基于OFDM波形的雷达和通信一体化研究

雷达和通信一体化是一种具有信息交互和目标信息探测功能的系统,是近年来雷达和通信技术发展的一个重要方向.OFDM技术是公认的4G关键技术,具有良好的抗多径和抗干扰能力,并且OFDM技术在雷达领域具有很高的研究价值,基于此提出一种基于OFDM波形的雷达和通信一体化系统模型,阐述信道估计在雷达和通信一体化系统中的重要作用,对其中信道估计算法进行研究,搭建仿真平台进行了仿真实验,对几种基于导频的信道估计算法的性能进行了分析比较.     

基于多载波调制的太赫兹通信感知一体化系统性能联合优化

单一的雷达指标和通信指标难以评价通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication, ISAC)系统的整体性能,不同的ISAC应用场景对通信和雷达的性能需求不同。提出了ISAC联合优化方案,能够将通信指标和雷达指标联合,并使一体化波形根据不同场景做适应性改变,提高了ISAC系统整体性能。推导了雷达条件互信息(Mutual Information, MI)和通信数据信息速率(Data Information Rate, DIR),在总功率的约束下,设计并实现了雷达MI和通信DIR的联合优化方案,通过求解凸函数优化问题得到了优化的发射功率,从而优化一体化波形。通过仿真和实验验证了联合优化方案的有效性,对比了基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)信号和正交啁啾分复用(Orthogonal Chirp Division Multiplexing, OCDM)信号调制的光子太赫兹一体化系统的优化效果,得出OFDM一体化系统具有更好的优化效果,性能提升较大。     

雷达通信一体化:共用波形设计和性能边界

很多军事和民用平台都同时具备雷达与通信功能.传统的分立式设计增加了系统的体积、功耗和成本,并降低了系统的电磁兼容性能.雷达通信一体化设计能够让雷达和通信共享硬件平台,从而克服上述缺点,受到了学术界和工业界的广泛关注.总体来看,雷达通信一体化可以通过资源分配和共用波形来实现.共用波形的方式具有更高的频谱效率和功率效率,并...     

多符号OFDM雷达通信一体化波形优化设计方法

雷达通信一体化有利于提高设备硬件资源利用率和频谱利用率,改善频谱拥挤现象,成为近年来研究的热点.针对直接信息调制一体化信号旁瓣较高、扩频信息调制一体化信号带宽较大的缺点,提出了一种加权预处理一体化波形优化方法.分析了多符号正交频分复用雷达通信一体化信号的模糊函数及其相关函数对模糊函数的影响,利用鲸鱼优化算法选择加权系数来改善原始序列的自相关和互相关特性,进而优化模糊函数的峰值旁瓣比性能.仿真结果表明,所提的一体化波形设计方法带宽更小,同时峰值旁瓣比性能进一步得到优化,通信速率和误比特率性能满足通信需求,具有较好的雷达通信一体化性能.     

基于OFDM随机步进频的雷达通信一体化信号模型

为了解决雷达通信一体化系统中的雷达信号与通信信号较难分离的问题,在正交频分复用(OFDM)雷达的基础上,提出了一种基于OFDM脉间随机步进频的雷达通信一体化信号模型,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,从而使一体化信号能同时实现雷达探测和数据通信功能,避免了信号分离。同时设计了雷达通信一体化方案,在雷达接收端,运用相关法实现一维距离成像;在通信接收端,通过带通滤波器组检测频率点解调数据。仿真实验结果表明,一体化信号能实现分米级的距离高分辨和速率为Mbit/s级的数据通信,能够满足大批量数据传输的要求。     

