[發明專利]基于通信/雷達一體化的單通道LTE雷達系統

有效

• 申請號: 201511034348.3
• 申請日: 2015-12-31
• 公開（公告）號: CN105676199B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 汪清;燕瑞超;蘇天宇;朱敏炯;楊杭
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/02;H04L1/00;H04L25/02;H04L27/26
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 李素蘭

技術領域

本發明涉及移動通信領域的被動雷達接收端信號處理技術，特別涉及一種單通道被動雷達系統。

背景技術

被動雷達(又稱無源雷達、外輻射源雷達)本質上是雙(多)基地雷達。被動雷達自身不發射電磁波，而是利用外部輻射源進行目標的探測與跟蹤，因此具有較好的隱蔽性和“四抗”(抗干擾、抗低空突防、抗反輻射導彈、抗隱身)能力。近年來，關于將移動通信信號用作被動雷達照射源的研究方興未艾。GSM信號、WiFi信號、WiMAX信號、UMTS信號等多種移動通信信號先后被用作被動雷達照射源進行分析，LTE是最新的移動通信技術之一，提供了最后一公里的寬帶無線接入技術。作為被動雷達系統的非合作式照射源使用，LTE信號具備比較大的帶寬、比較大的頻率范圍以及采用了OFDMA技術等幾個方面的特征，這些特征可以使得它作為被動雷達照射源使用時具有距離分辨率高、覆蓋區域更廣以及模糊函數旁瓣較小的優勢。

在被動雷達系統中，目標信號處理通常有兩種體制，即相參體制和非相參體制，相參體制下系統接收機通常采用雙天線通道技術，一部天線對準照射源方向用來接收直達波信號，另一部天線對準目標空域用來接收目標反射或者散射回波信號，然后以直達波為參考信號與目標回波進行互模糊函數處理，估計出目標時延和多普勒頻移等參數，對目標進行定位和跟蹤，所采用的模糊函數公式為：

χ(τ,f_d)＝∫s(t)s^*(t-τ)exp(-j2πf_dt)d_t

其中，s(t)為直達波信號，s^*(t-τ)為目標回波的共軛(其中τ表示發送信號經過目標反射后到達接收端的時間延遲，f_d表示觀測目標的多普勒頻率偏移)。非相參體制下系統接收機只需要接收目標回波信號，通過對目標回波信號進行FFT處理得到多普勒頻移信息，利用相位干涉儀原理獲得目標方位信息，然后利用目標多普勒頻移和方位信息進行匹配定位。

這兩種目標信號處理體制，其中相參體制需要雙天線來同時接收直達波信號和目標回波，這樣不僅增加了系統復雜度，同時也會因為直達波信號必然要受到噪聲干擾而降低處理精度；而非相參體制由于沒有重構出直達波信號，對精度同樣會有降低。

現有技術中還不存在基于通信/雷達一體化的單通道被動雷達系統。

發明內容

針對上述的現有技術及存在的問題，本發明提出了一種基于通信/雷達一體化的單通道LTE雷達系統，作為“共生雷達”，利用接收到的照射源信號重構出高質量的信號，即在被動雷達系統中只需要發射和接收一路針對目標的信號，而不再需要發送一束直達波來作為接收端信號處理的參考波形，可以提高信號處理增益。

本發明提出了一種基于通信/雷達一體化的單通道LTE雷達系統，該系統包括上行鏈路和下行鏈路、雷達接收機的雷達信號處理單元，其中：

所述上行鏈路依次經過信道編碼模塊、加擾模塊、數字調制模塊、層映射模塊、預編碼模塊和OFDM符號生成模塊，生成重構的直達波信號，該信號發送至雷達信號處理單元；下行鏈路依次經過定時同步模塊、結合頻偏估計模塊的頻偏估計模塊頻率校正模塊、OFDM解調模塊、信道估計模塊、均衡模塊、PBCH接收模塊、PCFICH接收模塊、PDCCH接收模塊、PDSCH接收模塊，所述層映射模塊將碼字流映射到多個層上形成新的數據流；所述預編碼模塊將數據流映射到不同的天線端口，層映射和預編碼模塊實現了MIMO功能；

所述下行鏈路中：雷達接收機的雷達信號處理單元接收來自運動目標的目標回波信號，經過下變頻和中頻采樣后獲得復數個基帶信號，將該復數個基帶信號復制兩份，一份作為目標回波信號，另一份作為待重構的直達波信號輸入；所述定時同步模塊對接收到的所述下行信號實現搜索主同步和輔同步信號，獲得系統幀同步以及小區識別號；所述OFDM符號生成模塊對接收到的復基帶數據以OFDM符號間隔做自相關獲得OFDM符號邊界，所述頻偏估計模塊完成載波的頻偏估計，所述頻率校正模塊對接收數據作頻率校正，同時獲得頻率偏差；通過窮盡搜索天線配置，結合信道估計模塊、均衡模塊、解調/解碼，接收PBCH信道，獲得系統的天線配置、帶寬信息；接收PCFICH信道，獲得PDCCH的配置信息；接收PDCCH信道，獲得接收PDSCH配置信息，解調并解碼PDSCH信道，至此獲得用戶解碼數據；所述均衡模塊用于導致被傳輸信號發生失真變化的通信系統特性進行補償和校正；