OFDM雷达通信一体化固定平台系统的信号处理方法与流程

本发明属于雷达技术领域，特别涉及一种信号处理方法，可用于ofdm雷达通信一体化固定平台系统。

背景技术

传统的电子装备系统仅单独具有雷达系统的功能或通信系统的功能，所能实现的功能相对单一。当在要求同时实现两种功能的情况下，则造成系统体积庞大，且频率、时间等不同资源的占用，造成资源利用率降低。近些年出现了将雷达技术和通信技术相结合的电子装备系统，结合后的雷达通信一体化系统能够很好地解决上述问题，此种系统受到越来越多的关注。

雷达通信一体化，是指同一电子装备系统同时具备雷达功能以及通信功能的电子设备，这种设备在工作时能够实时完成雷达信号处理和通信信号处理两种功能。目前雷达通信一体化的实现方式包含以下三种：

一是分时使用雷达和通信功能，这种实现方式通过时间来分配两种功能，存在时间资源上利用率低的缺点。

二是将频段划分，分别用于雷达和通信功能，这种实现方式在频谱利用方面存在浪费。

三是将通信信号应用于雷达系统，这种实现方式是在接收端为未知的雷达参考信号的条件下，利用通信功能来恢复参考信号，进而完成后续的雷达信号处理，从而实现雷达通信一体化。这种实现方式提高了资源利用率。其中，一体化固定平台系统的信号是指一体化系统相对于检测目标保持相对静止的传输信号。在现有研究中，当雷达通信一体化系统处在相对于目标静止的条件下时，通信数据的误比特率较高，导致恢复的参考信号较原始参考信号之间存在误差。同时，在后续进行脉冲压缩的处理效果差，无法满足一体化系统的需要。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种ofdm雷达通信一体化固定平台系统的信号处理方法，以降低系统通信数据的误比特率，有效恢复参考信号，提高脉冲压缩的处理的效果。

本发明的技术思路是，将大带宽通信信号应用于雷达系统中，利用通信功能对传输的通信信息进行恢复，利用恢复的信号重建参考信号实现大带宽信号的雷达脉冲压缩处理。其实现步骤包括如下：

(1)雷达接收机通过天线接收调制方式为ofdm的时间回波脉冲信号s'(t)，该回波脉冲信号的有效长度为τs；

(2)对接收到的时间回波脉冲信号s'(t)依次进行下变频处理和采样率为fs的采样处理，得到基带脉冲信号s′r(n)，其中，n为正整数，表示采样点数，基带脉冲的起始位置为no，脉冲总长度为nsum，前m-1个脉冲单元为循环前缀，m为时间回波脉冲信号的距离单元数；

(3)对基带脉冲信号s′r(n)中的循环前缀进行移除，得到移除循环前缀后的信号sr(n)；

(4)对移除循环前缀后的信号sr(n)进行傅里叶变换，得到基带频域信号sr(k)，其中k为正整数，表示脉冲索引；

(5)对基带频域信号sr(k)进行通信处理，得到该基带频域信号中包含的通信信息

(5a)将基带频域信号sr(k)向后延迟一个数据单元，并在空余位置处补零，得到延迟后的基带信号s′r(k)；

(5b)对延迟后的基带信号s′r(k)进行共轭运算，得到延迟共轭信号s″r(k)；

(5c)将基带信号sr(k)与延迟共轭信号s″r(k)的对应元素逐个进行乘法运算，得到解码结果序列sc′；

(5d)对解码结果序列sc′中的每个元素进行判决：当解码结果序列sc′中元素的模值大于π/2时判定为1，小于等于π/2时判定为0，得到全部元素的判定结果，即基带频域信号中包含的通信信息

(6)利用基带频域信号中包含的通信信息构建参考信号sre(n)：

(6a)对通信信息按照下式进行编码运算，得到2dpsk信号

其中，表示前一个通信信息数据点，表示前一个2dpsk信号数据点，当n-1＝0时，为0，表示异或运算；

(6b)对2dpsk信号按照下式进行相位调制，得到雷达处理所需的参考信号sre(n)：

其中，j表示虚数单位；

(7)利用雷达处理所需的参考信号sre(n)以及移除循环前缀后的信号sr(n)进行脉冲压缩处理，得到脉冲压缩后信号为src(n)。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

第一，相对于传统的信号处理方法，本发明将雷达处理和通信处理进行了融合，实现信号处理机的雷达通信一体化；

第二，本发明利用通信处理获得原始通信信息并重建参考信号，达到了在接收端未知参考信号的条件下实现雷达的脉冲压缩处理。

附图说明

图1是本发明的实现流程图；

图2是用本发明对回波信号进行通信处理后的仿真误比特率图；

图3是用本发明对雷达信号的脉冲压缩仿真结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

参照图1，本发明的具体实现步骤如下：

步骤1、雷达接收机通过天线接收调制方式为ofdm的时间回波脉冲信号s'(t)。

(1a)设置发射信号条件：

雷达系统中发射信号形式多样和信号调制方式多变，本实例以雷达系统中常用的线性调频信号slfm(t)为例，该发射信号的频率按照一次函数规律进行线性变化，其数学表达式为：

