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专利号: 2021114104769
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种低旁瓣的FDA雷达通信一体化波形设计方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:通过相移键控调制方式将通信信号调制到各阵元的发射波形中,构建FDA雷达通信一体化的信号模型;

S2:对FDA雷达通信一体化信号进行子阵时延设计,提出分别在子阵间和子阵内引入时延的两种设计方法,得到子阵时延模型;

S3:基于子阵时延模型,选取正切调频信号作为基带波形,获得发射信号模型;

S4:根据发射信号计算模糊函数,并进行分析;

S5:在雷达接收端,根据模糊函数设计一种具有时变特性的角度‑时间二维匹配滤波器,对回波信号进行脉冲压缩和波束形成联合处理;

S6:在通信接收端,根据发射信号进行相应的解调处理,并分析误码率;

步骤S6中通信接收端的解调处理和分析误码率按如下步骤进行:E1:假设通信接收端为单天线,相对雷达的距离为r2,方位角为θC,采用QPSK调制;

E2:计算通信接收信号为:

其中,ST()代表发射信号;x[]代表基带发射波形;αT为信道增益;n(t)为信道噪声;τC=r2/c为信号从发射端到通信接收端的时延;bm,I和bm,Q分别为第m个子阵在I、Q通道的通信信息;ψn为发射导向矢量所引起的相位差,n=mKm+km;Δt为TBS‑FDA的时延;fm为第m个阵元发射信号的载频:E3:计算I、Q通道的相干解调信号:

其中,nI(t)和nQ(t)表示I、Q通道的噪声;Tp为脉冲持续时间;Δf为频率增量;Km为第m个子阵中的阵元数;

E4:计算I、Q通道通道分离滤波器的第m路信号为:其中,AI和AQ为幅度常量;μ=B·tan(2β(m‑1)Δt/Tp)/2tanβ为基带调频率;B为发射信号带宽;β=arctanα,α为正切调频参数,其取值范围为(‑∞,+∞);

E5:计算误码率为:

其中,L为进制数;Di表示第i星座点到其他星座点的欧几里得距离的最小值;N0/2为噪声功率谱密度; erfc(·)为标准互补误差函数。

2.根据权利要求1所述的一种低旁瓣的FDA雷达通信一体化波形设计方法,其特征在于,所述步骤S1中FDA雷达通信一体化的信号模型的构建包括如下步骤:A1:假设阵元数为M,阵列构型为一维均匀线阵,一体化波形采用脉冲发射体制,采用相位调制方式将通信信息调制到各阵元发射子脉冲内,每个脉冲可传输M个通信符号;

A2:计算第m个阵元的发射信号为:

其中,m=1,2,…,M;0≤t≤Tp,Tp为脉冲持续时间;bm为第m个阵元调制的相位,用以表征携带的通信信息;x(t)为基带发射信号;rect(·)表示时长为Tp的矩形窗;fm为第m个阵元发射信号的载频:fm=fc+(m‑1)Δf       (2)

其中,fc为参考信号频率;Δf为频率增量,其大小远小于载频和带宽;

A3:计算在方位角θ处发射的FDA雷达通信一体化远场信号为:其中,d=λ/2为阵元间距,λ为载波波长。

3.根据权利要求1所述的一种低旁瓣的FDA雷达通信一体化波形设计方法,其特征在于,所述步骤S2对FDA雷达通信一体化信号进行的子阵时延设计方法按如下步骤进行:B1:假设共有M个子阵,每个子阵中含有Km,1≤m≤M个阵元,每个阵元的发射波形完全相同;

B2:对于子阵间时延的频控阵设计,引入时延Δt在不同子阵间均匀步进;对于子阵内时延的频控阵设计,不同子阵对应不同的时延Δtm,1≤m≤M,且该时延在每个子阵内的不同阵元之间均匀步进;

计算TBS‑FDA第m个子阵的发射信号为:

计算TWS‑FDA第m个子阵第km个阵元的发射信号为:其中,1≤km≤Km;

B3:计算TBS‑FDA的第m个子阵在方位角θ处发射的远场信号为:计算TWS‑FDA的第m个子阵在方位角θ处发射的远场信号为:B4:计算TBS‑FDA在方位角θ处发射的远场信号为:其中,Tp为脉冲持续时间,bm为第m个子阵调制的相位,fm为第m个子阵发射信号的载频,d=λ/2为阵元间距,λ为载波波长,x(t)为基带发射信号。

4.根据权利要求1所述的一种低旁瓣的FDA雷达通信一体化波形设计方法,其特征在于,所述步骤S3中作为基带波形的正切调频信号模型为:其中,Tp为脉冲持续时间;B为发射信号带宽;β=arctanα,α为正切调频参数,其取值范围为(‑∞,+∞)。

5.根据权利要求1所述的一种低旁瓣的FDA雷达通信一体化波形设计方法,其特征在于,所述步骤S4中计算雷达模糊函数按如下步骤进行:C1:角度‑距离‑多普勒的多维模糊函数定义为:

其中,M和N分别为发射和接收阵元数;τ为时延;fd为多普勒频移;θ为目标方位角;θ′为接收波束形成的方位角;sm(t)和sn(t)分别为第m个阵元的发射波形和第n个阵元的接收波形;

C2:计算TBS‑FDA一体化波形的模糊函数:

C3:计算TWS‑FDA一体化波形的模糊函数:

其中,d=λ/2为阵元间距;λ为载波波长;bm和bn为第m个和第n个子阵调制的相位;Δf为频率增量;x(t)为基带发射信号;Δt为TBS‑FDA的时延;Km为第m个子阵中的阵元数;Δtm为TBS‑FDA第m个子阵的时延;

C4:采用多维模糊函数的不同降维表达式评估发射波形在不同维度上的性能:距离‑多普勒模糊函数|χ(τ,fd)|θ=0,θ′=0与传统模糊函数的定义相同,分析波形的自相关函数和多普勒容忍性;角度‑角度模糊函数 分析信号的空域覆盖能力;距离‑角度模糊函数 分析发射波形对不同方位静止目标的分辨能力。

6.根据权利要求1所述的一种低旁瓣的FDA雷达通信一体化波形设计方法,其特征在于,所述步骤S5中设计角度‑时间二维匹配滤波器对回波信号进行脉冲压缩和波束形成联合处理按如下步骤进行:D1:假设收发天线共址,接收阵元数为 目标相对雷达的距离为r1,方位角为θR,M为子阵数量;

D2:计算接收的回波信号矩阵为:

SR(t‑τR,θR)=aR(θR)ξTsT(t‑τR,θR)+v(t)    (14)其中,ξT为目标回波系数;τR=2r1/c为信号从参考阵元到目标的双程时延,c为光速;aRT(θ)=[1,exp(j2πdsinθ/λ),...,exp(j2πd(N‑1)sinθ/λ)]为接收阵列的导向矢量;sT(t,θ)为发射信号;v(t)为接收噪声矢量;

D3:构造角度‑时间二位匹配滤波器具体为:

*

其中,θ′表示接收增益的方位角;(·)表示共轭运算;wR(t,θ′)为接收波束形成的阵列加权矢量:其中,d=λ/2为阵元间距;λ为载波波长;Δf为频率增量;

D4:计算回波信号匹配滤波后为:

其中,v′(t)为N个通道的总接收噪声;gT(θR,t‑τR)为阵列的发射方向图:Δt为TBS‑FDA的时延;bm为第m个子阵调制的相位;

其中,fc为参考信号频率;

为发射‑接收方向图的匹配函数:

D5:计算脉冲压缩信号为: