基于ofdm的高分辨率雷达通信一体化的波形优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达的信号设计和通信技术领域，特别涉及一种基于OFDM的高分辨 率雷达通信一体化的波形优化方法，即一种基于正交频分复用（OFDM)的高分辨率雷达通 信一体化的波形优化方法，适用于同时实现高分辨率雷达的目标距离和目标速度估计，以 及高数据率通信。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的不断发展，和新战场环境下军事需求量的不断增大，使得同一作 战平台上的电子装备逐渐增多，造成该作战平台上的体积和能耗逐渐增大，该作战平台设 备间的电磁干扰也逐渐加重。采用雷达和通信的一体化是解决上述问题的有效途径，使得 各种电子装备共用同一作战平台资源，达到该作战平台上的各种电子装备的功能实现目 的。
[0003] 为实现雷达和通信的一体化，关键是设计雷达和通信的一体化的信号波形。目前 雷达和通信的一体化的信号波形设计方式包括两类方式：一类方式是采用复用技术对雷达 和通信的一体化的信号波形进行设计，另一类方式是直接使用通信信号的雷达波形对雷达 和通信的一体化的信号波形进行设计。采用复用技术对雷达和通信的一体化的信号波形进 行设计的复用技术主要有空分复用、时分复用、频分复用和码分复用，但该类方式会造成雷 达和通信在空域、时域、频域、码域均不能实现资源共享，使其应用受到限制。
[0004] 对于直接使用通信信号的雷达波形设计方法，主要采用正交频分复用 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing， 0FDM)符号，该 OFDM 符号具有 很高的频谱利用率，抗多径衰落，便于同步和均衡，并且该OFDM符号含有的子载波 调制也很灵活，使得在通信中的应用极为广泛。已有学者研究OFDM符号在雷达中 的应用，文南犬''Tianxian Zhang, Xiang-Gen Xia. OFDM Synthetic Aperture Radar Imaging With Sufficient Cyclic Prefix[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，2015,53(l):394-404." 和文献"Satyabrata Sen. OFDM Radar Space-Time Adaptive Processing by Exploiting Spatio-Temporal Sparsity[J]. IEEE Transactions on Signal Processing，2013,61(l):118-130·"，以及文献"张卫，唐希源， 顾红等.OFDM雷达信号模糊函数分析[J].南京理工大学学报，2011，35(4) :513-518. "和 文南犬''Satyabrata Sen, Arye Nehorai. Sparsity-Based Multi-Target Tracking Using OFDM Radar [J]. IEEE Transactions on Singnal Processing, 2011, 59 (4) : 1902-1906. 但该文献均未考虑雷达和通信的一体化，并且在雷达发射信号的每一脉冲内均只发射一 个OFDM符号，若直接用于实现通信功能，则存在信息传输率低且同步困难文献"Christian Sturm 1Werner ffiesbeck. Waveform Design and Signal Processing Aspects for Fusion of Wireless Communications and Radar Sensing[J]. IEEE Transactions on Proceedin gs，2011，99 (7) : 1236-1259"虽考虑雷达和通信的一体化，并采用收发分置的连续波发射方 式，通过矩阵点除法实现目标距离和目标速度的估计，但是使用该方法获得雷达的目标距 离和目标速度的分辨率均很低。
【发明内容】
[0005] 针对以上现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种基于OFDM的高分辨率雷 达通信一体化的波形优化方法，实现提高通信的数据率和雷达的高分辨率参数估计同时进 行。
