[發明專利]一種基于相位抖動的單載波雷達通信一體化信號實現裝置

有效

• 申請號: 201810094110.7
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108306840B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 周生華;梁雪玲;劉宏偉;劉軍;劉美琪
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;西安中電科西電科大雷達技術協同創新研究院有限公司
• 主分類號: H04L27/20
• 分類號: H04L27/20;G01S7/28;G01S7/02;G01S7/41
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

1.一種基于相位抖動的單載波雷達通信一體化信號實現裝置，其特征在于，包括雷達發射端、通信接收端和雷達接收端，雷達發射端分別連接通信接收端和雷達接收端，通信接收端連接雷達接收端；

雷達發射端用于獲取N_s個通信序列的最優一體化信號矩陣所述N_s個通信序列的最優一體化信號矩陣中包含N_s個單載波，且是基于相位抖動的單載波雷達通信一體化信號；

雷達收發天線一體的情況下，N_s個通信序列的最優一體化信號矩陣直接進入雷達接收端；雷達接收端的處理流程為：首先雷達接收端接收N_s個通信序列的最優一體化信號矩陣將接收到的N_s個通信序列的最優一體化信號矩陣進行濾波處理，得到雷達信號；之后將得到的雷達信號在距離方向上進行距離壓縮，得到距離壓縮后的雷達信號；最后對距離壓縮后的雷達信號進行雷達距離分辨率和雷達模糊函數的計算；N_s為大于1的正整數；

雷達收發天線分置的情況下，N_s個通信序列的最優一體化信號矩陣分別進入通信接收端和雷達接收端；通信接收端和雷達接收端的處理流程分別如下：

通信接收端的處理流程為：首先通信接收端接收N_s個通信序列的最優一體化信號矩陣之后將接收的N_s個通信序列的最優一體化信號矩陣進行判決，即對N_s個通信序列的最優一體化信號矩陣中的每一個最優一體化信號進行取實部操作，若大于0則判決為1碼元；否則判決為0碼元；進而得到N_s個通信序列；接著對所述N_s個通信序列進行依次排列后得到通信數據流；最后對所述通信數據流進行通信誤碼率的計算；

雷達接收端的處理流程為：將通信接收端判決得到的N_s個通信序列與對應通信序列的相位抖動矢量分別做點乘，進而計算得到N_s個距離壓縮權值；接著利用N_s個距離壓縮權值對N_s個通信序列的最優一體化信號矩陣進行距離壓縮，得到距離壓縮后的雷達信號；最后對距離壓縮后的雷達信號進行雷達距離分辨率和雷達模糊函數的計算；

所述N_s個通信序列的最優一體化信號矩陣的得到過程，包括以下步驟：

步驟1，獲取通信數據流，將所述通信數據流切割為N_s個通信序列，計算N_s個通信序列的一體化信號；其中，N_s為大于1的正整數；包含以下子步驟：

1a)獲取通信數據流，將所述通信數據流切割為N_s個通信序列，每個通信序列包含的碼元個數為N_c，N_c為大于1的正整數；

1b)選取N_s個通信序列中第i個通信序列s_i，i＝1，2，...，N_s，表示N_c×1維實數矢量，∈表示屬于，N_c表示每個通信序列包含的碼元個數，N_c、N_s分別為大于1的正整數；

1c)計算N_s個通信序列的一體化信號，其中第i個通信序列s_i的一體化信號為其得到過程為：使用exp(jp_i)對N_s個通信序列中第i個通信序列s_i進行相位調制，得到第i個通信序列s_i的一體化信號其表達式為：

其中，⊙表示Hardmard積，exp(·)表示指數函數，為虛數單位，p_i表示第i個通信序列s_i的相位抖動矢量，表示N_c×1維復數矢量，∈表示屬于；p(n)表示第i個通信序列s_i的相位抖動矢量p_i中第n個元素，n∈{1，2，...，N_c}，B表示相位抖動的最大幅度，B的取值范圍是[0，π/3]；

步驟2，根據N_s個通信序列的一體化信號，計算N_s個通信序列的一體化信號自相關旁瓣電平矢量；

步驟3，根據N_s個通信序列的一體化信號自相關旁瓣電平矢量，構造N_s個通信序列的目標優化函數PSL；所述N_s個通信序列的目標優化函數PSL，其表達式為：

s.t.|p(n)|≤B

其中，|| ||_p表示p范數，p范數為設定范數；r_i表示第i個通信序列s_i的一體化信號自相關旁瓣電平矢量，PSL_i表示目標優化函數PSL中第i個元素，|·|表示取模值，p(n)表示第i個通信序列s_i的N_c×1維復的相位抖動矢量p_i中第n個元素，B表示相位抖動的最大幅度，n∈{1，2，...，N_c}，s.t.表示約束條件，表示PSL_i取最小值時對應的p_i取值運算；

