基于mimo雷达通信一体化信号的变进制编解码方法
【专利摘要】本发明涉及雷达通信技术，其解决了现有MIMO雷达通信可能存在编解码双方的先验信息不同步的问题，提供了一种基于MIMO雷达通信一体化信号的变进制编解码方法，其技术方案为：首先使用遗传算法优化出(M-1)×Ls个扩频子码串，将其均分为M-1段，每一段扩频子码串对应一个通道，作为该通道的备用子码串，再将第n个通道所要传送的通信信息映射为数值Dn,然后将包含通信信息的数值Dn转换成变进制数，再得到扩频子码串排列序号，然后再依次生成携带信息的各发射通道的扩频子码串，最后将生成的携带信息的各发射通道的扩频子码串加入基准通道信号序列，构成扩频子码串分配表，经过信号生成及上变频并发射出去。本发明的有益效果是，增加吞吐率，适用于MIMO雷达。
【专利说明】基于MIMO雷达通信一体化信号的变进制编解码方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及雷达通信技术，特别涉及MMO雷达/通信射频一体化技术。
【背景技术】
[0002]雷达和通信两大系统功能不同，但都依赖于电磁波的发射和接收，系统结构上也有相当大的相似或雷同之处。固态器件和数字信息技术的发展使雷达和通信共享硬件资源变得现实可行。雷达通信一体化系统能够在完成空间目标探测、跟踪和定位的同时，进行制导、控制所需的实时数据传输，对实现装备的通用化、小型化和多功能化，在不增加系统复杂性的前提下提升装备体系的自动化、网络化水平，具有非常现实的意义，是未来电子作战平台综合一体化系统发展的主要方向。
[0003]雷达和通信共享信号的方式主要有以下三类类型:①独立波形，分时信道；②独立波形，同时信道；③波形共享，见[基于MMO的雷达通讯一体化技术刍议[C].刘红明，张玮，李军，何子书，刘娜.雷达会议.2012 (Il)J0其中波形共享是目前研究的热点，波形设计及信号处理技术的研究是波形共享射频一体化系统的必要基础。本专利的内容即属于这一范畴。
[0004]射频一体化已有的研究主要针对相控阵雷达体制进行，由于传统相控阵雷达主要以窄波束工作，很难同时覆盖跟踪目标和导弹、己方飞机等远程通信对象，通信和探测任务只能分时进行，一体化系统时间和能量资源的使用效率受到很大限制，见[基于舰载相控阵雷达的一体化通信系统研究[AL胡玉平.现代雷达，2008(1)]。基于波形共享的射频一体化系统研究仍旧处于起步阶段，采用的共享信号主要是线性调频信号(LFM)或正交频分复用信号(OFDM)等常用的雷达信号波形，加载在发射信号中的通信信息表现为初始频率、调频斜率等参数的变化，这种方式兼顾了雷达与通信系统的不同要求。接收端通过分数阶傅里叶变换完成信息提取，其能量聚集的不同位置代表了信息解码的不同结果，见[基于Chirp信号的雷达通信一体化研究[Α].李晓柏，杨瑞娟，程伟.雷达科学与技术，2012(4).180-186]。然而线性调频信号不是通信中常用的信号形式，在解决收发同步、多径环境下的信息提取等方面，会遭遇很难解决的技术问题。
[0005]MMO(多输入多输出)雷达起源于通信中的MMO思想，相对相控阵雷达具有明显的优势，见[ΜΙΜ0雷达概念及其技术特点分析.何子述，韩春林，刘波.电子学报.2005, 33 (12Α): 2441-2445]。工作于MMO宽波束照射模式时，探测、跟踪的目标和远程通信对象很容易同时处于MMO雷达的探测波束之中。因此，以MMO技术为背景的射频一体化系统更具可行性和实用性。只要选择合理的编码方式，将通信信息以特定的格式包含在雷达探测波形中，便能够在完成目标跟踪或探测的同时，向波束照射范围内的通信设备传送信息。使用大时宽相位编码信号时，MMO雷达与扩频通信的系统参数非常接近，为本专利提供了又一理论依据，详见专利[刘红明，张玮，严茁，李军，何子述.一种基于MMO雷达通信的一体化编解码方法:中国，CN103401661 [Α].2013-11-20 [2014-03-05]]。采用其中的扩频码的设计方法和变进制数，按照某一规则对扩频码进行编码，且编码方式必须有对应的译码方式， 对应保证了其信息传输的有效性。但该方案在编解码双方的先验信息同步的问题上未做深入研究，在编解码的实时性问题上优化不够完善。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是要克服目前MIMO雷达通信可能存在编解码双方的先验信息不同步的缺点，提供一种基于MIMO雷达通信一体化信号的变进制编解码方法。
[0007]本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，基于MMO雷达通信一体化信号的变进制编码方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0008]步骤1、MIMO雷达设置有M个通道，第M个通道加载时频基准信号，其余M_1个通道加载通信信息；
[0009]步骤2、使用遗传算法优化出(M-1) XLs个扩频子码串，将其均分为M_1段，按照通道顺序及扩频子码串的顺序以每一段扩频子码串对应一个通道，作为该通道的备用子码串，将第η个通道的扩频子码串记为Sn:1、Sn，2、……、Sgs，设每个通道有L个信息位，其中
Ls>L,则总共能表示的状态个数为
【权利要求】
