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。      

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OFDM的雷达通信一体化信号设计

随着雷达系统和通信系统的快速发展,二者之间相互融合,能够凸显一体化系统设计和应用便利优势,如在通信系统方面,高数据速率传输能够更好地满足信号大带宽拓展需求,在一定程度上推动通信工作频段往高频段方向发展,有利于进行一体化的信号设计和应用。为此,从正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）信号的峰值平均功率比（Peak to Average Power Ratio,PAPR）性能问题出发,通过仿真分别研究和探讨不同子载波数目以及调制方式对于OFDM一体化信号的PAPR特性的影响,列举两种改善PAPR性能的技术方法,以期达到预设的研究目标。     

一种超分辨OFDM雷达通信一体化设计方法

传统OFDM雷达通常不考虑传递通信信息,该文设计出一种新的基于OFDM的雷达发射方式以实现雷达和通信的一体化,并提出一种基于通信信息补偿的目标距离速度联合高分辨估计方法。所设计的雷达发射方式,采用脉冲发射,每个脉冲由多个OFDM符号构成,在脉冲内实现通信功能;在雷达相干处理时间内,对回波进行通信信息补偿和解相干处理后,采用子空间投影方法实现对目标距离和速度的联合超分辨估计。理论分析和仿真实验表明,所提方法能够在保证通信功能的条件下,可有效实现雷达目标距离和速度的联合超分辨估计。     

OFDM雷达通信共享信号距离旁瓣抑制研究

在采用自适应调制技术的正交频分复用（OFDM）雷达通信一体化系统中,共享信号通常具有非矩形且变化的功率谱,这导致传统旁瓣抑制方法出现主旁瓣比降低及信噪比损失增加等问题。针对该情况,提出了一种新的OFDM共享信号距离旁瓣抑制方法,根据发射信号功率谱自适应设计幅度加权函数,将旁瓣抑制问题转化为优化问题求解。仿真结果表明,该方法在发射信号频谱变化甚至断续的情况下,都能有效抑制OFDM共享信号的距离旁瓣,且具有远小于常规方法的信噪比损失。      

多载频相位编码雷达通信一体化研究

为了最大程度地利用资源和减小电磁干扰,电子战平台的雷达通信一体化设计有着尤为重要的意义。针对通信中成熟应用且在雷达中有较好前景的正交多载频波形,提出直接序列扩频正交频分复用( OFDM)进行雷达通信一体化的想法。给出了实现方法,重点对该一体化信号模糊函数进行求解和分析,指出增加子载波数目信号分辨性能更佳;随机的信息流仅对模糊函数的邻道干扰项造成影响,为进一步优化一体化信号旁瓣性能提供了理论依据。最终的仿真结果和性能分析表明,该一体化信号能够实现雷达通信一体化的目的。     

恒包络OFDM雷达通信一体化研究

提出一种新的OFDM雷达通信一体化系统模型,通过DFT预编码和交织式子载波映射解决了OFDM信号峰均功率比较高的问题,实现了OFDM信号的包络恒定。同时,给出一体化系统信号处理方案,在通信接收端,通过传统的OFDM信号解调得到通信数据。在雷达接收端,通过二维联合搜索和时域相位测量进行目标速度的估计;结合相关处理和频域相位测量,实现雷达的高精度测距。仿真结果表明,在保证通信传输功能的前提下,一体化系统能够实现厘米级别的测距精度和米每秒级别的测速精度。     

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。     

一种OFDM雷达通信一体化的距离超分辨方法

针对雷达通信一体化中的共享信号设计问题,设计了一种脉冲体制正交频分复用(OFDM)波形,并提出了一种基于OFDM共享信号的雷达通信一体化距离超分辨方法.每一脉冲为通信中的一帧,实现通信信息调制,并讨论了利用雷达副瓣进行通信信息传输的可行性.在雷达相干处理时间内,利用脉间通信调制信息的随机性实现距离解模糊,然后在通信信息补偿后构建距离的稀疏重构模型,并利用实现距离的超分辨估计.理论分析和仿真实验说明,所提方法能有效提高距离分辨力,并实现Mbit/s的数据通信.     

调频连续波MIMO雷达OFDM波形设计

对于多输入多输出调频连续波雷达,正交波形设计是其最关键的技术之一。传统频分波形采用频率调制方法,使得各信号在频域上互不重叠,通过带通滤波实现多通道分解,该方法信号带宽大、系统复杂,且由于采用带通滤波,信号相干性差。因此针对调频连续波雷达,本文提出了一种新的正交波形设计方法。该方法基于正交频分复用原理,一个信号周期包含M个线性扫频周期,其中M为正交信号个数,去调频接收后,作快时间离散傅里叶变换,通过多相分解实现信号分解。该方法不需要带通滤波,信号相干性好、带宽窄、系统简单。论文最后,通过仿真实验验证了波形设计的正确性和有效性。      