步驟4，優化N_s個通信序列的目標優化函數PSL，得到N_s個通信序列的最優一體化信號矩陣包含以下子步驟：

4a)初始化：設置每個通信序列包含的碼元個數為N_c，設置每個通信序列在求解與之最為匹配的相位抖動矢量時的循環次數為M，設置將通信數據流切割后包含N_s個通信序列；選取其中一個通信序列，記為通信序列s_c；將最高旁瓣標志設置為無窮大；令l表示第l次循環，l的初始值為1，l＝1，2，…，M，M為大于1的正整數；

4b)計算第l次循環初始化通信序列s_c的相位抖動矢量，即將通信序列s_c的相位抖動矢量中每一個元素都在-B～B之間隨機取值，并將初始化后的結果記為第l次循環后通信序列s_c的相位抖動矢量p_c，進而計算得到第l次循環后基于相位抖動方法的通信序列s_c未優化雷達通信一體化信號其表達式為：其中，⊙表示Hardmard積，exp(·)表示指數函數，為虛數單位；

4c)使用序列二次規劃算法優化第l次循環后通信序列s_c的相位抖動矢量p_c，得到第l次優化后通信序列s_c的相位矢量p_o；循環次數與優化次數相等且一一對應；

4d)比較第l次優化后通信序列s_c的相位矢量p_o的最高旁瓣與最高旁瓣標志的大小，如果第l次優化后通信序列s_c的相位矢量p_o的最高旁瓣大于或等于最高旁瓣標志，則令l的值加1，返回4b)；

如果第l次優化后通信序列s_c的相位矢量p_o的最高旁瓣小于最高旁瓣標志，則計算得到第l次優化后通信序列s_c的通信一體化信號進而計算第l次優化后通信序列s_c的一體化信號自相關旁瓣其中第l次優化后通信序列s_c中第k個碼元的一體化信號自相關旁瓣表示第l次優化后通信序列s_c中第k個碼元的滑動矩陣，表示(N_c-k)×k維全零矩陣，0_k×k表示k×k維全零矩陣，表示k×(N_c-k)維全零矩陣，表示N_c-k階單位矩陣，N_c表示每個通信序列包含的碼元個數；

然后計算第l次優化后通信序列s_c的一體化信號自相關旁瓣電平，其中第l次優化后通信序列s_c中第k個碼元的一體化信號自相關旁瓣電平

令l的值加1，返回4b)；

直到循環M次后結束，得到第M次優化后通信序列s_c的一體化信號自相關旁瓣電平，然后對比第1次優化后通信序列s_c的一體化信號自相關旁瓣電平至第M次優化后通信序列s_c的一體化信號自相關旁瓣電平，將其中數值最小的自相關旁瓣電平，作為與通信序列s_c最為匹配的相位抖動矢量，記為通信序列s_c的匹配相位抖動矢量p_opt；

4e)然后計算通信序列s_c的最優一體化信號并將l的值初始化為1；所述通信序列s_c的最優一體化信號為一個單載波；

4f)將通信序列s_c分別取為第1個通信序列至第N_s個通信序列，重復4b)至4e)，進而分別得到第1個通信序列的最優一體化信號至第N_s個通信序列的最優一體化信號，記為N_s個通信序列的最優一體化信號矩陣表示N_c×N_s維復數矩陣。

2.如權利要求1所述的一種基于相位抖動的單載波雷達通信一體化信號實現裝置，其特征在于，步驟2的子步驟為：

2a)根據第i個通信序列s_i的一體化信號計算第i個通信序列s_i中第k個碼元的一體化信號自相關旁瓣電平r_i，k，其表達式為：

其中，(·)^H表示共軛轉置，J_k表示第i個通信序列s_i中第k個碼元的滑動矩陣，其表達式為：表示(N_c-k)×k維全零矩陣，0_k×k表示k×k維全零矩陣，表示k×(N_c-k)維全零矩陣，表示N_c-k階單位矩陣，N_c表示每個通信序列包含的碼元個數，表示第i個通信序列s_i的一體化信號；

2b)令k的值分別取1至N_c-1，重復執行2a)，分別得到第i個通信序列s_i中第1個碼元的一體化信號自相關旁瓣電平r_i，1至第i個通信序列s_i中第N_c-1個碼元的一體化信號自相關旁瓣電平記為第i個通信序列s_i的一體化信號自相關旁瓣電平矢量r_i，N_s表示將通信數據流切割后包含的通信序列個數，(·)^T表示共軛轉置；然后將k值初始化為1；

2c)令i的值分別取1至N_s，依次重復執行2a)和2b)，分別得到第1個通信序列s₁的一體化信號自相關旁瓣電平矢量r₁至第N_s個通信序列s的一體化信號自相關旁瓣電平矢量記為N_s個通信序列的一體化信號自相關旁瓣電平矢量。