CN115766361A - 用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法及相关装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法及相关装置,通过获取原始前导信息序列对原始前导信息序列进行二重差分运算；获取信息序列并进行相位调制生成目标信息序列；对目标信息序列进行逆离散傅里叶变换生成正相位序列；对目标信息序列进行相位取反后进行逆离散傅里叶变换生成反相位序列；对正相位序列和反相位序列进行时间方向上的拼接以生成前导序列；前导序列中包含按照巴克码正负比特方式对应排列的正相位符号和反相位符号，使接收端在每个相位符号(正或负)以及整个按巴克码排列的符号上完成两次脉冲压缩，实现分块滑动窗处理的雷达通信一体化信号结构，有效降低系统处理的复杂度，且提高雷达目标检测精度。
Description
技术领域
本申请涉及雷达领域，尤其是涉及一种用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法及相关装置。
背景技术
随着自动驾驶以及智能制造中无人运输车辆的普及，数据传输以及设备定位的需求在这些场景下日益凸显，原有的技术方式是为设备同时配备无线通信功能和测距雷达，然而为进一步降低体积以及成本开销，可以让通信系统和雷达系统使用同一条射频链路，实现雷达通信一体化的数据通信与位置感知。目前雷达通信一体化有多种实现形式，最简单的是雷达系统和通信系统分时使用系统硬件，该方法实现较为简单，但是却降低了雷达搜索的频率以及无线通信的数据速率，对两个系统都造成了不利影响。最佳方案是将雷达信号和通信信号进行融合设计，在收发同一信号的过程中从信号处理的角度分别获取通信和雷达所需的信息。实现深度融合的雷达通信一体化系统，需要对系统所使用的信号结构进行特殊设计，使之尽量同时符合雷达与通信系统的需求，常见的作法是在通信信号的基础上增加用于雷达探测的部分，或者直接设计特殊信号结构使之可以复用。对于通信系统来说，信号结构中一般包含前导序列(用于完成参数估计)和有效数据两大部分。无线通信的有效数据需要得到保护，难以实现和雷达信号的复用，因此重点考虑在前导序列部分融合雷达处理的需求来设计信号结构实现雷达通信一体化。无线通信链路的建立一般需要完成信号检测、自动增益控制(AGC)、频率同步、时间同步、信道估计等过程，这些过程一般都使用收发两端都已知的前导序列来完成，而雷达测距以及测角处理过程主要是信号相关操作，因此考虑在通信系统的前导序列中加入用于雷达测距的信号段，或利用通信信号的前导序列进行特殊的信号处理，完成信号延迟信息的提取，以完成测距的功能。同时，通过在多个天线上进行联合接收，实现测角的功能，从而实现雷达的需求。目前常见的雷达通信一体化系统处理过程，往往都需要使用逐个采样点滑动相关的方法，如果希望获取高分辨率的雷达测距信息以及高的通信数据速率，那么系统的采样率是非常高的，导致逐采样点滑动相关的检测方式具有巨大的运算量，对于系统算力的需求是非常高的，高运算量以及处理器的高频率带来功耗、散热等多方面成本的提高，不利于一些小型设备中的雷达通信一体化系统应用。
因此，需要研发一种能够实现分块滑动窗处理的雷达通信一体化信号结构，有效降低系统处理的复杂度。
发明内容
为了分块滑动窗处理的雷达通信一体化信号结构，有效降低系统处理的复杂度，本申请提供一种用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法及相关装置。
第一方面，本申请提供的一种用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法采用如下的技术方案：
一种用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法，包括：
获取原始前导信息序列并对所述原始前导信息序列进行二重差分运算；
获取二重差分后的信息序列并对所述信息序列进行相位调制以生成目标信息序列；
对所述目标信息序列进行逆离散傅里叶变换生成正相位序列；
对所述目标信息序列进行相位取反后再进行逆离散傅里叶变换以生成反相位序列；
对所述正相位序列和所述反相位序列进行时间方向上的拼接以生成前导序列。
可选的，所述前导序列包括若干个正相位前导符号和若干个反向位前导符号，其中所述正相位前导符号和所述反向位前导符号的排列方式符合巴克码的分布方式，或至少包含一个完整的巴克码.