面向无人机网络的通信感知一体化的高效能波形选择方法

将感知功能集成入通信设备实现通信感知一体化功能，正在成为无人机通信网络的一个关键特征。现有通信感知融合方案集中于单一波形下的设计，缺乏对无人机飞行场景和波形的适配性研究；此外，无人机感知方式集中于雷达主动探测感知，无人机网络内存在较大的感知信息共享开销。基于此，首先梳理了典型通感融合波形的算法复杂度、载荷能力以及在高动态场景下的误码率性能等指标，引入综合效能指标以表征不同波形的综合能效特征，提出了一种基于感知信息驱动的通感融合波形选择机制，并针对该选择机制中所需决策算法进行了讨论分析，设计了一种“基于先验信息辅助的Q-Learning”波形决策算法，通过结合无人机事先已训练所得“感知信息-波形”先验信息映射与应用“Q-Learning”方法对实际飞行场景进行动态学习，实现在不同场景下无人机所采取通信方案的综合效能提升。为进一步降低主动感知无人机间系统开销，基于所提波形选择机制又提出了一种信号发送端主动感知与信号接收端被动感知相结合的主被动融合感知方案。最后通过仿真证明所提波形选择机制可以显著提高综合效能，验证了“基于先验信息辅助的Q-Learning”波形决策算法性能近似于理想判决，同...     

基于失配处理的OFDM雷达通信一体化共享信号旁瓣抑制技术

现代电子信息系统的应用领域在不断拓展,导致雷达和通信的带宽需求日益增长、工作频段不断重合,引发了电磁频谱竞争激烈、电磁干扰严重和电磁资源利用率低下等诸多问题。鉴于此,国内外专家学者提出了雷达通信一体化共享信号的解决思路。其中,OFDM信号被视为最有潜力的一体化共享信号。然而,受通信信息的高随机性和OFDM帧结构的周期性影响,该信号的雷达点扩展函数旁瓣较高,且存在大量伪峰。为此,本文围绕OFDM雷达通信一体化共享信号,从模糊函数的角度剖析了该信号的本质缺陷,并提出了一种利用失配滤波将旁瓣和伪峰外推至雷达观测窗口外的处理算法。通过理论分析和仿真可知,该算法可使OFDM一体化共享信号兼备高速通信和高性能雷达探测性能。      

OFDM雷达通信一体化波形相参积累研究

传统雷达系统不同脉冲发射相同的波形,而在OFDM雷达通信一体化系统中,为了最大化通信数据率,不同脉冲需要发射不同的OFDM雷达通信一体化波形。在进行多脉冲相参积累时,一体化波形不同脉冲间的差异可能会导致目标能量积累性能下降。针对该问题,本文从理论上推导发现,当通信调制信息服从相位均匀分布时,不同脉冲波形在脉冲压缩处理后,主瓣内的相位与时间延迟成线性关系。此外,不同脉冲间,由多普勒引入的相位变化占主导因素,而时域非完全匹配所造成的相位改变可忽略。理论分析和仿真实验表明,OFDM雷达通信一体化波形不会影响目标在主瓣内能量的相参积累。      

基于频率调制的多载波Chirp信号雷达通信一体化研究

为了减少电子战平台的体积和电磁干扰,一种有效的途径就是实现雷达与通信的一体化.该文针对雷达通信一体化信号设计中存在的不兼容和互干扰问题,根据信号能量共享的原则,提出了基于频分准正交多载波Chirp 信号的雷达通信一体化波形及其相应的系统实现方法.并采用宽带模糊函数对多载波一体化信号特性进行了详细分析,进一步研究了一体化信号的处理过程以及其系统性能.在均衡子载波准正交性和通信频谱效率下,通过理论分析和仿真结果表明在多载波频谱重叠率为20％的情况下,一体化信号能够满足雷达的常规探测,并且具有较低的误码特性.     

GDS-MIMO-OFDM雷达通信一体化波形设计

针对正交频分复用(OFDM)雷达通信一体化波形存在的通信速率较低、自相关旁瓣较高的问题,提出了一种基于Gold码扩频的多输入多输出-正交频分复用(MIMO-OFDM)雷达通信一体化波形。将MIMO-OFDM与扩频序列相结合,利用相关性较好的Gold码对通信信息进行扩频,再与OFDM脉冲符号进行调制,进而设计出一种既能提高通信速率又能改善雷达性能的一体化波形。仿真实验证明,较相同仿真条件下的Gold-OFDM、脉冲压缩-正交频分复用(PC-OFDM)一体化波形而言,所设计的一体化波形的通信速率能够倍数提高且可以在不影响通信性能的前提下降低信号模糊函数的旁瓣,从而改善一体化系统的雷达性能。     

