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专利号: 2022116448385
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于时延‑多普勒联合调制的分布式雷达通信一体化方法,其特征在于,包括:步骤S1、响应于发射站发射基于时延‑多普勒联合调制的雷达通信一体化信号,获取接收端接收到的雷达通信一体化信号,所述雷达通信一体化信号包括由雷达信号、通信信号、保护间隔三部分组成;

步骤S2、从雷达通信一体化信号中提取通信信号回波和雷达信号回波;根据雷达信号回波利用互相关法获取目标时延、路径增益和多普勒信息;

步骤S3、根据目标时延、路径增益和多普勒信息,采用turbo迭代最大比合并算法对通信信号回波进行解调,获得时延‑多普勒域网格中的通信数据;

步骤S4、根据所述目标时延和多普勒信息,利用chan法对目标进行定位测速,得到目标定位测速结果。

2.根据权利要求1所述的基于时延‑多普勒联合调制的分布式雷达通信一体化方法,其特征在于,步骤S1中,所述雷达通信一体化信号的构建过程包括:S1.1、保护间隔长度lmax为多径中的最大时延扩展, 表示因目标的最大多普勒产生的保护间隔, 表示因分数多普勒而额外增加的保护间隔,多普勒维度的保护间隔参数等于 时延‑多普勒域信号表示为X[m,k];其中时延‑多普勒域信号由M个子载波和N个符号组成,k=0,1,...N‑1和m=0,1,...M‑1分别表示多普勒和时延索引指数;

S1.2、时延‑多普勒域信号X[m,k]经离散Zak反变换得到时延‑时间域信号其中n=0,1,...N‑1,m=0,1,...M‑1;

S1.3、将时延‑时间域信号 并串转换得到离散的时域信号s[q];

其中,q=m+nM;

S1.4、离散的时域信号s[q]经过数模转换得到雷达通信一体化信号s(t),用以发射站进行发射。

3.根据权利要求1所述的基于时延‑多普勒联合调制的分布式雷达通信一体化方法,其特征在于,步骤S1中,雷达通信一体化方法在“一发三收”的模式下进行。

4.根据权利要求1所述的基于时延‑多普勒联合调制的分布式雷达通信一体化方法,其特征在于,步骤S2中,根据雷达信号回波利用互相关法获取目标时延、路径增益和多普勒信息,包括:S2.1、时延‑多普勒域雷达发射信号Xi,j[m,k]的表达式为:其中k、m分别代表时延‑多普勒网格的多普勒和时延索引值;i、j分别代表雷达信号所在时延‑多普勒网格的时延和多普勒网格索引值;

S2.2、则雷达信号的脉冲响应Hi,j[m,k]的表达式为:其中P表示路径的数量,hp表示第p条路径的增益, 表示由多普勒频移引起的相移,φp是初始相位, 表示时延‑多普勒域第p条路径的多普勒指数, 表示时延‑多普勒域第p条路径的时延指数;

S2.3、将雷达信号脉冲响应Hi,j[m,k]与中间参数ζN作互相关,得互相关函数设在第l个时延格上有单一目标,并且雷达信号在m=M‑lmax,k=N/2的时延‑多普勒域中;D为要求的分数多普勒κ的分辨率;当估计的多普勒指数 与第p条路径的实际多普勒指数 相匹配时,互相关函数 达到最大值,即^表示估计值;

S2.4、通过求出关于 的函数的最大幅值,估计第l个时延网格的目标参数:在多目标场景下,停止对一个目标估计的判决条件为满足以下两个条件中至少之任一:其中α为1/50,β为1/10,σ为噪声标准差;

由此得到目标时延 路径增益hp和多普勒 信息。

5.根据权利要求1所述的基于时延‑多普勒联合调制的分布式雷达通信一体化方法,其特征在于,步骤S3、根据目标时延、路径增益和多普勒信息,采用turbo迭代最大比合并MRC算法对通信信号回波进行解调,获得时延‑多普勒域网格中的通信数据;包括:时延‑时间域的信道响应 为:

其中P表示路径的数量,hp表示第p条路径的增益, 表示时延‑多普勒域第p条路径的多普勒指数, 表示时延‑多普勒域第p条路径的时延指数;