可选的，所述对所述正相位序列和所述反相位序列进行时间方向上的拼接以生成前导序列的步骤之后，还包括：
在接收到数据流之后，对所述数据流进行滑动窗分块处理以检测信号的有无；
若检测到有信号，对所述信号进行计算以完成通信处理所需的自动增益控制；
对完成自动增益控制后的信号进行通信处理所需的频偏估计与矫正；
对完成频偏估计与矫正后的信号进行反相位符号检测，检测方法为“频域相关+时域变换”，根据门限搜索相关峰位置并反馈给雷达处理，从而确定信号发送时间基准并进而确定目标的距离。
可选的，所述在接收到数据流之后，对所述数据流进行滑动窗分块处理以检测信号的有无的步骤，包括：
每一滑动窗内进行离散傅里叶变换输出进行二重差分解调；
解调后的信息序列与原始序列进行比较并对相位误差进行累加得到累积相位误差并且和预设的门限进行比较，以完成对信号有无的检测.
可选的，所述在接收到数据流之后，对所述数据流进行滑动窗分块处理以检测信号的有无的步骤之前，还包括：
设置两个数值，包括为低门限和高门限；
通过对滑动窗内的信号进行二重相位差分解调，并对解调后的输出与原始序列进行比较并进行相位误差累积，累积值低于低门限即认为检测到有效信号。
可选的，所述通过对滑动窗内的信号进行二重相位差分解调，并对解调后的输出与原始序列进行比较并进行相位误差累积，累积值低于低门限即认为检测到有效信号的步骤之后还包括：
对滑动窗内信号进行二重差分解调并与原始序列进行比较并进行相位误差累积，累计值高于高门限即认为检测到了反相位符号。
可选的，所述对所述正相位序列和所述反相位序列进行时间方向上的拼接以生成前导序列的步骤之后，还包括：
通过反相位符号检测窗确定定时位置；
从所述定时位置出发，对存在有效信号的部分进行回溯并执行第一次脉冲压缩处理，得到第一脉冲；
对所述第一脉冲进行第二次脉冲压缩处理以获取目标定时信息。
第二方面，本申请提供一种用于雷达通信一体化设备的前导序列处理装置，所述用于雷达通信一体化设备的前导序列处理装置包括：
信息获取模块，用于获取原始前导信息序列并对所述原始前导信息序列进行二重差分运算；
序列生成模块，用于获取二重差分后的信息序列并对所述信息序列进行相位调制以生成目标信息序列；
正相位序列模块，用于对所述目标信息序列进行逆离散傅里叶变换生成正相位序列；
反相位序列模块，用于对所述目标信息序列进行相位取反后再进行逆离散傅里叶变换以生成反相位序列；
前导序列生成模块，用于对所述正相位序列和所述反相位序列进行时间方向上的拼接以生成前导序列。
第三方面，本申请提供一种计算机设备，所述设备包括：存储器、处理器，所述处理器在运行所述存储器存储的计算机指令时，执行如上文中任一项所述的方法。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如上文所述的方法。
综上描述，本申请包括以下有益技术效果：
本申请通过获取原始前导信息序列并对所述原始前导信息序列进行二重差分运算；获取二重差分后的信息序列并对所述信息序列进行相位调制以生成目标信息序列；对所述目标信息序列进行逆离散傅里叶变换生成正相位序列；对所述目标信息序列进行相位取反后再进行逆离散傅里叶变换以生成反相位序列；对所述正相位序列和所述反相位序列进行时间方向上的拼接以生成前导序列；实现分块滑动窗处理的雷达通信一体化信号结构，有效降低系统处理的复杂度。
附图说明
图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的计算机设备结构示意图；
图2是本发明用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法第一实施例的流程示意图；
图3是本发明用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法第一实施例的前导序列结构示意图；
图4是本发明用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法第一实施例的雷达通信一体化前导序列接收端初始检测部分的处理流程图；
图5是本发明用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法第一实施例的雷达通信一体化前导序列雷达处理机部分处理流程图；