基于LFM 信号相位/ 调频率调制的探通一体化共享信号设计

探通一体化是雷达对抗复杂电磁干扰的一种重要手段,其中基于线性调频(LFM)信号的共享信号设计是实现探通一体化的关键技术之一。文中提出了一种LFM 信号相位/ 调频斜率调制的探通一体化共享信号设计方法,通过设计附加相位或调频斜率以实现基准LFM 信号的调制,构建一个具有良好自相关和互相关性能的共享信号库。仿真给出了共享信号设计参数的选取依据,并分析了其探测及通信性能,证明了其在目标检测及通信应用中的优势。     

雷达通信一体化波形应用研究

根据雷达通信一体化应用需求,提出了副载波和非均衡四相键控(UQPSK)调制两种波形,分析了副载波信号的模糊函数,对副载波和UQPSK信号的模糊函数和脉压结果进行了仿真。通过合理分配通信信号和雷达信号的功率,两种波形均可以实现雷达与通信信号的同时传输。副载波信号采用线性/非线性调频,对多普勒不敏感,雷达处理相对比较简单,但频谱的效率却比较低。UQPSK信号虽然提高了频谱效率,但存在码间串扰,并且由于使用二元伪随机序列,波形对多普勒较敏感。     

面向频谱共存的MIMO雷达波形设计综述

多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）雷达良好的空间分集和波形分集能力使其在目标检测和参数估计等方面有着传统雷达无法比拟的突出优势。然而,随着信息技术的快速发展,雷达和通信系统对频谱资源的需求日益增长。频谱资源稀缺导致雷达和通信系统势必出现竞争频谱资源的问题,进而使得二者相互干扰并导致性能下降。针对面向频谱共存的MIMO雷达波形设计问题,介绍了MIMO雷达的基本概念、信号模型以及信号处理任务,对MIMO雷达波形设计问题的一般形式,以及面向典型应用场景的波形设计问题进行了概述。为通过发射波形设计提高MIMO雷达在频谱拥塞环境中的性能,对频谱约束下的MIMO雷达波形设计、MIMO雷达与通信系统协同设计和雷达通信一体化等领域的研究进展进行了系统的评述和总结,并展望了下一步的研究方向。     

基于去斜滤波与稀疏恢复的探干一体化系统直达波抑制技术

探测干扰一体化系统通过波形一体化设计,利用无典型雷达信号特征的干扰信号进行探测,共享波形、频率、时间、孔径等资源,极大提升了系统资源的综合利用率。然而,为实现有效干扰,探测干扰一体化波形在频段上会与对方雷达信号有所重叠,一体化设备探测回波会受到由对方雷达发射信号带来的强直达波影响,造成探测性能的严重恶化。本文考虑探干一体化系统与线性调频雷达对抗的场景,提出了两种直达波抑制算法（去斜频域滤波与稀疏恢复）。在第一种算法中,通过分数阶傅里叶变换（Fractional Fourier Transform,FRFT）估计对方线性调频直达波调频斜率,构造回波去斜函数,将直达波分量变换为点频信号后通过频率滤波进行滤除。在第二种算法中,以去斜滤波方法作为预处理步骤,针对直达波功率强时去斜滤波带来的回波能量损失问题,利用稀疏恢复的方法恢复损失信号,进一步提升了探干一体化系统的探测能力。通过仿真和实测结果验证了算法可行性。     

集中式MIMO雷达研究综述

多输入多输出(MIMO)雷达作为一种新体制雷达,利用其发射波形分集的特点,在目标检测、参数估计、射频隐身及抗干扰等诸多方面展现出了突出的性能,经过学者们近20年的深入研究,基于正交波形的MIMO雷达相关理论日臻完善,并在汽车辅助驾驶、安全防卫等领域得到广泛应用。近年来,随着电磁环境感知及知识辅助等概念的引入,基于波形优化的MIMO雷达主动抗干扰、射频隐身、以及探测-通信一体化等技术受到学者们的关注并得到深入研究。该文力图对学者们近20年来围绕MIMO雷达的研究工作进行归纳与综述,内容主要包括:正交波形MIMO雷达原理、目标探测性能分析、典型应用;正交波形MIMO雷达波形设计与特点;基于知识的认知MIMO波形设计与算法;基于MIMO的探测-通信一体化波形设计与算法;MIMO雷达信号处理、数据处理及资源管理。论文最后对MIMO雷达在机载应用中的空时处理(STAP)、MIMO雷达在成像中的信号处理、以及基于时分多波形分集的线性调频毫米波MIMO雷达信号处理等进行了讨论。      

