一种非对称三角调频雷达通信一体化信号的参数优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种非对称三角调频雷达通信一体化信号的参数优化方法，可以适用 于基于信号共享的雷达通信一体化波形设计，属于雷达通信技术交叉学科领域，特别涉及 雷达通信一体化技术。
【背景技术】
[0002] 随着技术的发展和信息化作战的需要，战争形态从单一的武器平台对抗向体系对 抗转变，多功能电子系统综合一体化的实现成为未来军用电子系统发展的趋势。雷达通信 信号一体化对于提升电子系统的综合性能有着重要的意义。探索一体化波形的设计方法是 雷达通信信号一体化技术的重点研究内容。在实现雷达通信一体化的过程中，为了实现雷 达功能与通信功能，通常采用分时传输或者多波束空分的方式。但这两种方式不具备可调 节性，也不能算作真正的一体化技术，仅可以称其为高度集成。只有实现了通信雷达信信号 波形的一体化才是真正的一体化。
[0003]目前，国内外多家研究机构开展了雷达通信信号一体化的相关研究，如瑞典的布 莱津理工大学、西安电子科技大学、电子科技大学、空军预警学院和中国空间技术研究院 等，现有文献的研究成果主要是以下几个方面的内容：1)基于步进频变载波的一体化信 号，该一体化信号主要应用于组网雷达实现通信功能，专门设置了一部雷达用于实现同步 雷达；2)基于正交频分复用（OFDM)脉间随机步进频的雷达通信一体化信号，该一体化信 号通过频率捷变将数据信息加载到雷达信号上，利用随机的步进频率传输数据，从而同时 实现雷达探测和数据通信功能；3)基于多载波直扩信号的一体化信号，该一体化信号采用 OFDM与扩频技术相结合的互补码多载波直扩（MC-DSSS) ;4)基于奥珀曼序列（Oppermann sequences，OS)的加权脉冲串的一体化信号，该一体化信号用OS对脉冲串进行加权，优化 雷达的模糊函数；5)采用基于线性调频信号（LFM)扩频技术实现信号一体化方法。前三类 一体化信号的雷达信号和通信信号主要是通过分时复用或频域上正交等进行分离的，没有 充分利用时间资源和频带资源。而后两类一体化信号主要是采用扩频技术，没有考虑通信 同步捕获问题。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的问题是：一种非对称三角调频雷达通信一体化信号采样两段调频率 符号相反LFM信号组成，第一部分LFM信号用于通信信号的同步，第二部分LFM信号分段调 制通信数据。针对这种一体化信号波形的设计，提出一种非对称三角调频雷达通信一体化 信号的参数优化方法。基于信号模型在参数化设计过程中利用最短的同步信号保证了通信 成功捕获的概率，并同时兼顾了雷达探测性能的前提下，保证在一定误码率条件下的信息 传输速率或一定信息速率下的信噪比，可应用于雷达通信信号一体化系统中。
[0005] 本发明的技术解决方案是：一种非对称三角调频雷达通信一体化信号的参数优化 方法，包括以下步骤：
[0006] (1)建立非对称三角调频雷达通信一体化信号的参数化模型，即一体化信号 sin (t)，表不为：
[0008] 式中：
B和T分别为信号带宽和时宽，S1⑴和S 2⑴分 别为正调频部分和负调频部分的信号表达式，Sl(t)作为同步捕获序列，s2(t)为平均分段 调制通信比特信息，c(t)为在信号s,(t)上调制的通信比特信息；kdP k2分别为s dt)和 s2(t)的调频率，1^>0Λ2〈0,且有
'!\和丁2分别为s Jt)和s2(t)的信号的时间长 度，且有T = I^T25N为在信号S2 (t)上调制的通信信息的码元个数；c (η)为第η个通信比 特信息，c (η)为-1或1 ; Δ T为每个调制通信信息码元所占的时宽；
[0009] (2)对步骤（1)中非优化参数进行初始化，即根据雷达所需的斜距分辨率确定雷 达的信号带宽，或者给定信号带宽；同时，根据雷达发射功率，确定信号时宽T ;同时，设定 门限信噪比SNRth;
[0010] ⑶根据步骤⑴中的信号sin(t)与Sl(t)做滑动相关，即通信同步序列捕获，不 考虑调制通信比特信息c (η)，获得通信捕获的结果y ( τ )，公式如下：
步骤（3)的y(〇的滑动相关的峰值点的比，小于Ill;
[0018] (4)根据步骤（3)中的通信捕获结果y( τ )和如下实现通信正确捕获的约束条件 1和约束条件2,对S1 (t)信号的时间长度1\进行优化，获得满足通信捕获条件的最小T i，记 为 Tljllin;