图6是本发明用于雷达通信一体化设备的前导序列处理装置第一实施例的结构框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的计算机设备结构示意图。
如图1所示，计算机设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(Wireless-Fidelity，Wi-Fi)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)，也可以是稳定的非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对计算机设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及用于雷达通信一体化设备的前导序列处理程序。
在图1所示的计算机设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明计算机设备中的处理器1001、存储器1005可以设置计算机设备中，所述计算机设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的用于雷达通信一体化设备的前导序列处理程序，并执行本发明实施例提供的用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法。
本发明实施例提供了一种用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法，参照图2，图2为本发明用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法第一实施例的流程示意图。
本实施例中，所述用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法包括以下步骤：
步骤S10：获取原始前导信息序列并对原始前导信息序列进行二重差分运算。
需要说明的是，本实施例涉及一种适用于雷达通信一体化设备的前导字结构及其处理方法，其核心思想在于设计特定的无线信号帧前导序列数据以及前导序列结构，使得结合特定处理方法后，可以在接收端在对接收到的前导序列进行处理时，同时提取到通信接收所需的信息以及雷达测距测角所需的信息。所述位于信号帧帧头部分的前导序列是通信双方均已知的，这一点是通信系统自身特性所支持的。根据系统参数(带宽)确定一组原始信息序列，原始信息序列可以为四进制或者八进制，通过随机搜索产生，搜索的准则是使得信息序列做完逆离散傅里叶变换后具有较小的峰均功率比，以适应发送端功放的非线性特性。
可以理解的是，发送端对搜索后的原始信息序列进行二重差分，差分操作是将序列中的元素与差分前一元素进行相加后再求模(以信息序列的进制数为模)，完成第一重差分后再以相同的操作进行第二重差分。通过二重差分，可以分别降低系统固有频偏以及后续傅里叶变换窗位置的随机性带来的相位漂移。完成二重差分后的序列根据其进制数完成相应的相位调制，如四进制符号使用QPSK调制，八进制符号使用8PSK调制。相位调制后的前导信息序列使用逆傅里叶变换(IDFT)，将信号变换到时间域，每一个前导信息序列做IDFT的结果为一个前导符号。同时，为了使用滑动窗结构来实现信号的有效检测，需要在信号结构中设计具有可检测的边界特征，因此对原始信息进行取反后同样进行二重差分、相位调制和逆傅里叶变换，此时形成的符号称为反相位符号，于此相对的，前面所描述的前导符号称为正相位符号。整个前导序列由正相位符号和反相位符号在时间方向上拼接而成。前导序列的排列组合方式有很多种，最简单的方式是前一部分为正相位序列，后一部分为反相位符号，一般来说正相位符号多于反相位符号。由于正反相符号对应的原始信息序列相位是相反的，因此每个正相位符号和反相位符号连接的边界都成为了具有可提取特征的位置。
在具体实施中，前导序列结构具有二重差分编码、IDFT变换生成信号以及内在的分块结构，这种结构设计使得接收端可以采取滑动窗的处理方式，每个滑动窗处理完成后可以跳过整个滑动窗的长度到下一个窗口位置而不是逐个采样点进行滑动处理，降低了处理的速率要求，有助于降低芯片主频及功耗。
在具体实施中，如图3所示的前导序列结构下，接收机可以从任意位置开始进行滑动窗处理，接收端处理包含以下步骤：
