本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及到雷達(dá)通信技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于線性調(diào)頻信號的實(shí)現(xiàn)雷達(dá)探測與通信傳輸?shù)姆椒?。本發(fā)明在雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)中，利用不同調(diào)頻率的線性調(diào)頻信號相關(guān)性低的特性，設(shè)計(jì)一種多載波信號，其中主載波實(shí)現(xiàn)雷達(dá)探測，并通過對副載波線性調(diào)頻信號的調(diào)頻率進(jìn)行通信信息調(diào)制實(shí)現(xiàn)通信傳輸。

背景技術(shù)：

機(jī)載、艦載等平臺為適應(yīng)未來信息技術(shù)發(fā)展，體現(xiàn)出“信息化優(yōu)勢”，要求平臺的發(fā)展和使用具有系統(tǒng)化趨勢，使各種機(jī)載平臺通過電子信息渠道實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域、超距離的實(shí)時(shí)合作。同時(shí)，為適應(yīng)現(xiàn)代化信息化環(huán)境的要求，機(jī)載平臺需要裝備數(shù)量眾多的電子設(shè)備比如雷達(dá)、通信設(shè)備等，但這些設(shè)備不僅占據(jù)平臺中的寶貴空間、增加其載荷、惡化周圍電磁環(huán)境，使得航電設(shè)備綜合性能受到影響，如果能在雷達(dá)設(shè)備上增加通信功能，使其以一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，并設(shè)計(jì)一種雷達(dá)通信共享信號，將會(huì)大大提高電子設(shè)備的綜合利用率。

電子科技大學(xué)在其申請的專利文獻(xiàn)“一種基于CE-OFDM的雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)”(申請?zhí)?01610545282.2，公開號CN 106249231 A)中公開了一種基于CE-OFDM(Constant Envelope Orthogonal Frequency Division Multiplexing，恒包絡(luò)正交頻分復(fù)用)的超分辨雷達(dá)通信一體化方案。該方案將待發(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(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)的單個(gè)脈沖，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率，并解決了發(fā)送信號PAPR過高的問題。其存在的不足之處是CE-OFDM系統(tǒng)載波間干擾太大，頻譜效率太低，同時(shí)存在小信噪比時(shí)的門限效應(yīng)不利于在小信噪比下通信數(shù)據(jù)的解調(diào)，多普勒頻移也會(huì)影響解調(diào)過程。

李曉柏，楊瑞娟，陳新永等人在其發(fā)表的論文“基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的雷達(dá)通信一體化信號共享研究”(信號處理，2012，28(4)：487-494)提出了一種基于線性調(diào)頻信號(Chirp)的初始頻率調(diào)制通信信息實(shí)現(xiàn)雷達(dá)通信一體化的方法。該方法采用Chirp信號不同的初始頻率對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，達(dá)到了單Chirp信號多比特信息的傳輸。其存在的不足之處是通信數(shù)據(jù)解調(diào)過程對多普勒不具有穩(wěn)健性，而且在相同的帶寬條件下，通信的頻譜效率較低，難以滿足戰(zhàn)時(shí)大批量數(shù)據(jù)的傳輸，而且用初始頻率調(diào)制信息的解調(diào)方法。

綜上所述，對于共享信號技術(shù)在雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用，目前已有的技術(shù)在雷達(dá)探測信號中調(diào)制雷達(dá)通信數(shù)據(jù)后，雷達(dá)目標(biāo)檢測分辨率降低，雷達(dá)探測處理模塊增多，給系統(tǒng)增加額外負(fù)擔(dān)，雷達(dá)通信數(shù)據(jù)的解調(diào)過程對多普勒的不穩(wěn)健性，從而導(dǎo)致誤碼率增大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，在常規(guī)的線性調(diào)頻信號上，利用不同調(diào)頻率的線性調(diào)頻信號相關(guān)性低的特性，采用了一種多載波線性調(diào)頻信號，其中，主載波信號實(shí)現(xiàn)雷達(dá)探測，副載波信號調(diào)制數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)通信傳輸。此類方法能提高雷達(dá)探測目標(biāo)距離和速度的性能，降低誤碼率，完成單脈沖多比特的雷達(dá)通信數(shù)據(jù)傳輸。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體思路是：將待傳輸?shù)睦走_(dá)通信數(shù)據(jù)分組后串并轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生與數(shù)據(jù)組對應(yīng)的副載波線性調(diào)頻信號，與主載波疊加后發(fā)射多載波脈沖調(diào)制信號。接收機(jī)接收脈沖信號的回波后分別輸入到雷達(dá)探測處理模塊和雷達(dá)通信數(shù)據(jù)處理模塊中：雷達(dá)探測處理模塊對回波進(jìn)行脈沖壓縮處理得到雷達(dá)目標(biāo)的距離，對脈沖壓縮處理結(jié)果進(jìn)行動(dòng)目標(biāo)檢測(MTD)處理得到雷達(dá)目標(biāo)的速度；雷達(dá)通信數(shù)據(jù)處理模塊對回波進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換處理，最終得到雷達(dá)通信數(shù)據(jù)組。