[0019] 约束条件1 即步骤⑶的y( τ )的最大旁瓣值与 :，：
[0020] 约束条件2 :
[0021] 式中n 设置的门限，N。为设定的噪声功率谱密度，B为信号带宽，N tiB为噪声功 率；
[0022] (5)选取满足1\__彡T 'T2条件的T i，根据公式T2= T-T i，计算得到T2，根据公式 Ic1= B/T丨和k 2= -B/T 2，计算得到S1⑴和s2(t)信号的调频率V k2;
[0023] (6)根据如下的约束条件3,对步骤（1)中的每个调制通信信息码元所占的时宽 A T进行优化，得到满足通信信息解调条件最小的ΔΤ，即ΔΤ_;
[0024] 约束条件3 :
[0025] 式中N = T2/ Δ Τ，式中N表示调制的通信码元信息个数；SNRraal为通信信号的实际 信噪比；
[0026] (7)选择满足Δ Τ_< Δ T彡T 2的Δ Τ，并计算与Δ T对应的N = T 2/ Δ T ;
[0027] (8)若当前调制通信信息的码元个数Ν>6则进入步骤（9)，N彡6进入步骤（10); 设定P为计数变量，初始化P = 0,0 < Ρ〈Ρ ;Ρ为P的最大值；
[0028] (9)令P = 100,随机产生一组码元数为N的调制通信信息序列c，公式如下：
[0029] c = 2randint (I, Ν, [0, 1])-1
[0030] 式中randint(l，N, [0, 1])表示1行N列，即长度为N，值为0或1的随机序列；此 时P的值增加1后，赋予P，进入步骤（11);
[0031] (10)令P = 2N，产生P组码元数为N的通信调制信息c_p，从P组码元数为N的通 信调制信息C_p中，选取一组C = c_p作为通信调制信息；此时P的值增加1后，赋予P ; 进入（12);
[0032] c_p为N比特数据的全部组合，每个比特数据为1或-1 ;
[0033] (11)将步骤（5)中的T1和步骤（7)中的Δ T以及步骤（9)中的通信调制信息c (η) 代入步骤（1)中的一体化信号模型中，得到调制了通信信息的一体化信号810(〇 ;根据约 束条件4,判断如下模糊函数的两维自相关函数，包括距离自相关函数和速度自 相关函数，是否满足雷达性能，若不满足约束条件4,则返回步骤（7)，若满足约束条件4,进 入步骤（13);
[0034] 所述的模糊函数由公式
[0038] 给出，其中112为设置的门限，f dl和fd2*别为雷达的多普勒频率容忍范围；
[0039] (12)将步骤（5)中的T1和步骤（7)中的Δ T以及步骤（10)中的通信调制信息c_ P(n)代入步骤⑴中的一体化信号模型中，得到调制了通信信息的一体化信号sin p(t)，根 据步骤（11)的约束条件4,判断步骤（11)的模糊函数的两维自相关函数，包括距离自相关 函数和速度自相关函数，是否满足雷达性能，若不满足约束条件4,则返回步骤（7)，若满足 约束条件4,进入步骤（14);
[0040] (13)若P满足如下条件：p〈P，则返回步骤（9)，直至P = P结束，得到优化的一体 化信号，该一体化信号在满足雷达模糊函数和通信信噪比的前提下，实现了信号波形一体 化；
[0041] (14)若p满足如下条件：p〈P，则返回步骤（10)，直至p = P结束，得到优化的一体 化信号，该一体化信号在满足雷达模糊函数和通信信噪比的前提下，实现了信号波形一体 化。
[0042] 根据设定的雷达斜距分辨率P y确定系统的带宽B，公式如下：
[0044] 式中，c = 3X 10Vs为光速；P力斜距分辨率；
[0045] 斜距分辨率P』勺值为0. 15米到50米.
[0046] 根据设定的雷达发射输出的平均功率、峰值功率和脉冲重复频率PRF，确定系统的 时宽T，公式如下：
[0048] 式中，Pt为雷达发射机输出的峰值功率，P av为雷达发射机输出的平均功率，PRF为 脉冲重复频率。
[0049] 设定的雷达发射机输出的平均功率为100瓦到1000瓦。
[0050] 设定的雷达发射机输出的峰值功率为1千瓦到10千瓦，峰值功率选定值的大小大 于平均功率的值。
[0051] 设定的脉冲重复频率PRF为1000 Hz到9000Hz。
[0052] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0053] (1)本发明通过频率曲线形状为非对称的三角设计，实现了用于通信的同步序列 信号和调制了通信数据的信号之间的调谐率具有一定的正交