一种高动态低时延场景的通导侦一体化信号设计方法

本发明涉及信号处理，尤其涉及一种高动态低时延场景的通导侦一体化信号设计及接收方法。

背景技术：

1、随着无线电技术的发展，为了更好提供位置、导航和时间服务，现有提出了综合pnt(positioning、navigation、timing)体系概念，基于不同原理的多种pnt信息源，经过高度集成和数据融合，实现统一的时间基准，提供抗干扰、防欺骗、连续、可靠的pnt服务。然而，目前pnt体系还面临低功耗、小型化、高精度的pnt信息源，单体多源数据融合和集群间协同导航等关键技术的挑战。其中，对于集群间协同导航，不仅仅需要关注不同场景下协同导航的数据处理算法，还需关注底层的通信、导航测距以及侦察感知等信号设计。

2、随着通信、导航和侦察相互合作日趋增多，通信导航侦察一体化设计不仅可以减少系统重复建设，降低功耗，还可以进一步提升通信、导航和侦察的性能，其已经成为了未来综合pnt体系发展的关键方向。根据通信、导航或侦察信号融合层次可将通信导航侦察一体化信号分为信息层辅助、信号层协同和体制层融合三种类型。其中，信息层辅助是指通信、导航、侦察系统保持原有的体制，打通各系统之间的信息交互接口，利用其它系统的信息辅助，增强本系统的性能，如辅助的全球卫星导航系统(a-gnss)、地基导航增强系统、rtk基准站等等。信号层协同是指利用导航、通信、侦察系统相互配合，互相备份，如通信信号利用导航信号定时测距，导航信号利用通信信号传输信息等等，如天基导航增强系统、wifi、蓝牙、超宽带(uwb)通信导航一体化信号等。体制层融合是指考虑了通信、导航和侦察需求，统一设计一体化信号，提供导航通信侦察一体化服务，如4g/5g移动系统中的定位参考信号(prs)。其中，信号层协同和体制层融合主要利用时分、频分和功分等复用方式来实现。

3、针对通信导航侦察一体化信号设计，目前主要有以正交频分复用(orthogonalfrequency division multiplexing，ofdm)为基础的一体化信号和以线性调频为基础的一体化信号。基于ofdm移动通信体制的一体化设计主要包括5g定位参考信号(prs)和时分码分正交频分复用tc-ofdm，其中，5g定位参考信号在标准制定时就进行了设计和定义，其定位精度可达亚米级，本质是在通信ofdm调制信号中按照一定的结构(梳状、频点、子载波间隔)选择时频域资源块作为导航测距信号来使用。此外，目前针对ofdm调制信号还进行了更加灵活的通信导航侦察一体化设计，具体包括矢量正交频分复用(v-ofdm)、频域复合正交频分复用、基于线性调频相位的ofdm调制、基于正交时频空间的一体化信号、uwb一体化信号等等。而随着物联网的发展，基于线性调频的一体化信号的研究也取得了长足的进步，例如lora协议中chirp-bok信号通过不同的初始频率代表不同的信息数据位，同时该信号可利用线性调频信号完成侦察任务，并具有较好的抗多普勒能力。

4、然而，以ofdm为基础的一体化信号通过扩频信号完成定位测距功能，通信效率高，但是由于ofdm调制对于多普勒频率较为敏感，其在面对高动态场景，接收复杂度提升，信号处理时延明显，不适应于高动态低时延的场景；以线性调频为基础的一体化信号通过线性调频信号完成定位测距和侦察感知功能，利用不同的线性调频初始频率传递信息，但是信息传输效率不高，且多用户之间的相互干扰明显。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种高动态低时延场景的通导侦一体化信号设计及接收方法。

2、本发明的技术方案如下：

3、第一方面，提供了一种高动态低时延场景的通导侦一体化信号设计方法，所述方法包括：

4、以线性调频信号作为侦察信号，以扩频psk信号作为导航信号，以ofdm信号作为通信信号，采用时分模式将线性调频信号、扩频psk信号和ofdm信号组合在一起以获取一体化信号，其中，线性调频信号占用扩频psk信号的部分时隙，且以线性调频信号作为一体化信号的引导信号。