[0006] 本发明的主要思路是：雷达发射端采用脉冲发射方式得到雷达发射端发射的信 号，并分别发送至通信端和雷达接收端，该信号到达通信端后进行信息解调，得到信息解调 后的信号，对雷达接收端接收到的该信号的回波信号分别进行脉冲压缩处理和通信信息补 偿，分别得到目标对应的目标估计距离和通信信息补偿后的回波信号，对该回波信号进行 解相干处理，得到多个时间子阵的平均值，利用MUSIC算法计算该平均值中与目标距离和 目标速度有关的谱函数，进而得到目标对应的存在距离模糊的目标距离和无模糊的目标速 度，对存在距离模糊的目标距离进行解距离模糊处理，得到目标对应的无模糊目标距离和 无模糊的目标速度，即为目标对应的目标真实距离和目标真实速度。
[0007] 为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
[0008] -种基于OFDM的高分辨率雷达通信一体化的波形优化方法，其特征在于，包括以 下步骤：
[0009] 步骤1，雷达发射端采用脉冲发射方式发射P个脉冲，得到雷达发射端发射的 PXNs个有效OFDM符号；其中，P表示雷达发射端发射的脉冲总个数，N s表示雷达发射端发 射的每一个脉冲包含的有效OFDM符号总个数；
[0010] 步骤2,根据雷达发射端发射的PXNs个有效OFDM符号，得到雷达端发射的第p个 脉冲中的第η个有效OFDM符号的信号S t (t-ηΤ-ρ?；)，并分别发送至通信端和雷达接收端； 其中，雷达发射端也是雷达接收端，P e {1，2,…，Ρ}，P表示雷达发射端发射的脉冲总个数， n e {1，2,…，Nj，队表不雷达发射端发射的每一个脉冲包含的有效OFDM符号总个数，t表 示时间变量，?；表示脉冲重复周期，T表示有效OFDM符号持续时间；
[0011] 步骤3,雷达发射端发射的第p个脉冲中的第η个有效OFDM符号的信号 St (t-ηΤ-ρ?；)，经过传播过程中的衰减和延迟到达通信端，并按照传统正交频分复用通信解 调方式对其进行信息解调，得到信息解调后的信号；
[0012] 其中，ρ e {1，2,…，P}，P表示雷达发射端发射的脉冲总个数，n e {1，2,…，Ns}， 队表不雷达发射端发射的每一个脉冲包含的有效OFDM符号总个数，t表不时间变量，1\表 示脉冲重复周期，T表示有效OFDM符号持续时间；
[0013] 步骤4,对雷达接收端接收到的雷达发射端发射的第p个脉冲中的第η个有效 OFDM符号的信号st(t-nT-p!；)的回波信号进行脉冲压缩处理，得到队个目标各自对应 的目标估计距离ξ，对雷达接收端接收到的雷达发射端发射的第P个脉冲中的第η个有效 OFDM符号的信号St(t-ηΤ-ρ?；)的回波信号进行通信信息补偿，得到通信信息补偿后的回波 信号；
[0014] 其中，ρ e {1，2,…，Ρ}，P表不雷达发射端发射的脉冲总个数，n e {1，2,…，Ns}， 队表不雷达发射端发射的每一个脉冲包含的有效OFDM符号总个数，t表不时间变量，1\表 示脉冲重复周期，T表示有效OFDM符号持续时间，i e {1，…，NJ，Nt表示雷达接收端所在 场景中的目标总个数；
[0015] 步骤5,对通信信息补偿后的回波信号进行解相干处理，得到第k个时间子阵的协 方差矩阵:?，进而得到凡-M+l个时间子阵的平均值食；其中，N。表示每一个有效OFDM符号 包含的载波数，M表示每一个时间子阵包含的载波个数；
[0016] 步骤6,利用MUSIC算法计算Ne_M+l个时间子阵的平均值R中与目标距离和目标 速度有关的谱函数P (V，R)，进而得到队个目标各自对应的存在距离模糊的目标距离t和无 模糊的目标速度《；其中，N。表不每一个有效OFDM符号包含的载波数，M表不每一个时间子 阵包含的载波个数，i e {1，2,…，Nt};
[0017] 步骤7,对Nt个目标各自对应的存在距离模糊的目标距离我分别进行解距离模糊 处理，得到N t个目标各自对应的目标真实距离I:;其中，i e {1，*"，^}，队表示雷达接收端 所在场景中的目标总个数。
[0018] 本发明有益效果：
[0019] 1)本发明采用脉冲发射方式，能够使得发射的每一脉冲由多个子脉冲构成，并且 每个子脉冲为一个OFDM符号，也能够在发射的每个脉冲内实现通信信息传输，与以往传统 的通信方式相比较能够提高通信的数据率；
[0020] 2)与传统的OFDM符号相比，本发明方法使用的OFDM符号中包含循环前缀部分，该 循环前缀部分可以有效抑制由多径传播导致的码间干扰；
[0021] 3)本发明中的雷达发射端发射的信号与传统雷达发射的线性调频信号方式在距 离分辨率方面相比，不仅能够实现通信功能，还能够在相同脉冲宽度、相同脉冲重复周期和 相同信号带宽下，实现与FFT算法处理结果相同的目标距离和目标速度的高分辨率目的。
【附图说明】
[0022] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0023] 图1为本发明的一种基于OFD