步骤一：对滑动窗内的数据进行离散傅里叶变换(DFT)，对变换后的结果进行二次差分处理，差分处理的具体方法是将序列的后一个符号与前一个符号进行共轭相乘，将该差分处理过程连续执行两次得到二重差分译码序列；
步骤二：将二重差分译码序列与原始信息序列进行比较并对相位误差进行累加，如果处理窗内无有效信号，那么误差累加值将处于较高的位置，大于预设的低门限值，认为本处理窗内无有效信号，跳到下一个处理窗执行步骤一；如果处理窗内包含有效信号，那么这个相位误差累积值将低于低门限，此时认为有有效信号到来，可以使用有效信号进行通信处理部分的接收信号强度估计以及自动增益控制；
步骤三：确认有效信号到来后，因为前导序列中重复结构的存在，因此连续的处理窗内的信号也是重复的，和原始前导字只是循环移位的关系，该循环移位关系经过DFT变换后变成附加的相位旋转量，该旋转量刚好可以用差分编码的方式消除。接收窗口内的重复结构可以提供给通信处理机部分完成频偏估计；
步骤四：通信处理机部分在完成频偏估计等操作的同时继续进行滑动窗搜索，此时由于信号流还处于正相位符号处，二重差分译码后的累积相位误差持续保持在低门限以下，当处理窗滑动到反相位符号时，二重差分译码后的累积相位误差就会出现一个高值，当相位累积误差高于预设的高门限时，则滑动窗处于反相位符号处，此时即可判断当前处理窗在整个信号中所处的位置是第一个反相位符号的位置；
步骤五：对于相位累积误差高于高门限而确定的第一个反相位符号，由于已经对该滑动窗内的数据完成了离散傅里叶变换，得到了滑动窗内数据的频域变换值，因此可以很方便的执行频域相关操作，即将接收频域序列与发送端原始信息序列相乘，然后再执行逆离散傅里叶变换(IDFT)，此时IDFT的结果会出现一个尖锐的峰值，搜索此峰值即可得到由于信号传播延迟带来的时间差，该时间差表明了通信接收机的同步位置，同时也可以作为雷达处理机的第一层时间基准，用来粗略估计目标的距离；
步骤六：在系统有运算余量的情况下，可以回溯或者向后继续对滑动窗内的前导信号进行脉冲压缩处理，每一个正相位符号和反相位符号都会产生一个相关峰值，因此可以得到多个尖锐的峰值，依据巴克码的特性对这些峰值进行二次脉冲压缩，可以将多个处理窗形成的峰值融合形成一个更加尖锐的峰值，进而可以得到更加精准的第二层时间基准，进一步提高了雷达处理机回波目标探测的精确度。
从本实施例的前导序列结构出发，前述的处理方法还可以有以下扩展：
在处理能力允许的情况下，初始搜索阶段的滑动窗的滑动距离可以设置为1/2、1/4或1/6窗口长度等，由于发送端二重差分编码的引入，滑动距离的改变并不影响接收端的处理，通过缩短滑动距离可以实现信号的快速检测，可以加快捕获过程；
如图4所示的雷达通信一体化前导序列接收端初始检测部分的处理流程，在接收端使用多个天线，使用多个天线独立处理的结果进行时间延迟估计，并且可以使用多天线阵列下不同天线之间的接收相位差进行方向估计，进而得到目标的方位信息。
步骤S20：获取二重差分后的信息序列并对信息序列进行相位调制以生成目标信息序列。
步骤S30：对目标信息序列进行逆离散傅里叶变换生成正相位序列。
需要说明的是，对前导序列对应的信息序列使用二重差分和相位调制，以及使用了正相位符号和对信息序列取反后再二重差分并相位调制形成的反相位符号，整个前导序列由正相位符号和反相位符号构成。
可以理解的是，前导序列的组成包含正相位符号和反相位符号，反相位符号位于正相位符号之后，具体构成数量可以根据系统能够承受开销进行设置，数量越多，系统开销越大，然而通信系统以及雷达系统参数估计精度越高。
步骤S40：对目标信息序列进行相位取反后再进行逆离散傅里叶变换以生成反相位序列。
可以理解的是，接收端可以采用滑动窗的处理方式，在每个窗口内使用快速傅里叶变换的方法实现快速检测，采用滑动窗处理方式的好处是相比于逐个采样点处理可以大大降低接收端的处理复杂度。
在具体实施过程中，第一步是生成正反相位的前导符号，首先选定一组信息序列，在具体实施中，该信息序列可以为四进制或者八进制；序列长度与系统参数(如采样率、带宽等)相匹配，小于等于后续离散傅里叶变换的点数即可，实施过程中可适当选择，常用的离散傅里叶变换点数为2的n次幂。在实施例中用于生成前导的信息序列可从以下原则出发进行随机搜索获得：具有随机特性；经过逆离散傅里叶变换(IDFT)后的结果具有较低的峰均功率比；优选出的信息序列进行第一重差分编码，假设原始信息序列为an，第一重差分编码后的输出序列为bn，那么第一重差分编码过程表述为：
