本發(fā)明屬于雷達技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于CE-OFDM(Constant Envelope Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，恒定包絡(luò)正交頻分復(fù)用)的雷達通信一體化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科技的不斷發(fā)展，為了滿足新電磁環(huán)境下的通信需求，同一平臺上安裝的電子設(shè)備逐漸增多，造成系統(tǒng)體積、能耗和重量增大，操作復(fù)雜，冗余加大，設(shè)備間的電磁干擾加重，系統(tǒng)性能下降等諸多問題。采用多功能綜合一體化電子系統(tǒng)是解決上述問題的有效途徑，提出了復(fù)用方式和信號共用方式，采用信號共用方式可實現(xiàn)雷達和通信共享系統(tǒng)資源。OFDM雷達是目前應(yīng)用比較廣泛的雷達,被視為雷達通信一體化中一項潛在的候選技術(shù)。傳統(tǒng)的使用OFDM雷達的一體化系統(tǒng)在具備高分辨探測與較快速通信優(yōu)點的同時，也存在問題，主要是實現(xiàn)高分辨距離和速度的測量需要的運算量極大，而且OFDM系統(tǒng)存在固有的PARR過高問題。

CE-OFDM系統(tǒng)的核心是峰值平均功率比恒定，將OFDM符號經(jīng)過一次相位調(diào)制之后，得到的信號功率幅度值恒定，然后在接收端進行相應(yīng)的相位解調(diào)就可恢復(fù)出發(fā)送的OFDM符號。CE-OFDM可以完美解決傳統(tǒng)OFDM系統(tǒng)固有的PAPR過高的問題，降低發(fā)射功率的需求，并且能提升在多徑環(huán)境下通信的性能。用一幀CE-OFDM符號替代脈沖雷達一個脈沖重復(fù)周期內(nèi)的發(fā)射脈沖，使用同一信號即可同時實現(xiàn)通信與雷達功能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的，就是針對上述問題，提出一種基于CE-OFDM的雷達通信一體化系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于CE-OFDM的雷達通信一體化系統(tǒng)，包括：

發(fā)射端：將數(shù)據(jù)信息調(diào)制為CE-OFDM信號，再將CE-OFDM信號進行脈沖調(diào)制獲得雷達發(fā)射信號，具體方法為：

a.設(shè)數(shù)據(jù)信息經(jīng)過QAM調(diào)制后的得到長度為L，方差為的符號模塊將共軛對稱補零后獲得其中是N_zp個0組成的行矢量，N＝2L+N_zp+2，此信號結(jié)構(gòu)能夠保證IFFT輸出為實數(shù)；

b.將步驟a中獲得的排列后進行IFFT變換，得到長度為N全實數(shù)的OFDM頻域信號模塊將乘上與L和相關(guān)的歸一化常數(shù)以保證其方差標準化為1，然后進行相位調(diào)制，并加上長度為N_cp的循環(huán)前綴，以避免碼間干擾，得到的CE-OFDM信號為如下公式1所示：

公式1中，A為信號幅度，h為調(diào)制指數(shù)；

c.將CE-OFDM信號進行脈沖調(diào)制，在一個脈沖重復(fù)周期T_r開始時，先發(fā)射N_s個CE-OFDM符號，即一幀CE-OFDM信號，剩下的時間作為間隔時間，即不發(fā)送信號；則，發(fā)射第p個脈沖中第n個有效CE-OFDM符號的信號形式可表示為如下公式2所示：

公式2中，T為有效OFDM持續(xù)時間，T_s為OFDM符號持續(xù)時間，T_r為脈沖重復(fù)周期，f_c為載波頻率，Δf為子載波間隔頻率，h為調(diào)制指數(shù)，n＝0,...,N_s-1，p＝0,...,N_p-1，

d.將步驟c中獲得的信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換和放大后，作為發(fā)射信號；

接收端：通過接收天線接收到步驟d中的發(fā)射信號后，將接收到的信號分別送到通信處理端和雷達處理端，分別進行通信信號的解調(diào)和雷達對目標的速度和距離信息的估計，具體方法為：

通信端口處理包括：

首先進行脈沖解調(diào)，將CE-OFDM符號幀從脈沖信號中提取出來，然后去循環(huán)前綴得到(下標r表示接受信號)，進行頻域均衡，之后進行相位解調(diào)得到再進行FFT變換將信號變回時域最后進行QAM解調(diào)，即得到bit數(shù)據(jù)；

雷達端口處理包括：

e.將接收到的回波信號進行脈沖壓縮處理，得到對目標距離的粗略估計設(shè)光速為c，目標的最大無模糊估計距離R_max＝cT_r/2，脈沖重復(fù)周期T_r一般為毫秒級，則對目標估計的最大無模糊距離為百公里級；

f.由于接收端發(fā)射波形已知，先將信號變換到頻域，再根據(jù)接收的發(fā)射信息，補償相位編碼，得到y(tǒng)(n,p)，為接收端第p個脈沖中第n個有效CE-OFDM符號的接收數(shù)據(jù)，則第n個CE-OFDM符號的回波數(shù)據(jù)相當(dāng)于陣列的一次快拍采樣；

g.將接收數(shù)據(jù)重新排列，將每個脈沖的第n個CE-OFDM符號的數(shù)據(jù)排成一排，得到y(tǒng)(n)，則接收到的數(shù)據(jù)類似于陣元數(shù)為N_c的均勻線陣接收到的N_s次快拍采樣數(shù)據(jù)；

h.由于不同目標間的相關(guān)性非常高，對y(n,p)與y(n)分別進行解相干處理；

i.最后將解相干處理之后的信號，采用MUSIC算法，利用陣列信號處理中的信號子空間類超分辨處理方法，實現(xiàn)對目標距離的估計和對目標速度v超分辨估計，然后使用模糊次數(shù)對目標距離估計進行最終計算，即為對目標距離的超分辨估計，其中為對目標距離的粗略估計，R_max為目標的最大無模糊估計距離，為對目標距離的估計，為對目標值下取整運算。