本發(fā)明的具體步驟包括如下：

(1)雷達(dá)通信數(shù)據(jù)預(yù)處理：

(1a)雷達(dá)發(fā)射端將待傳輸?shù)睦走_(dá)通信串行數(shù)據(jù)分成多個(gè)數(shù)組，每個(gè)數(shù)組中有N個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)；

(1b)將分組后的串行數(shù)據(jù)輸入到串并轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，得到待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組；

(2)設(shè)置線性調(diào)頻信號參數(shù)：

在線性調(diào)頻信號產(chǎn)生器中，設(shè)置一個(gè)線性調(diào)頻信號的中心頻率、一個(gè)主載波線性調(diào)頻信號的調(diào)頻率、一個(gè)包含等間隔的2^M個(gè)調(diào)頻率的副載波線性調(diào)頻信號的調(diào)頻率庫，M表示每個(gè)脈沖發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，M與N取相同值，根據(jù)調(diào)頻率在調(diào)頻率庫中的位置對其進(jìn)行編號，并將編號與二進(jìn)制數(shù)據(jù)組對應(yīng)；

(3)產(chǎn)生多載波線性調(diào)頻信號：

(3a)線性調(diào)頻信號產(chǎn)生器產(chǎn)生一個(gè)主載波線性調(diào)頻信號，將主載波線性調(diào)頻信號輸入到匹配濾波器，作為匹配濾波器的參考信號；

(3b)將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組輸入到線性調(diào)頻信號產(chǎn)生器，選擇與數(shù)據(jù)組的數(shù)值對應(yīng)的副載波線性調(diào)頻信號的調(diào)頻率，從而由線性調(diào)頻信號產(chǎn)生器產(chǎn)生一個(gè)攜帶雷達(dá)通信數(shù)據(jù)的副載波線性調(diào)頻信號；

(3c)將主載波線性調(diào)頻信號與副載波線性調(diào)頻信號同時(shí)輸入到累加器，產(chǎn)生一個(gè)多載波線性調(diào)頻信號；

(4)發(fā)射與接收脈沖調(diào)制信號：

(4a)將多載波線性調(diào)頻信號輸入到脈沖調(diào)制器，產(chǎn)生脈沖調(diào)制后的多載波線性調(diào)頻信號，將脈沖調(diào)制信號輸入到雷達(dá)發(fā)射機(jī)中，并發(fā)射該脈沖調(diào)制信號；

(4b)雷達(dá)接收機(jī)接收脈沖調(diào)制信號的回波，將回波分別輸入到雷達(dá)探測處理模塊和雷達(dá)通信數(shù)據(jù)解調(diào)處理模塊中；

(5)探測雷達(dá)目標(biāo)的距離和速度：

(5a)雷達(dá)探測處理模塊將接收的回波輸入到匹配濾波器，進(jìn)行脈沖壓縮處理，得到雷達(dá)目標(biāo)的距離；

(5b)將匹配濾波器的處理結(jié)果輸入到多普勒濾波器組，做動(dòng)目標(biāo)檢測MTD處理，得到雷達(dá)目標(biāo)的速度；

(6)解調(diào)雷達(dá)通信數(shù)據(jù)：

(6a)計(jì)算回波分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的階次，將計(jì)算得到的階次設(shè)置到分?jǐn)?shù)階傅里葉變換解調(diào)器中；

(6b)雷達(dá)通信數(shù)據(jù)處理模塊將接收的回波輸入到分?jǐn)?shù)階傅里葉變換解調(diào)器中，進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換處理，得到回波中副載波線性調(diào)頻信號分量的調(diào)頻率；