bn+1＝(an+1+bn)mod K
其中K为原始信息序列的进制数。第二重差分编码与第一重操作相同，设第二重差分编码为cn，那么
cn+1＝(bn+1+cn)mod K
然后对完成二重差分编码的信息序列进行相位调制。四进制信息序列可使用QPSK调制，八进制信息序列可使用8PSK调制。此为数字通信系统一般性操作。调制后的序列经过逆离散傅里叶变换变换即可得到一组时域信号，称为正相位符号。反相位符号则是将原始信息序列取反(按进制数求模)后再进行二重差分和逆傅里叶变换。
离散傅里叶变换的实施方式是：
如果二重差分编码后的信号长度是2的整数次幂，则直接使用逆离散傅里叶变换的快速算法进行实现；
如果二重差分编码后的信号长度不是2的整数次幂，那么可以采用中间补零的方式，补足到2的整数次幂从而使用快速算法。
得到正相位符号和反相位符号后，根据一定的规则对他们进行排列，排列方式可以根据系统采样率以及效率要求等参数确定。排列的基本原则是：
前部多个正相位符号，用于完成通信接收机的信号检测、自动增益控制、频偏估计与调整；
后续符号优选使用雷达处理中常用的巴克码序列，例如长度为7的巴克码序列为“+++--+-”，那么一种排列方式即为前导序列的后端分别为“正正正反反正反”相位符号，前面还可以增加正相位符号供信号检测等环节使用，不影响符号定位后对巴克码序列的检测。
其中，巴克码的选择有多种形式，可以选择长度为7、11、13的巴克码。根据系统处理能力和检测性能要求来确定。巴克码前增加的正相位符号的个数满足信号检测、自动增益计算、频偏估计以及相应的参数反馈后电路调整时间即可。
需要说明的是，由于本实施例前导序列采用的特殊构成方式，接收机部分可采用滑动窗的处理结构，窗口的长度与一个正反相位符号的长度相同，也即等于发射机生成正反相位符号时的逆离散傅里叶变换长度。
接收机处理过程可以分为“搜索-捕获-频偏估计与同步-时间估计与同步-第一次脉冲压缩-第二次脉冲压缩”的状态转移过程。
在具体实施中，搜索阶段的处理流程为：
在处理窗内进行离散傅里叶变换，对变换后的数据进行二重相位差分处理，相位差分处理的实现方式是序列中的元素与前一元素进行共轭相乘，每一重相位差分处理的方式相同。完成二重相位差分后进行符号解映射，解映射规则与发射机生成正反相位符号时相同，通常可选择QPSK或者8PSK。
二重差分译码后的结果与原始信息序列进行求差值，并将差值的绝对值进行累加求和，形成相位累积误差值。该相位累积误差值与预设的门限进行比较，该门限称为低门限，高于该门限则认为无有效信号，低于该门限则初步判定为处理窗内存在有效信号。
需要说明的是，低门限选择的实现方式有：
实现方式一：按照信号接收强度设定一定的比例，例如10％信号强度，可以更好的匹配信号质量；
实现方式二：根据确定一定的丢帧率标准来进行计算机仿真获取，可以更好的匹配信道环境。
为提高判断当前有有效信号到来的可靠性，可以采用如下的处理方式：在处理能力允许的情况下，每次移动1/4滑动窗，对滑动窗内的信号进行二次差分解调并计算累积相位误差，然后再次移动1/4滑动窗进行相同的处理，如果连续4次滑动窗内的信号累积相位误差都低于低门限值，则认为检测到了有效信号的到来，即发射机发射了有效信号。在处理能力允许的情况下，也可以选择滑动1/6窗或者1/8窗已实现快速检测。
检测到有效信号后，通信接收机可以利用已知的信号结构完成通信处理中的必要处理过程，优选地，首先完成自动增益控制(AGC)，其次完成频偏估计与校正、最后完成定时估计。
可以理解的是，自动增益控制的实施方式有：
实施方式一：根据信号接收采样值直接计算信号平均功率，与参考功率比较确定增益调整量；
实施方式二：根据信号接收后经过离散傅里叶变换后有效频谱范围内的信号进行平均功率计算，与参考功率比较确定增益调整量，改方法可消除部分噪声的影响。
自动增益控制过程确定增益调整量并调整完毕后，根据接收信号完成频偏估计，频偏估计可采用典型的基于信号重复结构的估计方法，并根据估计结果完成后续信号的频偏矫正，矫正过程的实施方式有：
实施方式一：将估计出的频偏值反馈到接收机前端本振直接进行频率调整；
实施方式二：增加在接收机中增加数字变频单元，直接调整接收信号的频率；
实施方式三：将估计出的频偏值根据采样间隔换算成相位偏移，补偿到后续采样点上；
