融合失配处理和LMS滤波的雷达通信一体化OFDM信号距离旁瓣抑制技术

随着5G乃至未来6G无线通信技术的发展,无线通信设备数量呈现爆炸式增长趋势。与之矛盾的是,电磁频谱环境日趋拥堵,接近枯竭的传统通信频段已无法满足激增的业务需求。在此背景下,面向雷达与通信的频谱共享的一体化信号引起了工业界和学术界的极大关注。然而,在匹配滤波框架下,一体化信号无法兼顾雷达和通信性能。通信信息势必会在雷达模糊函数中产生高旁瓣和伪峰。为此,部分学者基于正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）共享信号,提出将高旁瓣和伪峰外推至雷达观测窗口外的失配处理方法,用以兼顾雷达模糊性能。然而,该方法会产生信噪比损失,且信噪比损失随观测窗口增大而增大。鉴于此,本文提出融合失配处理和最小均方（Least Mean Square, LMS）滤波的算法。通过LMS和失配处理的深度融合,可突破信噪比损失与观测窗口宽度之间的约束,进而能在不减小观测范围的条件下降低信噪比损失,或在相同信噪比损失下大幅提升观测范围。      

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。      

DS-OFDM雷达通信一体化共享信号性能分析

为减小电子战武器平台的体积和电磁干扰,更大程度地实现雷达与通信系统的一体化,根据信号能量共享一体化的原则,针对直接信息调制OFDM雷达通信一体化共享信号存在自相关函数旁瓣较高不利于目标检测的问题,提出了一种基于直接扩频的正交频分复用(DS-OFDM)雷达通信共享信号形式。通过分析选取合适的伪随机扩频码对通信数据信息进行直接扩频,提高其自相关性,进而提高共享信号的自相关性能,从而增强目标检测能力。重点分析了共享信号的宽带模糊函数,理论分析表明,所设计的一体化共享信号具有频谱利用率高、低截获概率以及抗干扰性能强等优点。仿真验证的结果表明,选择合适码长的Oppermann序列的DS-OFDM雷达通信共享信号具有近似图钉形的模糊函数,可以达到雷达与通信一体化的要求。     

基于索引调制OFDM雷达通信共享信号压缩感知方法研究

针对在雷达通信一体化(RadCom)系统中正交频分复用(OFDM)共享信号通信速率不高、可靠性较差的问题,该文提出一种采用子载波索引调制(IM)的OFDM共享信号方案(OFDM-IM)以及对应的基于压缩感知(CS)的雷达信号处理算法。该方案在发射端采用IM调制增强OFDM信号通信质量,在雷达接收端采用CS技术获取目标的距离-速度2维超分辨图像,进一步采用快速分段重构、2次相参积累的方法降低算法的计算复杂度。仿真实验表明,相比于传统算法,该方法能显著提升对OFDM-IM共享信号的处理性能,并实现超低距离副瓣,是一种能够同时增强雷达与通信性能的一体化共享信号方案。     

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。     

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.     

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。     

OFDM-CPM-LFM雷达通信一体化信号研究

针对雷达通信一体化信号雷达、通信性能无法兼顾的问题,提出了OFDM-CPM-LFM雷达通信一体化信号.首先,通过连续相位调制(Continuous Phase Modulation,CPM)对线性调频信号(Linear Frequency Modulation,LFM)进行调制,降低信号模糊函数旁瓣提高雷达探测能力,在动态调制指数下均衡一体化信号性能;然后结合正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)提高通信传输速率,通过增加循环前、后缀降低干扰影响保证通信性能;最后,利用模糊函数与误码率分析一体化信号性能.仿真结果表明,所提一体化信号在保证雷达探测性能同时,能够实现高效通信,且误码率在信噪比10 dB时可达到10^-5以下.     

基于OFDM的雷达通信一体化信号处理技术研究

在空间和功耗严格受限的平台下,采用基于OFDM的一体化技术来实现功率共享、通信速率高、探测和通信可同时进行的雷达通信系统。对比分析了2种基于OFDM的一体化信号的雷达信号处理方式。对基于OFDM的一体化信号的探测性能进行了仿真论证,重点分析了调制符号对于OFDM信号探测性能的影响。在实现探测功能的前提下,分析了信号的一体化对通信性能的影响。改进的OFDM信号能够实现高速通信和雷达探测功能。     

