[發明專利]基于重采樣相位補償的雷達通信一體化裝置與方法

在審

• 申請號: 202211308643.3
• 申請日: 2022-10-25
• 公開（公告）號: CN115622632A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 陳陽;梁丁丁
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: H04B10/516
• 分類號: H04B10/516;H04B10/556;H04B10/50
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發明涉及一種基于重采樣相位補償的雷達通信一體化裝置與方法，其裝置包括連續波激光器、第一和第二偏振控制器、第一和第二馬赫?曾德爾調制器、任意波形發生器、光帶阻濾波器、摻鉺光纖放大器、光帶通濾波器、光電探測器、電帶通濾波器、電放大器、功分器、第一和第二混頻器、天線、第一和第二低噪聲放大器、微波信號源、實時示波器。在發射端，兩個馬赫?曾德爾調制器和光帶阻濾波器被用于產生四倍頻的多進制相移鍵控線性調頻信號；在接收端，當回波信號相對參考信號的時延接近或超過一個通信符號長度時，采用重采樣相位補償方法來打破雷達探測性能受通信符號寬度的限制。本發明結構緊湊、簡單有效，具有良好的可行性和應用前景。

技術領域

本發明屬于雷達通信一體化技術領域，具體涉及一種基于重采樣相位補償的雷達通信一體化裝置與方法。

背景技術

雷達感知系統和無線通信系統都屬于無線電系統，雷達感知系統通過發射電磁波對目標進行照射并接收回波以獲取目標的距離、速度、成像等信息，無線通信系統通過發射端發射電磁波、接收端接收電磁波后獲取電磁波所攜帶的通信數據，這兩種系統分別承擔著目標探測和信息交互的使命，已經成為軍民用領域中廣泛裝備的無線電系統。

為了實現高速通信和高精度目標探測，通信系統和雷達系統的工作帶寬和工作頻段持續增加，頻譜資源愈發短缺。在軍民用領域，無人機作戰和城市空中交通已經成為前沿熱點問題，它們不僅要實現全天候、復雜的環境感知，還需要在不同設備之間進行信息交互，日益增多的電磁設備導致系統體積龐大、電磁干擾嚴重。為了降低系統體積、緩解電磁干擾并提高頻譜利用效率，雷達通信一體化系統廣泛被研究。高速通信和高精度目標探測迫使雷達通信一體化系統需要產生高頻、寬帶、可調諧的雷達通信一體化波形。然而，受限于電子瓶頸，采用傳統電子技術產生的雷達通信一體化信號面臨電子器件速率低、工作帶寬小、可重構性差等問題，無法滿足新一代雷達通信一體化系統的應用需求。

微波光子技術因具有大帶寬、低損耗、易調諧等優勢廣泛被研究，用來克服傳統電子技術中的一些瓶頸性問題。針對雷達通信一體化系統，近年來也有一些基于微波光子技術的雷達通信一體化方案被報道，其雷達通信一體化信號通常分為兩類：一類是信號復用，即雷達信號和通信信號占用不同的時間、空間等維度，兩種信號彼此獨立、互不干擾；另一類是信號共享，即雷達和通信使用相同的波形。將正交頻分復用信號和線性調頻信號分配在不同的時間片段，經微波光子變頻后實現W波段的雷達通信一體化信號生成，一體化信號的工作帶寬為10 GHz，該系統能夠實現厘米級的距離分辨率和高速數據通信，其不足在于需要在電域分別產生兩種信號并通過時分復用方式進行融合，信號生成難度和復雜度高（Opt. Lett., 46(24): 6103-6106, 2021）。為了降低一體化信號生成難度并提高頻譜效率，基于光電振蕩器的正交頻分復用信號（Opt. Exp., 29(14): 22442-22454, 2021）和正交相移鍵控（QPSK）信號（J. Lightw. Technol., 40(13): 4101-4109, 2022）分別被用來實現數據通信和距離測量。一方面，上述兩種方案均通過互相關算法實現距離測量，在雷達接收端都需要獲取完整的回波信號波形，這對雷達接收機的工作帶寬提出了更高要求；另一方面，相關實驗并未獲得目標成像信息。為了獲取目標成像信息并降低雷達接收機對工作帶寬的需求，基于正交相移鍵控線性調頻（QPSK-LFM）信號的雷達通信一體化系統被提出，ISAR成像的分辨率為14.99 cm × 3.25 cm，通信速率為105.26 Mbps或210.52 Mbps（Appl. Optics, 60(16): 4752-4760, 2022）。事實上，在上述基于QPSK-LFM信號的雷達通信一體化方案中，由于去斜信號隨機的相位跳變，雷達探測性能受到通信速率的限制，即當回波信號相對參考信號的時延接近或超過一個通信符號長度時，距離測量和ISAR成像并不能被實現。因此，進一步研究基于多進制相移鍵控線性調頻（MPSK-LFM）信號的雷達通信一體化系統，提出克服雷達探測性能受通信符號長度限制的解決方案是一個重要研究課題，該課題的推進對于新一代雷達通信一體化系統的實現極具現實意義。