时延‑时间域的信道响应矩阵 为:

th

定义在第i 次迭代中的残余噪声加干扰RNPI项为:其中, 为由于发射符号的估计错误而导致的重构接收时延‑时间域符号的残余误差, 符号向量 是按m=0,…,M‑1的递增顺序估计的;

第ith次迭代的 为:

*

其中, 是含有 的所有时延分支中( 其中 )RNPI的最大比值组合;A表示A的复共轭,表示矩阵元素相乘;

th

第i 次迭代的MRC输出 为:

其中,

上式中, 表示矩阵元素相除, 表示A的厄米特转置;

th

在第i 次迭代中,对于每个估计的符号向量 需要更新向量 最新估计符号向量的RNPI向量更新如下:当总体RNPI误差 不再减少时,MRC检测迭代停止;在一次迭代中,计算所有符号向量 和 的总体复杂度为M(2P+1)N个复数乘法;

最后,将时延‑时间域中的估计向量 经N点DFT变换到时延‑多普勒域中,得到发射符号向量xm的估计值;

其中FN表示经N点DFT变换;

cm(n)各个符号不一定刚好在调制符号集中,对cm(n)进行处理,得到时延‑多普勒域网格中的通信数据式中,Q表示通信系统中采用的调制符号集,aw表示调制符号,w=1,...,|Q|,n=0,...,N‑1。

6.根据权利要求1所述的基于时延‑多普勒联合调制的分布式雷达通信一体化方法,其特征在于,步骤S4、根据所述目标时延,利用chan法对目标进行定位测速,得到目标定位测速结果,包括:设有一个发射站,一个目标,B=3个用户终端UE,其中发射站和用户终端UE均为静止状o o o o T态;待定位目标的位置和速度的真实值分别表示为u =[x ,y ,z ] 和表示发射站位置的真实值,

o

表示用户终端UE位置的真实值;利用(.) 和(.)区分变T

量的真实值和测量值,[.]表示矩阵的转置;

在实际中,发射站和用户终端UE的真实位置是难以得到的,仅能得到含有误差的测量T T值st=[xt,yt,zt]和sr,b=[xr,b,yr,b,zr,b](b=1,2,…,B),即:式(401)中,Δst,Δsr,b分别表示发射站和各用户终端UE的站址误差;定义如下向量:o

式(402)中,s为含有发射站位置和用户终端UE位置的测量向量,s为含有发射站位置和用户终端UE位置的真实向量,Δs为发射站位置和用户终端UE位置的误差向量;Δs服从零T均值高斯分布,则Δs的协方差矩阵为E[ΔsΔs]=Qs;

对于接收端b,目标的反射径与直达径的距离差、距离差变化率定位方程表示为:其中,

考虑到站址误差及距离差、距离差变化率的估计结果不可能完全准确,因此只能得到含有误差的定位方程,即:将式(405)用向量形式表示:

o

r=r+Δr

其中,

T T

r=[r1,t,r2,t,…,rB,t] , Δr=[Δr1,t,Δr2,t,…,ΔrB,t]合并式(406),得到总体的定位方程为o

α=α+Δα    (408)

其中, 表示定位参数测量向量, 表示定位参数真实值向量,表示定位参数测量误差向量,假设Δα服从零均值高斯分布,则Δα的协方差T矩阵为E[ΔαΔα]=Qα。

7.根据权利要求6所述的基于时延‑多普勒联合调制的分布式雷达通信一体化方法,其特征在于,步骤S4、根据所述目标时延,利用chan法对目标进行定位测速,得到目标定位测速结果,包括:将距离差定位方程 中的参数替换为测量值,移项为:Rt+Rr,b=rb,t+Rt,r,b,(b=1,2,...,B)    (409)根据目标时延 计算得到目标的反射径与直达径的距离差rb,t,采用Chan算法对式(409)进行解算,得到目标位置坐标u;

将距离差变化率定位方程 中的参数替换为测量值,表示为:其矩阵形式为:

根据多普勒 得目标的径向速度 基于求解得到的目标位置坐标u和目标的径向速度 通过求解式(411),得到目标的移动速度

8.一种基于时延‑多普勒联合调制的分布式雷达通信一体化装置,其特征在于,包括处理器及存储介质;

所述存储介质用于存储指令;

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1至7任一项所述方法的步骤。

9.一种存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7任一项所述方法的步骤。