(6c)從副載波線性調(diào)頻信號的調(diào)頻率庫中，檢索與回波中副載波分量的調(diào)頻率值相等的調(diào)頻率，取出與檢索得到的調(diào)頻率編號對應(yīng)的雷達(dá)通信數(shù)據(jù)組；

(6d)將數(shù)據(jù)組中的并行數(shù)據(jù)輸入到并串轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，并將串行數(shù)據(jù)輸出。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

第一，由于本發(fā)明采用的是將主載波線性調(diào)頻信號作為匹配濾波器的參考信號，與接收到的回波進(jìn)行脈沖壓縮處理，使得本發(fā)明中的雷達(dá)探測處理模塊只需要一個(gè)匹配濾波器，克服了現(xiàn)有技術(shù)在雷達(dá)探測信號中調(diào)制雷達(dá)通信數(shù)據(jù)后，雷達(dá)目標(biāo)檢測分辨率降低，雷達(dá)探測處理模塊增多的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明提高了雷達(dá)探測目標(biāo)距離和速度的性能。

第二，由于本發(fā)明采用的是對回波進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換處理，克服了現(xiàn)有技術(shù)中雷達(dá)通信數(shù)據(jù)的解調(diào)過程對多普勒的不穩(wěn)健性，而導(dǎo)致誤碼率增大的問題，使得本發(fā)明對雷達(dá)通信數(shù)據(jù)的傳輸更準(zhǔn)確，誤碼率更低，從而完成單脈沖多比特?cái)?shù)據(jù)的傳輸。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程圖；

圖2是本發(fā)明的脈沖壓縮處理結(jié)果仿真圖；

圖3是本發(fā)明的動(dòng)目標(biāo)檢測MTD處理結(jié)果仿真圖；

圖4是本發(fā)明的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換結(jié)果仿真圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。

參照圖1，本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下：

步驟1，雷達(dá)通信數(shù)據(jù)預(yù)處理。

雷達(dá)發(fā)射端將待傳輸?shù)睦走_(dá)通信串行數(shù)據(jù)分成多個(gè)數(shù)組，每個(gè)數(shù)組中有N個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)。N表示每個(gè)脈沖發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，由數(shù)據(jù)傳輸速率與脈沖重復(fù)周期決定，按照下式計(jì)算得到：

N＝[L·PRI]

其中，L表示數(shù)據(jù)傳輸速率，PRI表示脈沖重復(fù)周期，[]表示取整操作，·表示點(diǎn)乘操作。

以N＝3為例，將待傳輸雷達(dá)通信串行數(shù)據(jù)0,1,1,0,1,0,1,0,0,0,0,1,…，分組為[0,1,1]，[0,1,0]，[1,0,0]，[0,0,1]，…。

將分組后的串行數(shù)據(jù)輸入到串并轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，得到待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組，[011]，[010]，[100]，[001]，…。

步驟2，設(shè)置線性調(diào)頻信號參數(shù)。

在線性調(diào)頻信號產(chǎn)生器中，設(shè)置一個(gè)線性調(diào)頻信號的中心頻率f_c、一個(gè)主載波線性調(diào)頻信號的調(diào)頻率μ_r、一個(gè)包含等間隔的2^M個(gè)調(diào)頻率的副載波線性調(diào)頻信號的調(diào)頻率庫，M表示每個(gè)脈沖發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，M與N取相同值，根據(jù)調(diào)頻率在調(diào)頻率庫中的位置對其進(jìn)行編號，并將編號與二進(jìn)制數(shù)據(jù)組對應(yīng)，當(dāng)N＝3時(shí)調(diào)頻率庫中的調(diào)頻率μ₀,μ₁,…,μ₇，分別與000，001，…，111相對應(yīng)。

步驟3，產(chǎn)生多載波線性調(diào)頻信號。

線性調(diào)頻信號產(chǎn)生器由設(shè)置好的中心頻率f_c與主載波線性調(diào)頻信號的調(diào)頻率μ_r，產(chǎn)生一個(gè)主載波線性調(diào)頻信號s₁(t)，將主載波線性調(diào)頻信號輸入到匹配濾波器，作為匹配濾波器的參考信號，線性調(diào)頻信號的模型可表示為：

s_LFM(t)＝A exp(j2πf_ct+jπμ_rt²)

其中，s_LFM(t)表示線性調(diào)頻信號，A、f_c、μ_r分別表示信號的幅值、中心頻率和調(diào)頻率，t表示時(shí)間，取值范圍為[0,T]，T表示時(shí)間區(qū)間。

將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組輸入到線性調(diào)頻信號產(chǎn)生器，選擇與數(shù)據(jù)組的數(shù)值對應(yīng)編號的副載波線性調(diào)頻信號的調(diào)頻率，數(shù)據(jù)組011選擇μ₃，從而由線性調(diào)頻信號產(chǎn)生器產(chǎn)生一個(gè)攜帶雷達(dá)通信數(shù)據(jù)的副載波線性調(diào)頻信號s₂(t)。

將主載波線性調(diào)頻信號與副載波線性調(diào)頻信號同時(shí)輸入到累加器，產(chǎn)生一個(gè)多載波線性調(diào)頻信號s(t)＝s₁(t)+s₂(t)。

步驟4，發(fā)射與接收脈沖調(diào)制信號。

將多載波線性調(diào)頻信號輸入到脈沖調(diào)制器，調(diào)制在脈沖寬度為τ，脈沖重復(fù)周期為PRI的脈沖中，產(chǎn)生脈沖調(diào)制后的多載波線性調(diào)頻信號，將脈沖調(diào)制信號輸入到雷達(dá)發(fā)射機(jī)中，并發(fā)射該脈沖調(diào)制信號。

雷達(dá)接收機(jī)接收脈沖調(diào)制信號的回波s'(t)，回波包含雷達(dá)目標(biāo)的距離時(shí)延t₁與多普勒頻移f_d，將回波s'(t)分別輸入到雷達(dá)探測處理模塊和雷達(dá)通信數(shù)據(jù)解調(diào)處理模塊中。

步驟5，探測雷達(dá)目標(biāo)的距離和速度。

雷達(dá)探測處理模塊將接收的回波輸入到匹配濾波器，進(jìn)行脈沖壓縮處理，得到時(shí)間采樣點(diǎn)上的幅度值，在時(shí)間-幅度平面畫出與幅度值對應(yīng)的時(shí)間-幅度圖。

在時(shí)間-幅度圖上檢索峰值點(diǎn)的時(shí)間維坐標(biāo)值t₁，由坐標(biāo)變換公式R＝ct₁/2，得到雷達(dá)目標(biāo)的距離，其中，R表示雷達(dá)目標(biāo)的距離，c表示光速，t₁表示峰值點(diǎn)的時(shí)間維坐標(biāo)值。

將匹配濾波器的處理結(jié)果輸入到多普勒濾波器組，做動(dòng)目標(biāo)檢測MTD處理，得到時(shí)間采樣點(diǎn)與頻率采樣點(diǎn)上的幅度值，在時(shí)間-頻率-幅度平面畫出與幅度值對應(yīng)的時(shí)間-頻率-幅度圖。

在時(shí)間-頻率-幅度圖上檢索峰值點(diǎn)的頻率維坐標(biāo)值f_d，由坐標(biāo)變換公式v＝λf_d/2，得到雷達(dá)目標(biāo)的速度，其中，v表示雷達(dá)目標(biāo)的速度，λ表示脈沖調(diào)制信號的波長，f_d表示峰值點(diǎn)的頻率維坐標(biāo)值。

步驟6，解調(diào)雷達(dá)通信數(shù)據(jù)。

按照下式，計(jì)算回波分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的階次，將計(jì)算后的階次設(shè)置到分?jǐn)?shù)階傅里葉變換解調(diào)器中：

p_i＝-2arccotμ_j/π

其中，p_i表示第i個(gè)回波分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的階次，i依次取0,1,…,2^K-1，K表示每個(gè)脈沖發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，K與N取相同數(shù)值，arccot表示反余切操作，μ_j表示副載波線性調(diào)頻信號的調(diào)頻率庫中的第j個(gè)調(diào)頻率，j與i取相同數(shù)值，π表示圓周率。

雷達(dá)通信數(shù)據(jù)處理模塊將接收的回波輸入到分?jǐn)?shù)階傅里葉變換解調(diào)器中，對回波進(jìn)行設(shè)置階次的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換處理，在每個(gè)階次都得到頻率采樣點(diǎn)上的幅度值，在階次-頻率-幅度平面畫出與幅度值對應(yīng)的階次-頻率-幅度圖。

