[发明专利]基于循环编码阵列的多波束雷达通信一体化方法

说明书

本发明涉及雷达信号处理技术领域，公开了一种基于循环编码阵列的多波束雷达通信一体化方法，通过利用循环编码阵列空域发射信号的频率范围与空域照射角度之间的对应关系，确定发射信号所占频带，生成基础线性调频信号；在通信角度对应的发射信号频段内对线性调频信号进行连续相位调制，使其携带通信信息，生成雷达通信一体化信号；通过利用阵列天线将雷达通信一体化信号不同时地发射到空间中，在雷达接收端进行接收信号处理得到目标信息，在通信接收端进行解调得到通信数据。本发明采用单一发射信号，无需迭代求解，减小发射信号设计和求解的复杂度。

技术领域

本发明涉及雷达信号处理技术领域，具体涉及一种基于循环编码阵列的多波束雷达通信一体化方法，可用于雷达通信一体化系统。

背景技术

众多电子设备装备在同一平台不仅会占据平台空间、增加平台的反射面积，不同设备之间还会产生电磁干扰，严重影响平台综合性能。由于雷达与通信设备的部分硬件相同，且雷达与通信系统工作原理相似，雷达、通信设备被集成在同一系统中，形成雷达通信一体化系统以实现资源共享、提高电子设备的综合利用率。在空间形成多个波束，利用不同波束同时实现雷达探测及通信传输功能可将雷达与通信在空间进行隔离，降低一体化系统中雷达与通信之间的相互影响。

相控阵雷达可通过波束形成技术在空域形成窄波束，并通过控制移相器的相移量实现空域扫描。窄波束意味着相控阵雷达失去了同时多方向探测的能力。MIMO雷达能够通过发射相互正交的波形形成全空域覆盖的低增益发射方向图，由于增益较低，接收端需进行长时间相干积累，而长时间积累又会带来目标回波跨距离单元、跨多普勒单元、跨接收波束的三跨问题。因此，对于雷达系统，需考虑介于全向波束及窄波束之间的指向特定空域的宽波束设计。对于通信系统，其一般工作在点对点的通信模式下，采用窄波束即可完成。因此，在空域中合成多个波束，包含实现雷达探测所需的宽波束及实现通信传输所需的窄波束可同时实现雷达及通信功能。此外，现有的雷达通信一体化方法大多需抑制雷达与通信功能之间的相互影响，而多波束将雷达与通信在空间进行隔离，能够减小雷达与通信系统间干扰。

P.M.McCormick，J.G.Metcalf，S.D.Blunt等人在其发表的论文“Simultaneousradar and communications from a common aperture part I：theory”(2017 IEEERadar Conference，Seattle，USA，2017，pp.1685-1690)中提出了一种基于MIMO阵列的雷达通信一体化方法。该方法利用ERA(Error Reduction Algorithm)算法进行MIMO发射信号设计，在期望的雷达探测和通信传输角度合成雷达与通信期望信号。该方法需要对发射信号进行补偿，得到恒包络的发射信号以适应雷达功率放大器的需求；而进行信号补偿时会浪费部分能量，且发射信号的求解需进行多次迭代，计算复杂度较高，当仿真初始设置的浪费能量比小于实际进行信号补偿所需的浪费能量比时，发射信号的求解问题无法收敛。

Mengchao Jiang，Guisheng Liao，Zhiwei Yang等人在其发表的论文“Integratedwaveform design for an integrated radar and communication system with auniform linear array”(2020 IEEE 11th Sensor Array and Multichannel SignalProcessing Workshop(SAM)，Hangzhou，China，2020)中提出了一种基于MIMO阵列的雷达通信一体化方法。该方法利用线性叠加和交替投影方法求解MIMO发射信号，在期望的雷达探测和通信传输角度合成雷达与通信期望信号。相较于上述方法，该方法的雷达波束为宽波束，可实现多目标探测，且得到的宽波束边缘下降快，与理想波束差异小。但该方法同样需要对发射信号进行补偿以得到恒包络信号，该过程会导致能量利用率下降。同时，该方法需要进行多次交替投影，计算复杂度较高。