5、在一些可能的实现方式中，扩频psk信号采用不同的扩频码序列，线性调频信号采用不同的跳时图案，并调制扩频psk信号时隙的伪随机码。

6、在一些可能的实现方式中，设定：线性调频信号占用m*τ时隙，τ为每个线性调频脉冲的宽度，m表示用户周期内线性调频时隙数量，则用户i的每个周期t时域信号表达式为：

7、

8、其中，t为时间变量，t0为每个脉冲之间的间隔，ti为用户i第一个线性调频脉冲的起始位置，rectτ()为矩形脉冲函数，脉冲幅度为1，schirp()为单位脉冲内的线性调频信号波形，schirp()表示为：

9、

10、k为线性调频信号调频率，π为圆周率，β为线性调频信号带宽，且有β＝k*τ，为每个脉冲的载波相位。

11、在一些可能的实现方式中，设定扩频psk调制为bpsk调制，则导航信号时域表达式为：

12、

13、其中，cl为扩频码，tc为扩频psk信号每个码片持续的时间，扩频码速率为1/tc，rectbpsk()表示宽度为tc、幅度为1的矩形脉冲。

14、在一些可能的实现方式中，通过线性调频信号和扩频psk信号的模糊函数公式获取相应信号多普勒频率和时延分辨率，基于获取的多普勒频率和时延分辨率，设定通导侦一体化信号参数。

15、在一些可能的实现方式中，设定：多普勒频率为fd，时延为δt，线性调频信号相干积分时间为t0，则线性调频信号相应匹配滤波器输出的模糊函数为：

16、

17、其中，表示信号初相。

18、在一些可能的实现方式中，设定扩频psk信号为扩频bpsk信号，bpsk信号相干积分时间为tcoh，则扩频bpsk信号相应匹配滤波器输出的模糊函数为：

19、

20、第二方面，还提供了一种高动态低时延场景的通导侦一体化信号接收方法，所述方法用于利用上述的高动态低时延场景的通导侦一体化信号设计方法得到的通导侦一体化信号的接收处理，包括：

21、将侦察信号作为一体化信号接收前导信号，进行信号粗捕获，获取信号的时延和多普勒范围的初始信息；

22、根据时延和多普勒范围的初始信息，利用导航信号进行信号捕获和跟踪，获取时延和多普勒范围的估计结果；

23、根据时延和多普勒范围的估计结果，利用通信信号进行信号同步，根据信号同步结果进行信号数据解调。

24、在一些可能的实现方式中，以扩频码周期为相干积分时间，采用并行码相位方式对信号进行粗捕获。

25、在一些可能的实现方式中，所述方法进一步包括：

26、接收输入的信号；

27、制定频率多普勒搜索网格，利用并行码相位方式对线性调频信号进行捕获，当线性调频信号未捕获成功时，重复该过程，直至线性调频信号捕获成功，获取信号的时延和多普勒范围的初始信息；

28、将捕获的时延和多普勒范围的初始信息作为辅助信息，缩小扩频psk信号的多普勒搜索网格数量，对扩频psk信号进行捕获，当捕获不成功时返回上一步，当捕获成功时，进行扩频psk信号的跟踪，获取时延和多普勒范围的估计结果，并进行下一步；

29、将时延和多普勒范围的估计结果引入通信信号处理过程，完成通信信号同步，进行信号数据解调，获取通信数据信息。

30、本发明技术方案的主要优点如下：

31、本发明的高动态低时延场景的通导侦一体化信号设计及接收方法通过在扩频信号中引入线性调频信号，既能够利用线性调频信号完成侦察功能，又能够在不影响扩频测距精度且接收复杂度的情况下提升一体化信号的多普勒适应性，显著降低信号处理时延，能够适用于高动态低时延场景。