OFDM雷达通信一体化的同频干扰抑制技术

雷达通信一体化系统（Integrated Radar and Communication System,IRCS）可提升设备的可用性、可靠性和电磁兼容性,已成为雷达和通信交叉领域的研究热点。正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）具有高信息传输性能,且其模糊函数具有低旁瓣特性,在IRCS中得到广泛关注。在OFDM-IRCS中,组网时同频干扰严重影响雷达探测性能。针对这一问题,从信干比（Signal to Interference Ratio,SIR）分析了IRCS同频干扰特性,推导了回波信号SIR的表达式。然后,结合OFDM中交织多址（Interleave Division Multiple Access,IDMA）和干扰重构的思想,提出了基于OFDM-IDMA的IRCS同频干扰抑制算法。所提算法通过不同的交织方式区分不同IRCS节点的信号,同时利用基于干扰重构的干扰消除算法实现干扰抑制。仿真结果表明,所提算法有效地抑制了IRCS同频干扰,实现了同频干扰环境下雷达目标探测性能提升。     

雷达通信一体化技术研究综述

随着科学技术高速发展和应用需求的不断拓展,雷达传感和无线通信系统在收发通道、信号与数据处理、管理与控制等方面的差异正逐步缩小,已呈现出一体化趋势,为未来电子信息系统的发展提供了新的机遇和挑战。本文深度剖析了雷达与通信一体化的内在本质和潜在优势,概括了发展历程和研究现状,指明了一体化理论瓶颈和关键性技术挑战,并重点围绕信号一体化这一核心难点,首次提出了基于多维信号波形的创新性解决思路。最终,本文展望了雷达通信一体化的小型化和泛在化发展趋势,试图为未来先进电子信息系统的研制奠定基础。      

面向雷达通信频谱共享的一体化信号研究综述

随着全球信息化建设的深入推进,频谱资源稀缺问题日益凸显。军民之间、业务之间、国家之间等多方争夺无线频谱资源的态势已基本形成。其中,雷达与无线通信之间的频谱竞争最为激烈。在此背景下,面向雷达与通信共享频谱的一体化信号引起了学术界和工业界的广泛关注。本文剖析了雷达通信一体化信号研究历程及其走向多维调制的发展趋势,从理论上指明了传统一体化信号的局限性以及一体化多维信号的本质优势,从技术上拓展、挖掘和利用了新自由度,并设计了物理可实现的一体化多维信号方案,从仿真和试验上完成了典型场景的一体化多维信号性能测试。本文尝试为未来雷达通信一体化信号研究指明方向,更期望为我国今后应对频谱资源高度紧缺、频谱竞争异常激烈、用频需求飞速增长和频谱利用率低下等矛盾提供理论和技术积累。      

A Novel Immune Optimization Algorithm for Fairness Resource Allocation in Cognitive Wireless Network

Cognitive wireless network (CWN) is a novel concept for improving the utilization of scarce wireless spectrum resources. Dynamic resource allocation is an important task in such systems. In this paper, a novel resource allocation algorithm for multi-user OFDM-based CWN is presented. It is formulated into a constraint problem, and an optimization algorithm based on novel immune clonal is proposed. The proposed algorithm fully takes into account the maximum tolerable interferences of primary user and the proportional fairness for secondary user. The suitable operators for solving the problem are designed, such as clonal, mutation, Baldwin learning, selection and so on. The simulation results show that the proposed algorithm achieves high system throughput with proportional fairness among the secondary users.     

MIMO雷达方向图与稀疏频率波形联合设计

发射方向图设计与波形优化是MIMO雷达领域的热点,随着研究的深入越来越需要考虑包括频谱特性在内的雷达系统工作环境特性。针对采用传统波形容易产生互相干扰的频谱拥挤情况,本文提出了一种MIMO雷达方向图与稀疏频率波形联合设计方法。一方面保证了将能量集中辐射到所感兴趣的区域上的探测性能,另一方面由得到的稀疏频率波形可以避免MIMO雷达系统与其他同频工作设备互相干扰。该方法首先根据MIMO雷达方向图与波形矩阵的关系,列出具有稀疏频率约束与恒模约束的目标函数式;然后通过从期望方向图到自相关矩阵,再到恒模稀疏频率波形的步骤,应用循环算法求解目标函数;最后所得结果波形的方向图接近期望方向图,同时结果波形具有稀疏频率特性和良好的自相关特性。仿真结果验证了文中方法的有效性。      

Joint cooperative spectrum sensing and channel selection optimization for satellite communication systems based on cognitive radio