完成频偏矫正后的数据按照处理窗口长度向后进行滑动搜索，每个滑动窗口内都执行二次差分译码以及相位误差累积，当滑动窗滑动到反相位符号时，此时由于采用反相编码，因此相位累积误差值会比纯噪声时的了累积误差值还要高，与事先设定的高门限进行比较即可确认检测到了前导序列中的第一组反相位符号，根据前导序列的结构即可判定当前的处理窗在序列中的大致位置。
前一步骤可以确认处理窗的位置，但是仍需要确认采样点级别的位置才能完成通信处理机所需的定时，实施方式有：
实施方式一：当前处理窗内的信号与标准的前导符号(正相位符号)进行循环相关，即与前导符号的循环移位进行相关操作，相关结果求绝对值，其峰值位置即为窗口内的定时位置；
实施方式二：由于此时已有处理窗内信号的离散傅里叶变换结果，可使用频域相关的方法，即窗口内信号的离散傅里叶变换结果与正相位符号的离散傅里叶变换结果相乘，对乘积再求逆傅里叶变换，对其结果求绝对值并搜索相关峰，即可得到窗口内的定时位置。
对上面所得到的窗口内的定时位置，再结合前导序列的结构，即可判定整个帧信号的定时位置，从而截取后续有效信号送往后续通信处理机部分。
雷达处理机部分进行第一次脉冲压缩处理：根据上一步定时位置的结果，对整个前导序列部分的接收信号进行回溯，并进行匹配滤波操作，匹配滤波器系数为正相位符号，其实施方式为：
实施方式一：采用时域卷积的方式，前导序列部分的接收信号经过系数为正相位符号的匹配滤波器；
实施方式二：采用频域卷积的方式，前导序列部分的接收信号进行傅里叶变换，与正相位符号的傅里叶变换进行相乘后再进行逆傅里叶变换；
第一次脉冲压缩的输出为按照发射机选择的巴克码方式排列的一系列正负脉冲序列，此时对该信号进行第二次脉冲压缩，即对整个按照巴克码方式排列的脉冲序列进行一次匹配滤波，匹配滤波器系数为选定的巴克码序列经过频域相关后的输出。其实施方式为：
实施方式一：采用时域卷积的方式，前导序列部分的接收信号经过系数为前导序列中全巴克码序列频域相关后的匹配滤波器；
实施方式二：采用频域卷积的方式，前导序列部分的接收信号进行傅里叶变换，与前导序列中全巴克码序列部分频域相关后的傅里叶变换进行相乘后再进行逆傅里叶变换。
步骤S50：对正相位序列和反相位序列进行时间方向上的拼接以生成前导序列。
可以理解的是，根据反相位符号检测窗的前一窗内的信号与发送序列进行相乘并进行逆离散傅里叶变换得到时域信号，该时域信号会包含一个尖锐的峰值，搜索该峰值即为定时位置，该定时位置提供给通信处理机完成解调的需求。
需要说明的是，雷达通信一体化前导序列雷达处理机部分处理流程如图5所示，由于前导序列的中将正反相位符号按照巴克码形式进行排列，因此按照巴克码的分布方式对第一次脉冲压缩的结果进行第二次脉冲压缩处理，可以获取雷达处理所需的高精度的定时信息。
在具体实施中，所述对所述正相位序列和所述反相位序列进行时间方向上的拼接以生成前导序列的步骤之后，还包括：通过反相位符号检测窗确定定时位置；从所述定时位置出发，对存在有效信号的部分进行回溯并执行第一次脉冲压缩处理，得到第一脉冲；对所述第一脉冲进行第二次脉冲压缩处理以获取目标定时信息。
本实施例通过获取原始前导信息序列并对所述原始前导信息序列进行二重差分运算；获取二重差分后的信息序列并对所述信息序列进行相位调制以生成目标信息序列；对所述目标信息序列进行逆离散傅里叶变换生成正相位序列；对所述目标信息序列进行相位取反后再进行逆离散傅里叶变换以生成反相位序列；对所述正相位序列和所述反相位序列进行时间方向上的拼接以生成前导序列；实现分块滑动窗处理的雷达通信一体化信号结构，有效降低系统处理的复杂度。
此外，本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有用于雷达通信一体化设备的前导序列处理的程序，所述用于雷达通信一体化设备的前导序列处理的程序被处理器执行时实现如上文所述的用于雷达通信一体化设备的前导序列处理的方法的步骤。
参照图6，图6为本发明用于雷达通信一体化设备的前导序列处理装置第一实施例的结构框图。
如图6所示，本发明实施例提出的用于雷达通信一体化设备的前导序列处理装置包括：
信息获取模块10，用于获取原始前导信息序列并对所述原始前导信息序列进行二重差分运算；
序列生成模块20，用于获取二重差分后的信息序列并对所述信息序列进行相位调制以生成目标信息序列；