在階次-頻率-幅度圖上檢索峰值點(diǎn)的階次維坐標(biāo)值p，由坐標(biāo)變換公式μ＝-cot(pπ/2)，得到回波中副載波線性調(diào)頻信號分量的調(diào)頻率，其中，μ表示回波中副載波線性調(diào)頻信號分量的調(diào)頻率，cot表示余切操作，p表示峰值點(diǎn)的階數(shù)維坐標(biāo)值。

從副載波線性調(diào)頻信號的調(diào)頻率庫中，檢索與回波中副載波分量的調(diào)頻率μ值相等的調(diào)頻率，由步驟2中的對應(yīng)關(guān)系，取出與檢索得到的調(diào)頻率編號對應(yīng)的雷達(dá)通信數(shù)據(jù)組。

將數(shù)據(jù)組中的并行數(shù)據(jù)輸入到并串轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，并將串行數(shù)據(jù)輸出。

下面結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。

1、仿真條件：

線性調(diào)頻信號中心頻率f_c＝10GHz，主載波線性調(diào)頻信號調(diào)頻率μ_r＝100MHz/μs，副載波線性調(diào)頻信號的調(diào)頻率庫[10 20 30 40 50 60 70 80]MHz/μs，采樣頻率f_s＝200MHz，調(diào)制64個(gè)脈沖，脈沖重復(fù)周期PRI＝10μs，信號脈寬τ＝1μs，目標(biāo)相對距離與速度分別為[1000m,200m/s]。仿真軟件環(huán)境為Pentium(R)Dual-Core CPU E5200@2.50GHz，Windows 732bit操作系統(tǒng)下的Matlab R2010a。

每個(gè)脈沖發(fā)送3位調(diào)制數(shù)據(jù)，二進(jìn)制調(diào)制數(shù)據(jù)組000～111依次對應(yīng)調(diào)頻率庫中的8個(gè)調(diào)頻率，由待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組依次選擇每個(gè)脈沖的副載波線性調(diào)頻信號調(diào)頻率，如011選擇對應(yīng)的調(diào)頻率為μ₃＝40MHz/μs。

2、仿真內(nèi)容與結(jié)果分析：

仿真1：對回波進(jìn)行處理得到雷達(dá)目標(biāo)的距離與速度。

用本發(fā)明的方法仿真脈沖調(diào)制的多載波線性調(diào)頻信號，給信號加入目標(biāo)的距離時(shí)延與多普勒頻移仿真其回波信號，將回波與主載波信號的翻轉(zhuǎn)共軛信號進(jìn)行卷積運(yùn)算仿真匹配濾波器，將時(shí)間維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成距離維坐標(biāo)，脈沖壓縮處理結(jié)果仿真圖如圖2，從圖2可以看出，檢索峰值點(diǎn)的距離維坐標(biāo)值就得到目標(biāo)的速度，未降低雷達(dá)探測目標(biāo)距離的性能。

將卷積運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行動(dòng)目標(biāo)檢測MTD仿真處理后，得到的數(shù)據(jù)畫在二維圖中將時(shí)間維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成距離維坐標(biāo)，頻率維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成速度維坐標(biāo)，動(dòng)目標(biāo)檢測MTD處理結(jié)果仿真圖如圖3，檢索峰值點(diǎn)的速度維坐標(biāo)值得到目標(biāo)的速度，未降低雷達(dá)探測目標(biāo)速度的性能。

仿真2：對回波進(jìn)行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換解調(diào)出雷達(dá)通信數(shù)據(jù)。

由副載波線性調(diào)頻信號的調(diào)頻率庫計(jì)算得到回波分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的8個(gè)階次，取一個(gè)脈沖重復(fù)周期長度的回波，進(jìn)行8次分?jǐn)?shù)階傅里葉變換，將數(shù)據(jù)畫在三維圖中，并將階數(shù)維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成編號維坐標(biāo)，分?jǐn)?shù)階傅里葉變換結(jié)果仿真圖如圖4，由圖4可以看出，脈沖調(diào)制信號傳輸?shù)睦走_(dá)通信數(shù)據(jù)為011，完成了單脈沖多比特?cái)?shù)據(jù)的傳輸。