其中，rect(·)表示矩形函数，用于控制信号持续时间，τ为信号持续时间，f0表示信号的载波频率，a表示信号幅度，μ＝b/τ表示调频斜率，b表示带宽；

(1b)设一体化雷达通信信号中通信信息采用2dpsk方式进行编码，雷达接收机通过天线接收到的时间回波脉冲信号为s'(t)，其数学表达式为：

其中，表示时间延迟，r为一体化系统与目标之间的距离，c为光速，该回波脉冲信号s'(t)的有效长度为τs。

步骤2、获取基带脉冲信号。

(2a)对接收到的时间回波脉冲信号s'(t)进行下变频处理，即去除载波频率得到下变频处理后的基带信号；

(2b)对下变频处理后的基带信号进行采样率为fs的采样处理，得到基带脉冲信号s′r(n)，该基带脉冲信号为离散的矩阵信号，其中，n为正整数，表示采样点数；基带脉冲s′r(n)的起始位置为no，脉冲总长度为nsum；前m-1个脉冲单元为循环前缀，m为时间回波脉冲信号的距离单元数；采样率fs为根据信号处理需求不同的常量。

步骤3、对基带脉冲信号s′r(n)中的循环前缀进行移除，得到移除循环前缀后的信号为sr(n)。

(3a)计算回波脉冲信号中的提取位置：ns＝n0+m-1；

(3b)以提取位置ns为起点，提取基带信号s′r(n)的后nsum-ns个单元，得到剩余回波脉冲信号sr(n)；

步骤4、对剔除循环前缀的信号进行傅里叶变换。

对除去循环前缀的信号sr(n)按照傅里叶变换得到基带频域信号sr(k)，变换方式为：

sr(k)＝fft(sr(n)),

其中，k为正整数，表示脉冲索引，fft表示傅里叶变换。

步骤5、恢复通信信息

(5a)将基带频域信号sr(k)向后延迟一个数据单元，并在空余位置处补零，得到延迟后的基带信号s′r(k)；

(5b)对延迟后的基带信号s′r(k)进行共轭运算，得到延迟共轭信号*表示共轭；

(5c)将基带信号sr(k)与延迟共轭信号s″r(k)的对应元素逐个进行乘法运算，得到解码结果序列sc′；

(5d)对解码结果序列sc′中的每个元素进行判决：

当解码结果序列sc′中元素的模值大于π/2时判定为1，小于等于π/2时判定为0，得到全部元素的判定结果，该判定结果即为基带频域信号中包含的通信信息

步骤6、构建雷达信号处理所需的参考信号sre(n)。

(6a)对通信信息按照下式进行编码运算，得到2dpsk信号，记为

其中，表示前一个通信信息数据点，表示前一个2dpsk信号数据点，当n-1＝0时，为0，表示异或运算；

(6b)对2dpsk信号按照下式进行相位调制，得到雷达处理所需的参考信号sre(n)：

其中，j表示虚数单位。

步骤7、利用参考信号sre(n)，对除去循环前缀的信号sr(n)进行脉冲压缩处理，得到脉冲压缩后信号为src(n)。

(7a)对参考信号sre(n)进行共轭运算，得到参考信号sre(n)的频域共轭

(7b)将除去循环前缀的信号sr(n)与参考信号sre(n)的频域共轭对应元素相乘，并进行快速傅里叶逆变换，完成信号的脉冲压缩。本实例通过计算脉冲压缩后信号src(n)的峰值位置对目标进行判断。

本发明的效果可通过以下仿真进一步阐述。

1.仿真条件：

仿真设定雷达通信一体化系统的工作载频为10ghz，信号带宽为20mhz，脉冲宽度为30μs，脉冲重频为10khz，雷达通信一体化系统距离目标10km，通信信息采用随机生成的方式生成，通信编码方式采用2dpsk方式进行编码。

2.仿真内容：

仿真1：在仿真条件下，采用本发明在不同信噪比下，对比不同信噪比条件下的通信功能的误码率，结果如图2所示。

仿真2：在仿真条件下，固定信噪比为20db条件下，本发明雷达处理脉冲压缩结果如图3所示。

3.仿真分析：

从图2中可以发现，随着信噪比的提高，系统的通信误码率逐步下降，通过和理论的2dpsk误码率进行对比发现，该方式能够保持较低的误码率，能够有效的对通信信息进行传输。

从图3中可以发现，利用通信恢复的信息重建参考信号能够实现雷达的脉冲压缩处理，在图中，空间场景中分布有多个目标，各个目标之间的距离差为166.7米，其中第二个目标对应系统的场景中心，在脉冲压缩后能够发现图中存在四个目标。通过系统采样率与脉冲宽度的乘积得到场景所对应的采样点数目，将其换算到本系统中能够和各个峰值点对应。此外进行脉冲压缩后系统的主副瓣之比普遍超过了13db，相比于未加窗的线性调频信号具备相似或者更好的旁瓣性能，在雷达通信一体化系统相对于目标静止的条件下，系统的性能能够保持，不存在明显的损失。