正相位序列模块30，用于对所述目标信息序列进行逆离散傅里叶变换生成正相位序列；
反相位序列模块40，用于对所述目标信息序列进行相位取反后再进行逆离散傅里叶变换以生成反相位序列；
前导序列生成模块50，用于对所述正相位序列和所述反相位序列进行时间方向上的拼接以生成前导序列。
应当理解的是，以上仅为举例说明，对本发明的技术方案并不构成任何限定，在具体应用中，本领域的技术人员可以根据需要进行设置，本发明对此不做限制。
本实施例通过获取原始前导信息序列并对所述原始前导信息序列进行二重差分运算；获取二重差分后的信息序列并对所述信息序列进行相位调制以生成目标信息序列；对所述目标信息序列进行逆离散傅里叶变换生成正相位序列；对所述目标信息序列进行相位取反后再进行逆离散傅里叶变换以生成反相位序列；对所述正相位序列和所述反相位序列进行时间方向上的拼接以生成前导序列；实现分块滑动窗处理的雷达通信一体化信号结构，有效降低系统处理的复杂度。
在一实施例中，所述信息获取模块10，还用于所述前导序列包括若干个正相位前导符号和若干个反向位前导符号，其中所述正相位前导符号和所述反向位前导符号的排列方式符合巴克码的分布方式，或至少包含一个完整的巴克码。
在一实施例中，所述前导序列生成模块50，还用于在接收到数据流之后，对所述数据流进行滑动窗分块处理以检测信号的有无；若检测到有信号，对所述信号进行计算以完成通信处理所需的自动增益控制；对完成自动增益控制后的信号进行通信处理所需的频偏估计与矫正；对完成频偏估计与矫正后的信号进行反相位符号检测，检测方法为“频域相关+时域变换”，根据门限搜索相关峰位置并反馈给雷达处理，从而确定信号发送时间基准并进而确定目标的距离。
在一实施例中，所述前导序列生成模块50，还用于每一滑动窗内进行离散傅里叶变换输出进行二重差分解调；解调后的信息序列与原始序列进行比较并对相位误差进行累加得到累积相位误差并且和预设的门限进行比较，以完成对信号有无的检测。
在一实施例中，所述前导序列生成模块50，还用于设置两个数值，包括为低门限和高门限；通过对滑动窗内的信号进行二重相位差分解调，并对解调后的输出与原始序列进行比较并进行相位误差累积，累积值低于低门限即认为检测到有效信号。
在一实施例中，所述前导序列生成模块50，还用于对滑动窗内信号进行二重差分解调并与原始序列进行比较并进行相位误差累积，累计值高于高门限即认为检测到了反相位符号。
在一实施例中，所述前导序列生成模块50，还用于通过反相位符号检测窗确定定时位置；从所述定时位置出发，对存在有效信号的部分进行回溯并执行第一次脉冲压缩处理，得到第一脉冲；对所述第一脉冲进行第二次脉冲压缩处理以获取目标定时信息。
需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。
另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的用于雷达通信一体化设备的前导序列处理的方法，此处不再赘述。
此外，需要说明的是，在本文中，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、物品或者系统不仅包括那些要素，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、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器(Read Only Memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法，其特征在于，包括：
获取原始前导信息序列并对所述原始前导信息序列进行二重差分运算；
获取二重差分后的信息序列并对所述信息序列进行相位调制以生成目标信息序列；
对所述目标信息序列进行逆离散傅里叶变换生成正相位序列；
对所述目标信息序列进行相位取反后再进行逆离散傅里叶变换以生成反相位序列；
对所述正相位序列和所述反相位序列进行时间方向上的拼接以生成前导序列。
2.根据权利要求1所述的用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法，其特征在于，所述前导序列包括若干个正相位前导符号和若干个反向位前导符号，其中所述正相位前导符号和所述反向位前导符号的排列方式符合巴克码的分布方式，或至少包含一个完整的巴克码.