基于粒子群算法的超宽带脉冲波形设计

首先分析了在超宽带系统中高斯脉冲成形因子和微分阶数对其能量谱密度的影响,并在此基础上,为了提高高斯脉冲波形的频谱利用率,采用高斯导函数线性组合来产生脉冲波形,提出并分析了一种基于粒子群（PSO）优化算法的超宽带无线脉冲波形优化设计方法,仿真表明该方法产生的高斯导函数线性组合脉冲能够很好地满足FCC的频谱掩模限制。     

基于软件通信体系结构的OFDM波形实现

探讨了软件定义无线电开放的软件通信体系结构(SCA),实现了其核心框架,在此基础上给出了OFDM波形应用的开发过程,这些都为以后其他波形应用的开发提供了基础。     

基于特征值矩阵参数优化的雷达嵌入式通信波形设计

雷达嵌入式通信（radar-embedded communication, REC）是一种使雷达与通信共用频谱的低截获概率（low probability of intercept, LPI）通信方式,通过在高功率雷达后向散射回波中嵌入低功率通信波形完成隐蔽通信。本文通过对成型注水（shaped water filling, SWF）波形的特征值矩阵幂指数a进行优化,提出了特征值矩阵幂指数可变的SWF波形,即SWF-a波形。本文推导了合作接收机和截获接收机对SWF-a波形的处理增益及增益优势,对其通信可靠性、LPI性能和综合性能进行了理论分析。最后以SWF-0.25、SWF和SWF-0.75波形为例,进行了仿真实验,实验结果与理论分析结果吻合,表明通过特征值矩阵幂指数优化可以满足REC波形不同方面的性能需求,具体地,适当减小参数a可以提高通信可靠性,而适当增大参数a可以提高LPI性能或改善综合性能,但对于LPI性能和通信可靠性能的同步提升,通过选择参数a是难以兼得的。     

一种MIMO雷达多模式波形优化设计方法

在多目标多任务情况下,通常要求雷达具有多种工作模式,以实现搜索、跟踪等不同功能。传统雷达在某一时刻只能实现一种功能,工作模式不够灵活,很难高效利用系统资源。针对此问题,该文提出一种MIMO雷达多模式波形设计方法,该方法以方向图逼近、期望方向的信号功率谱或频谱逼近等为准则,在恒模约束下建立关于波形矩阵的多目标优化模型,并采用共轭梯度方法进行优化求解。仿真结果表明,所设计波形在空域上具有多波束方向图,波束指向上的信号具有多种工作模式的特性,可以同时实现搜索、跟踪等功能。     

基于OFDM的MIMO-SAR抗多径波形设计

针对雷达多径干扰问题,提出一种基于正交频分复用（OFDM）的多发多收合成孔径雷达（MIMO-SAR）抗多径波形设计方法。该方法基于频率分集原理,设计循环移位OFDM-LFM波形提升OFDM波形有效带宽,并针对该波形设计MIMO平台收发模型,结合多通道正交波形空时编码（STC）方案实现多通道接收信号分离,该波形设计方案对SAR多径干扰抑制有效。该方法可以解决多径干扰导致的目标分辨率低及虚假目标问题,在机载SAR高分辨率成像、车载SAR城市探测与智能驾驶等方面具备广阔应用前景。     

提高MIMO雷达估计性能的稳健波形优化设计

多输入多输出雷达的波形优化基于初始参数估计值,通常对参数估计误差较敏感。稳健波形设计通过将参数不确定性显式包含进优化问题以减轻敏感性。基于克拉美-罗界,在参数不确定凸集上考虑改善最差参数估计性能的稳健波形优化问题。提出一种优化波形相关阵的迭代算法以改善最差参数估计性能。迭代中的每步都可通过凸松弛求解。仿真表明,相对于不相关波形,所提方法可显著提高最差参数估计性能。     

SDR OFDM Waveform Design for a UGV/UAV Communication Scenario

In the course of a national research project, EADS Innovation Works has developed a waveform on a self-designed hybrid Software Defined Radio (SDR) platform, consisting of an FPGA (Xilinx Virtex 5) and a GPP (Intel Atom). The waveform realizes a video link between an Unmanned Ground Vehicle (UGV) and its Ground Control Station (GCS). This link is established indirectly with an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) acting as a relay, in order to enable non-line-of-sight (NLOS) communication and to increase the communication range. Additionally, a direct video link from the UAV to the GCS is set up simultaneously as well as multiple low data rate control channels between the individual link partners. To cope with diverse operation areas, accompanied by a heterogeneous set of requirements, the waveform must offer outstanding adaptability and flexibility to maximize data rates in each scenario, while maintaining link robustness. The developed waveform is based on OFDM with freely customizable modulation parameters. Time Division Multiple Access (TDMA) is implemented on medium access layer to switch between the different users in the scenario (UGV, UAV, GCS). In this article, we give an overview of the waveform, its implementation on a hybrid platform and its validation for the intended field of application.