Cognitive radio has attracted considerable attention because of its ability to make full use of the available spectrum resources for wireless terrestrial communication networks. In addition, the satellite communication scenario, which requires a transparent air interface to integrated/hybrid Satellite–Terrestrial communication systems and provides a supplement for other multimedia services, will cause frequency scarcity. Satellite communication systems based on cognitive radio are available under scenarios that involve transmission with changing communications. In this paper, a cooperative spectrum‐sensing algorithm based on a time or bandwidth‐based cooperative spectrum‐sensing model of an integrated/hybrid cooperative satellite communication system is proposed. Moreover, the concept of weighted cooperative spectrum sensing is introduced. Compared with the traditional single‐user spectrum‐sensing algorithm, the cooperative spectrum sensing is able to cope with the interference to the primary user caused by a secondary user better. In addition, multiple earth stations that use some part of the bandwidth cooperatively to perform spectrum sensing throughout the whole frame can detect the presence of primary user in time. The satellite component combines the sensing results from earth stations to reach a final decision, and the optimal combination weights to maximize the detection probability of the secondary user are obtained. Numerical results that demonstrate the performance of the proposed algorithm are presented. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

多天线感知通信一体化系统低相关性波形设计

为实现多天线无线系统中感知和通信的一体化波形设计问题,提出一种基于加权优化的目标函数,在完成数据通信的同时,降低各天线波形之间的互相关性。利用梯度投影法设计了最优通信波形并作为初始迭代点,而后利用最大化最小化算法得到一体化波形设计结果。仿真结果表明,设计的一体化波形实现了通信性能和感知性能的权衡,可用于多天线感知通信一体化系统之中。     

MIMO Radar Ambiguity Properties and Optimization Using Frequency-Hopping Waveforms

The concept of multiple-input multiple-output (MIMO) radars has drawn considerable attention recently. Unlike the traditional single-input multiple-output (SIMO) radar which emits coherent waveforms to form a focused beam, the MIMO radar can transmit orthogonal (or incoherent) waveforms. These waveforms can be used to increase the system spatial resolution. The waveforms also affect the range and Doppler resolution. In traditional (SIMO) radars, the ambiguity function of the transmitted pulse characterizes the compromise between range and Doppler resolutions. It is a major tool for studying and analyzing radar signals. Recently, the idea of ambiguity function has been extended to the case of MIMO radar. In this paper, some mathematical properties of the MIMO radar ambiguity function are first derived. These properties provide some insights into the MIMO radar waveform design. Then a new algorithm for designing the orthogonal frequency-hopping waveforms is proposed. This algorithm reduces the sidelobes in the corresponding MIMO radar ambiguity function and makes the energy of the ambiguity function spread evenly in the range and angular dimensions.      

MIMO Radar Waveform Optimization With Prior Information of the Extended Target and Clutter

The concept of multiple-input multiple-output (MIMO) radar allows each transmitting antenna element to transmit an arbitrary waveform. This provides extra degrees of freedom compared to the traditional transmit beamforming approach. It has been shown in the recent literature that MIMO radar systems have many advantages. In this paper, we consider the joint optimization of waveforms and receiving filters in the MIMO radar for the case of extended target in clutter. A novel iterative algorithm is proposed to optimize the waveforms and receiving filters such that the detection performance can be maximized. The corresponding iterative algorithms are also developed for the case where only the statistics or the uncertainty set of the target impulse response is available. These algorithms guarantee that the SINR performance improves in each iteration step. Numerical results show that the proposed methods have better SINR performance than existing design methods.      

噪声干扰背景下压缩感知雷达波形优化设计

为改善压缩感知雷达（Compressive Sensing Radar,CSR）在干扰噪声背景下目标检测及距离-多普勒参数的估计性能,该文提出一种感知矩阵平均相干系数（Averaged Coherence of the Sensing Matrix,ACSM）与信干噪比（Signal to Interference and Noise Ratio,SINR）联合优化的波形设计方法.文中首先建立了CSR距离-多普勒二维参数感知模型,推导了波形联合优化设计的目标函数,其次以多相编码信号作为优化码型并采用模拟退火（Simulated Annealing,SA）算法对目标函数进行优化求解.与传统CSR波形相比,优化设计的波形提高了CSR在低信干噪比条件下的成功检测概率,同时有效降低了目标距离-多普勒参数估计误差,由此改善了CSR在干扰噪声背景下的距离-多普勒成像质量.计算机仿真验证了该方法的有效性.