3.根据权利要求1所述的用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法，其特征在于，所述对所述正相位序列和所述反相位序列进行时间方向上的拼接以生成前导序列的步骤之后，还包括：
在接收到数据流之后，对所述数据流进行滑动窗分块处理以检测信号的有无；
若检测到有信号，对所述信号进行计算以完成通信处理所需的自动增益控制；
对完成自动增益控制后的信号进行通信处理所需的频偏估计与矫正；
对完成频偏估计与矫正后的信号进行反相位符号检测，检测方法为“频域相关+时域变换”，根据门限搜索相关峰位置并反馈给雷达处理，从而确定信号发送时间基准并进而确定目标的距离。
4.根据权利要求3所述的用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法，其特征在于，所述在接收到数据流之后，对所述数据流进行滑动窗分块处理以检测信号的有无的步骤，包括：
每一滑动窗内进行离散傅里叶变换输出进行二重差分解调；
解调后的信息序列与原始序列进行比较并对相位误差进行累加得到累积相位误差并且和预设的门限进行比较，以完成对信号有无的检测。
5.根据权利要求3所述的用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法，其特征在于，所述在接收到数据流之后，对所述数据流进行滑动窗分块处理以检测信号的有无的步骤之前，还包括：
设置两个数值，包括为低门限和高门限；
通过对滑动窗内的信号进行二重相位差分解调，并对解调后的输出与原始序列进行比较并进行相位误差累积，累积值低于低门限即认为检测到有效信号。
6.根据权利要求5所述的用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法，其特征在于，所述通过对滑动窗内的信号进行二重相位差分解调，并对解调后的输出与原始序列进行比较并进行相位误差累积，累积值低于低门限即认为检测到有效信号的步骤之后还包括：
对滑动窗内信号进行二重差分解调并与原始序列进行比较并进行相位误差累积，累计值高于高门限即认为检测到了反相位符号。
7.根据权利要求1所述的用于雷达通信一体化设备的前导序列处理方法，其特征在于，所述对所述正相位序列和所述反相位序列进行时间方向上的拼接以生成前导序列的步骤之后，还包括：
通过反相位符号检测窗确定定时位置；
从所述定时位置出发，对存在有效信号的部分进行回溯并执行第一次脉冲压缩处理，得到第一脉冲；
对所述第一脉冲进行第二次脉冲压缩处理以获取目标定时信息。
8.一种用于雷达通信一体化设备的前导序列处理装置，其特征在于，所述用于雷达通信一体化设备的前导序列处理装置包括：
信息获取模块，用于获取原始前导信息序列并对所述原始前导信息序列进行二重差分运算；
序列生成模块，用于获取二重差分后的信息序列并对所述信息序列进行相位调制以生成目标信息序列；
正相位序列模块，用于对所述目标信息序列进行逆离散傅里叶变换生成正相位序列；
反相位序列模块，用于对所述目标信息序列进行相位取反后再进行逆离散傅里叶变换以生成反相位序列；
前导序列生成模块，用于对所述正相位序列和所述反相位序列进行时间方向上的拼接以生成前导序列。
9.一种计算机设备，其特征在于，所述设备包括：存储器、处理器，所述处理器在运行所述存储器存储的计算机指令时，执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。
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