[發明專利]一種雷達通信一體化波形生成方法和設備

在審

• 申請號: 202210725155.6
• 申請日: 2022-06-24
• 公開（公告）號: CN115097390A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 梁興東;李焱磊;劉柳
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: G01S7/282
• 分類號: G01S7/282;H04B7/06;H04W24/02
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 南霆

本申請公開了一種雷達通信一體化波形生成方法，包括以下步驟：基于陣列天線導向矢量、波形協方差矩陣和發射功率之間的關系，對波形協方差矩陣進行優化得到期望波形協方差矩陣；設置雷達波形和通信波形的時域序列；對波形矩陣進行優化得到一體化波形，優化目標為所述波形矩陣對應的實際波形協方差矩陣與所述期望波形協方差矩陣的歐式距離小于設定閾值。本申請還包含用于實現所述方法的裝置。本申請解決現有技術的一體化波形發射波束圖旁瓣高、能量利用率低的問題。

技術領域

本申請涉及雷達和通信技術領域，尤其涉及一種雷達通信一體化的波形生成方法和設備。

背景技術

隨著科學理論和信息技術的不斷發展，空間電磁環境日益復雜，對多功能綜合電子信息系統的需求顯著增大，抗震救災、智能交通和無人駕駛等應用場景需要同時具備高速率通信和高分辨率雷達感知等能力，而雷達通信一體化系統正是滿足上述需求的有效途徑之一。為解決同一平臺上電子設備增加引起的系統裝備冗余、電磁不兼容、頻譜沖突等問題，國內外開展了大量的研究，雷達通信一體化系統經歷了獨立式結構、聯合式結構、綜合式電子結構和高度綜合結構四個階段的發展，現階段的核心重點與難點在于波形一體化，即采用同一框架下的一體化波形通過超寬帶可重構天線實現多功能復用。

目前，雷達通信一體化波形的研究主要包括基于單天線的一體化波形和基于陣列天線的一體化波形兩個方面。基于單天線的一體化波形研究主要集中在時頻域，提出了時頻復用波形、雷達共享波形和通信共享波形。基于單天線的一體化波形設計已經較為充分，但該方法重點考慮波形功能的實現，忽略了實際的陣列形式。隨著科技的發展，MIMO技術在通信和雷達領域得到廣泛應用，基于陣列天線的一體化波形設計成為研究熱點和必然趨勢。目前基于陣列天線的一體化波形設計可以歸納為三類，分別是分陣面體制、共陣面單波束體制、共陣面多波束體制。分陣面體制通過將陣面劃分為不同的區域，分別實現雷達和通信功能，其中雷達波形和通信波形可以使用任意波形，不受限制，但會分割發射能量，降低雷達探測距離，此外因雷達功率高于通信功率，雷達旁瓣不可避免的會對通信主瓣造成干擾；共陣面單波束體制利用波束主瓣實現雷達功能，副瓣通過幅度、相位等調制實現通信功能，此時通信只支持視距傳輸且傳輸速率較低，通信功率受實際通信方向的限制；共陣面多波束體制同時生成多個主波束，分別對應雷達和通信功能。McCormick等在其發表的論文“Simultaneous radar and communications emissions from a common aperture,PartI:Theory[C].2017IEEE Radar Conference,2017:1685–1690”中首次利用多波束技術進行一體化波形的設計，該模型在最小化發射功率的目標下，向指定方位分別發射雷達波形和通信波形，但該波形的恒包絡特性導致發射波束圖存在不可接受的高旁瓣問題，進而降低能量利用效率、增大暴露概率、淹沒微小目標。綜上所述，現有的一體化波形設計方案中基于陣列天線進行波形設計的方法仍處初始階段，現有方案未能充分發揮陣列天線的空間自由度，且無法同時滿足雷達和通信性能需求。

發明內容

本申請提出一種雷達通信一體化的波形生成方法和設備，將陣列天線自由度引入波形設計中，在不同方位合成指定類型波形進而實現雷達探測和無線通信功能，解決現有技術的一體化波形發射波束圖旁瓣高、能量利用率低的問題。

一方面，本申請實施例提供一種雷達通信一體化波形生成方法，包括以下步驟：

基于陣列天線導向矢量、波形協方差矩陣和發射功率之間的關系，對波形協方差矩陣進行優化得到期望波形協方差矩陣，約束條件包括：各天線陣元發射功率相等，發射波束的峰值旁瓣比在設定的閾值上限和閾值下限范圍內，雷達波束方向和通信波束方向的功率差為設定值；

設置雷達波形和通信波形的時域序列；

對波形矩陣進行優化得到一體化波形，優化目標為所述波形矩陣對應的實際波形協方差矩陣與所述期望波形協方差矩陣的歐式距離小于設定閾值，約束條件為：任意陣元發射波形的峰均比小于設定閾值，在雷達波束、通信波束方向上相參合成波形分別為雷達波形和通信波形。