1.基于MIMO雷达通信一体化信号的变进制编码方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、MIMO雷达设置有M个通道，第M个通道加载时频基准信号，其余M-1个通道加载通信信息； 步骤2、使用遗传算法优化出(M-1) XLs个扩频子码串，将其均分为M-1段，按照通道顺序及扩频子码串的顺序以每一段扩频子码串对应一个通道，作为该通道的备用子码串，将第η个通道的扩频子码串记为Sn，1、Sn，2、……、Sgs，设每个通道有L个信息位，其中Ls>L，
T则总共能表示的状态个数为4 =打(&4 + 1)，其可携带的信息量为 步骤3、将第η个通道所要传送的通信信息映射为数值Dn，其取值范围为:O A[；s—I，其中，η = 1，2，……，Μ—1 ; 步骤4、将包含通信信息的数值0?转换成变进制数:qn，iqn，2……qg，其中，η =1，2，……，Μ-1，则变进制数第k位的数值即为qn，k ； 步骤5、根据转换成的变进制数得到扩频子码串排列序号，记为Pfel), p(n,2),……，P (n, L); 步骤6、根据扩频子码串排列序号依次生成携带信息的各发射通道的扩频子码串； 步骤7、将生成的携带信息的各发射通道的扩频子码串加入基准通道信号序列，构成所有发射通道的扩频子码串分配表，经过信号生成及上变频并发射出去。
2.如权利要求1所述的基于MMO雷达通信一体化信号的变进制编码方法，其特征在于，步骤4中，所述数值DnS 10进制数。
3.如权利要求1所述的基于MMO雷达通信一体化信号的变进制编码方法，其特征在于，步骤4中，所述将包含通信信息的数值DnR换成变进制数:qn，iqn，2……qn,L的方法为: 步骤41、预设i = O ; 步骤42、将Dn除以Ls-L+1+i,得到的余数记为Q1^i,商记为Dg+i ； 步骤43、令i = i+Ι，判断i是否大于L-1，若是则进入步骤44，若不是则回到步骤42 ； 步骤44、得到变进制数......qn，L。
4.如权利要求3所述的基于MMO雷达通信一体化信号的变进制编码方法，其特征在于，步骤5中，所述根据转换成的变进制数得到扩频子码串排列序号，记为p(nU)，P(m’2),......, P(nl’L)的方法为: 步骤51、令F为扩频子码串序号数组，初始状态下F(i) =i，i = l、2、……、Ls; 步骤52、预设k = I ; 步骤53、设置第k个编码单元分配的扩频子码串序号为p(n，k) =F(qn,k+l)；
步骤 54、令 j = qn，k+l ； 步骤55、重排序号数组内容:F(j) — F(j+1)； 步骤56、令j = j+1，判断j是否等于Ls-k+1，若是则进入步骤57，若不是则回到步骤55 ； 步骤57、令k = k+Ι，判断k是否大于L，若是则进入步骤58，若不是则回到步骤53 ； 步骤58、编码结束，得到扩频子码串排列序号p(lU)，p(n,2),……，p(n,L)； 步骤59、重复步骤51至步骤58，完成除最后一个通道的所有通道的编码。
5.如权利要求3所述的基于MMO雷达通信一体化信号的变进制编码方法，其特征在于，步骤6中，所述携带信息的各发射通道的扩频子码串中，每个通道的第一个子码串作为其相偏基准子码串使用。
6.基于MMO雷达通信一体化信号的变进制解码方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤A、接收信号，对接收到的信号进行数字下变频，得到接收信号数据y (b)，计算完成时延Abtl估计和频偏Af校正，自接收信号前沿开始截取有信息段的数据； 步骤B、将截取得到的数据分为L段进行处理，每段长度为扩频子码串长度C，第e段信号对应着所有通道的第e位信息，其表示为:ye (b) = y (b+ (e-1) C- Λ b。)，其中，I≤b≤C ;步骤C、用相关法一次提取第η通道各信息位的通信信息； 步骤D、由子码串编号矩阵变换得到第η通道的变进制形式的通信信息，其中，第e位的数值记力5 步骤E、将变进制形式的通信信息变换成所需要的进制信息。
7.如权利要求3所述的基于MMO雷达通信一体化信号的变进制解码方法，其特征在于，所述步骤C包括以下具体步骤: 步骤Cl、将分段数据y>)分别与扩频子码串S1^Sn,……，Sgs进行相关处理，得到相关结果:Ujie = yc(b)SlUl，其中，h = 1、2、......、Ls, e=l、2、......、L, η = 1、2、......、M-1 ； 步骤C2、基于多远检测方法，提取第η通道的第e位信息，记为，其计算公式为:
8.如权利要求3所述的基于MMO雷达通信一体化信号的变进制解码方法，其特征在于，所述步骤D包括以下步骤: 步骤 Dl、令I; 步骤D2、令e = 2 ； 步骤 D3、$5n,e = iv-1，J=I; 步骤D4、判断是否大于，若是则令毛>6 =毛,6 -1，进入步骤D5，若不是则直接进入步骤D5 ； 步骤D5、令j = j+1，判断j是否等于e，若是进入步骤D6，若不是则回到步骤D4 ； 步骤D6、令e = e+Ι，判断e是否大于L，若是则进入步骤D7，若不是则回到步骤D3 ；步骤D7、重复步骤Dl至步骤D6，依次解出除最后一个通道的所有通道的变进制形式的通信信息； 步骤D8、解码结束，得到各通道发射信号序列。
9.如权利要求3所述的基于MMO雷达通信一体化信号的变进制解码方法，其特征在于，步骤E中，所述所需要的进制信息为十进制信息。
【文档编号】H04L1/06GK103997395SQ201410261798
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】李军, 陈克微, 姜钦山, 王珍, 刘静秋, 李朝海, 王德旺 申请人:电子科技大学