本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明是在傳統(tǒng)的OFDM通信雷達一體化方案上提出的一種基于CE-OFDM的可提高有效數(shù)據(jù)傳輸速率和解決OFDM信號PAPR過高問題的通過通信信息補償?shù)某直胬走_通信一體化方案。該方案是在傳統(tǒng)的OFDM雷達基礎(chǔ)上，發(fā)送端首先將待發(fā)送的數(shù)據(jù)通過QAM調(diào)制，IFFT變換和相位調(diào)制成為CE-OFDM符號幀，用一幀CE-OFDM符號替換一個脈沖重復(fù)周期內(nèi)的單個脈沖，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率，并且解決了發(fā)送信號PAPR過高的問題。在接收端，將接收波形脈沖解調(diào)之后，將信號進行CE-OFDM系統(tǒng)發(fā)射過程的逆過程，即可解調(diào)出數(shù)據(jù)；而由于發(fā)射波形已知，對接收的回波進行脈沖壓縮處理，通信信息補償后，可通過解相干處理和MUSIC算法，即可完成對目標的距離和速度的超分辨估計。CE-OFDM系統(tǒng)由于其固有的恒包絡(luò)性，具有克服PAPR過高問題的優(yōu)點，結(jié)合脈沖發(fā)射方式，和基于通信信息補償?shù)奶幚斫Y(jié)束，即可實現(xiàn)對目標距離和速度的超分辨估計和提高信息傳輸速率。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)OFDM雷達通信一體化方案發(fā)送端波形結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的基于CE-OFDM雷達通信一體化方案發(fā)送端波形結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明的基于CE-OFDM雷達通信一體化方案發(fā)送端結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明的基于CE-OFDM雷達通信一體化方案接收端結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明的目的是提出一種基于CE-OFDM的雷達發(fā)射方式的雷達通信一體化方案。傳統(tǒng)的使用OFDM雷達的一體化系統(tǒng)在具備高分辨探測與較快速通信優(yōu)點的同時，也存在問題，主要是實現(xiàn)高分辨距離和速度的測量需要的運算量極大，而且無法解決OFDM系統(tǒng)固有的PARR問題。而CE-OFDM系統(tǒng)的發(fā)射信號滿足PAPR＝0dB，完美解決了OFDM系統(tǒng)固有的PAPR過高問題，同時滿足了高速通信的需求。

傳統(tǒng)的OFDM雷達的一體化方案是在脈沖雷達(Pulse Radar)的基礎(chǔ)上改進而來，其發(fā)射信號結(jié)構(gòu)如圖1所示，即在一個脈沖重復(fù)周期內(nèi)，用一個OFDM符號替代原本的發(fā)射脈沖。本發(fā)明的發(fā)射信號結(jié)構(gòu)如圖2所示，在一個脈沖重復(fù)周期內(nèi)，每一個發(fā)射脈沖由多個子脈沖構(gòu)成，每個子脈沖是一個完整的CE-OFDM符號，即一個脈沖就由多個CE-OFDM符號構(gòu)成，這些CE-OFDM信號構(gòu)成1幀或1復(fù)幀。與傳統(tǒng)的OFDM雷達相比，在相同的信號帶寬下，通過將1個脈沖劃分為多個CE-OFDM符號的方式，提高了通信的數(shù)據(jù)率，同時更易于同步。

在本一體化方案中，設(shè)載波數(shù)為N_c，有效OFDM持續(xù)時間為T，載波間隔為Δf＝1/T，一個脈沖含有N_s個CE-OFDM符號，脈沖重復(fù)周期為T_r，載波頻率為f_c，想干處理時間為N_p個脈沖重復(fù)周期時間?；贑E-OFDM的雷達發(fā)射方式的雷達通信一體化方案的發(fā)射端結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示：

在發(fā)送端，首先將二進制比特流經(jīng)過QAM調(diào)制，并進行串并轉(zhuǎn)換，再進行共軛對稱補零排列得到然后進行IFFT變換，將其方差歸一化后，進行相位調(diào)制，之后加上循環(huán)前綴，即得到CE-OFDM信號幀。然后將CE-OFDM信號幀進行脈沖調(diào)制，用一幀CE-OFDM符號替換一個脈沖重復(fù)周期內(nèi)的單個脈沖。最后通過射頻前端和發(fā)射天線將生成的信號發(fā)射出去。

如圖4所示：在接收端，通過接收天線和射頻前端之后，并，將接收到的信號分成兩路處理。通信端處理過程，首先進行脈沖解調(diào)，取出CE-OFDM符號幀，并去掉循環(huán)前綴，進行頻域均衡，之后進行相位解調(diào)，再對解調(diào)之后的信號進行FFT變換，并進行并串轉(zhuǎn)換，然后進行QAM解調(diào)，最終得到了二進制比特數(shù)據(jù)流。雷達端處理過程，首先將接收到的回波信號進行脈沖壓縮處理，再用已知的通信相位信息補償，之后進行解相干處理，將得到的信號采用MUSIC算法進行距離和速度的超分辨估計，最終得到了目標的距離和速度信息，實現(xiàn)了通信雷達一體化。