基于SQP 算法的MIMO 雷达波形设计与工程实现

为了有效利用MIMO 体制雷达的波形分集能力,需要对雷达发射波形进行正交性设计,从工程实现 的角度出发,针对MIMO 雷达发射信号的正交性要求,利用序列二次规划方法设计正交相位编码信号波形。通过仿 真分析,重点研究了信号数量、码长对波形正交性能的影响以及波形与雷达发射方向图之间的关系,验证了该方法 的有效性和优异性,并与经典的遗传算法进行了仿真比较,最后依托波形产生系统完成了波形的工程实现,并且成 功应用到了雷达系统中。结果表明,采用该方法能够获得较低的自相关旁瓣峰值和互相关峰值,设计出符合雷达系 统要求的正交波形。     

基于量子遗传算法的MIMO雷达正交信号波形设计

正交信号波形设计是MIMO雷达领域的研究热点,随着技术的发展,MIMO雷达对正交信号波形的性能要求越来越高。针对现有MIMO雷达正交信号波形互相关峰值较高且算法收敛速度慢的问题,为了提高码长较长的正交信号波形的性能,本文使用量子遗传算法,将量子计算与遗传算法相结合,进一步降低了波形的互相关峰值,一方面降低了不同目标回波之间的相互干扰,提高了雷达系统的检测性能,另一方面使雷达系统更难被敌方定位,提高了雷达的战场生存能力。仿真试验的结果表明,该方法能有效提高波形的正交性能,并加快了优化的速度。      

有色噪声背景下自适应雷达波形优化设计

仅以提高雷达检测性能为目标所设计的发射波形通常具有较高距离旁瓣和峰均比,不利于微弱信号检测和实际工程应用。针对上述问题,提出目标信号子空间加权的自适应波形优化方法。给出利用环境中有色噪声的统计特性改善目标检测性能的系统模型,选取目标-有色噪声矩阵的大特征向量构成目标信号子空间,建立在该子空间上优化加权系数使发射波形满足自相关性能和峰均比约束的目标函数,并采用序列二次规划算法进行求解。该方法所优化发射波形能有效抑制有色噪声,同时获得较好的自相关特性和峰均比,改善雷达综合性能。仿真结果表明了该方法的有效性和灵活性。     

基于OFDM 波形的短波通信与超视距雷达集成实验研究

该文利用武汉大学新近研制的全数字主被动一体化高频地波雷达硬件平台,开展了短波通信与雷达探测的一体化实验研究。结合高频电波特定传播环境,首先从通信角度介绍了正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)在短波通信中的关键技术,然后从雷达探测角度分析了OFDM 参数设计准则及其对超视距雷达探测性能的影响,最后说明了通信信号解调与探测信息获取的处理流程及部分关键技术,并介绍了硬件平台、参数配置及实验结果。结果表明OFDM 波形是一种良好的雷达通信一体化信号,该技术对超视距雷达(Over-The-Horizon Radar, OTHR)组网探测研究具有重要意义。      

基于雷达发射波形和非匹配滤波联合设计的间歇采样转发干扰抑制方法

间歇采样转发干扰(ISRJ)是基于欠采样原理的新型雷达相干干扰技术,能够形成密集假目标干扰。该文针对抗间歇采样转发干扰问题,提出一种雷达发射波形和非匹配滤波联合设计的抗干扰方法。首先,以发射信号脉冲压缩积分旁瓣能量和干扰信号非匹配滤波输出积分能量为目标函数,综合考虑发射信号的幅度约束,建立了间歇采样转发干扰抑制的数学优化模型。然后,通过问题分解推导了雷达发射波形和非匹配滤波器的解析表达式,基于迭代算法设计了发射波形和非匹配滤波器。最后,通过仿真实验的方式验证了发射波形和非匹配滤波器的性能、抗间歇采样转发干扰性能以及所提方法的间歇采样转发干扰抑制能力。