磁时空标识的雷达目标检测方法，其特征在于，接收所述脉冲回波信号的雷达为发出所述发射信号的雷达或其余己方雷达。
3.根据权利要求1或2所述的基于电磁时空标识的雷达目标检测方法，其特征在于，所述电磁时空标识包括所述工作参数；其中，所述工作参数包括：雷达序号、信号中心频率、信号带宽、信号时宽和脉冲重复频率。
4.根据权利要求3所述的基于电磁时空标识的雷达目标检测方法，其特征在于，所述电磁时空标识，还包括：备用信息。
5.根据权利要求4所述的基于电磁时空标识的雷达目标检测方法，其特征在于，所述将所述电磁时空标识依据收发双方预先约定的编码规则进行编码，包括：
将所述雷达序号的数值，按照十进制转为二进制的规则，得到第一预设位数的二进制序列；
将所述信号中心频率减去信号中心频率范围下限值所得到的差值，保留三位小数后乘以1000，并将得到的整数，利用十进制转为二进制的规则，得到第二预设位数的二进制序列；
将所述信号带宽的数值，按照十进制转为二进制的规则，得到第三预设位数的二进制序列；
将所述信号时宽的数值，按照十进制转为二进制的规则，得到第四预设位数的二进制序列；
将所述脉冲重复频率的数值保留一位小数后乘以10，并将得到的整数，利用十进制转为二进制的规则，得到第五预设位数的二进制序列；
将所述备用信息依据收发双方预先约定的编码规则，编码为第六预设位数的二进制序列；
其中，所述第一预设位数至所述第六预设位数的总和小于或等于预设数值。
6.根据权利要求1或5所述的基于电磁时空标识的雷达目标检测方法，其特征在于，所述基于所述编码序列和自身生成的线性调频信号，得到一体化波形的发射信号，包括：
对所述编码序列进行数字信号调制，得到调制后信号；
将所述调制后信号与所述线性调频信号结合，得到一体化波形的发射信号。
7.根据权利要求6所述的基于电磁时空标识的雷达目标检测方法，其特征在于，所述数字信号调制的方式，包括：
最小频移键控MSK、二进制相移键控BPSK、正交相移键控QPSK和差分相移键控DPSK。
8.根据权利要求1或2所述的基于电磁时空标识的雷达目标检测方法，其特征在于，所述通信信号处理，包括：
混频、低通滤波、积分计算、抽样判决和原始码恢复；
所述雷达信号处理，包括：
数字波束形成、混频、低通滤波和脉冲压缩。
9.根据权利要求1或2所述的基于电磁时空标识的雷达目标检测方法，其特征在于，在雷达接收到所述发射信号到达目标后返回的多个脉冲回波信号之后，所述方法还包括：
接收所述脉冲回波信号的雷达，基于所述多个脉冲回波信号，进行相参融合或者非相参融合处理，得到融合后目标检测结果，作为最终的目标检测结果。
10.一种基于电磁时空标识的雷达目标检测系统，其特征在于，包括：
发射端雷达，用于基于自身的工作参数确定电磁时空标识，并将所述电磁时空标识依据收发双方预先约定的编码规则进行编码，得到编码序列；基于所述编码序列和自身生成的线性调频信号，得到一体化波形的发射信号，并以脉冲形式发射；
接收端雷达，用于接收所述发射端雷达发出的发射信号到达目标后返回的脉冲回波信号，并将每个脉冲回波信号分为两路信号；对所述每个脉冲回波信号得到的所述两路信号之一进行通信信号处理，得到所述电磁时空标识；并对所述两路信号之另一进行雷达信号处理，得到该脉冲回波信号对应的、所述发射端雷达与所述目标的距离，作为目标检测结果；其中，所述接收端雷达为所述发射端雷达或其余己方雷达。
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