[发明专利]一种基于相位与正交信号联合的信息调制和解调方法

权利要求书

1.一种基于相位与正交信号联合的信息调制和解调方法，包括以下步骤：

步骤S1：利用复合LFM信号，设计具有自/互相关特性的正交信号波形簇,具体分步骤如下：

步骤S11：复合LFM信号模型：

在基准LFM信号上附加一个随时间而变化的相位扰动项，多次附加不同相位扰动函数，产生一簇相位扰动的复合LFM信号波形簇，复合LFM信号表达式如下：

s_m(t)＝a_m(t)exp(j2π(f₀t+μt²/2)),0≤t≤T₀,m＝1,…,M (1)

其中，T₀为子信号持续时间，f₀为信号载频，μ为LFM信号调制斜率，M为通信子信号总个数，a_m(t)定义为这一簇波形中第m个波形的扰动项：a_m(t)＝exp[jφ_m(t)]，φ_m(t)是相应的相位扰动函数，定义为：

其中，N为子相位扰动函数个数，幅参数a_mn，相参数θ_mn均为雷达发射端已知随机数，频参数ω_mn可随机产生或在预先指定频宽中按等间隔取值；

步骤S12：信号约束条件：

条件1：归一化自相关峰值旁瓣电平APSL，满足APSL≤γ，γ为预先设定的归一化门限值，依雷达接收机检测性能而定，使得检测阶段能够选出真实目标的位置；

条件2：归一化APSL与归一化互相关峰值电平CPSL，满足CPSL-APSL≤γ′,γ′为预先设定的阈值；

步骤S13：优化设计算法：

根据信号约束条件，设计相位扰动函数φ_m(t)的参数N，a_mn，ω_mn，θ_mn，控制复合LFM信号波形簇的自/互相关特性；具体如下：

(1)子相位扰动函数个数N＝300；

(2)幅参数a_mn为[0,8π]内服从均匀分布的随机数；

(3)频参数ω_mn,1≤m≤M,1≤n≤N的取值方式为：在基准LFM信号的频带[0,B]内，先以正交信号个数M进行等分，再以子相位扰动函数个数N进行等分，将MN等分之后的每一等分赋值给ω₁₁,ω₁₂,…,ω_1N,ω₂₁,ω₂₂,…,ω_2N,…,ω_MN；

(4)相参数θ_mn可取为[0,2π]内服从均匀分布的随机数；

步骤S2：在正交信号的基础上嵌入调制相位，完成相位与正交信号联合的信息调制：

基于相位与正交信号联合的信息调制将二进制通信信息位分成两个部分，一部分信息符号通过设计的正交波形控制，另一部分信息符号由不同的相位表示，假设每个子信号代表P位二进制符号，前L位为正交波形表示的信息，后P-L位是通过相位传输的，那么所需要设计的正交波形个数可以表示为M＝2^L，不同的相位个数为I＝2^P-L，联合调制后的信号可表示为：

其中，s_m(t)表示设计的M个正交信号中的一种，θ_i表示调制的相位；

所述调制的相位个数I＝4，则在正交信号上嵌入调制相位的实现过程可等价于利用4种离散的相位状态传输四元符号序列的差分四相移键控调制；

首先将发射的后2位二进制消息序列{a_n}转换成格雷码{b_n}，然后将{b_n}转换成差分码{d_n}，再将{d_n}表示成比特对的形式，然后每对比特对的高位比特和低位比特分别排成d_1n和d_0n序列，再经过基带脉冲成形后，变成双极性形式，记d_0n和d_1n的双极性形式分别为：

低比特序列的双极性形式d_In与正交信号s_m(t)结合形成s_{I_PSK}(t)，高比特序列的双极性形式d_Qn与正交信号s_m(t)经过π/2相移后的信号结合形成s_{Q_PSK}(t)，它们载波相差π/2，彼此正交，结合后形成联合调制信号，具体表示为：

步骤S3：利用解调方法，解调出调制在正交信号以及调制相位里的通信信息,具体分步骤如下：

步骤S31：利用匹配脉冲压缩，确定联合调制信号中采用的正交信号，解调出调制在正交信号里的前L位通信信息：

步骤S32：将联合调制信号进行相位解调处理，具体为：将联合调制信号x_n(t)通过带通滤波器，滤除信号带宽外的噪声信号；然后将其与正交信号解调出的正交信号所对应的匹配滤波冲激响应进行脉冲压缩压缩处理；再提取脉压后峰值相位θ_n；对前一个联合调制信号x_n-1(t)进行相同操作，得到峰值相位θ_n-1；将θ_n与θ_n-1相减得到相位差Δθ_n＝θ_n-θ_n-1，其中，θ₀＝π/4；然后通过DQPSK方案映射规则，得到格雷码{b_n}；最后将格雷码{b_n}转换成自然码{a_n}，得到后P-L位的通信信息；

结合步骤S31得到的前L位通信信息以及步骤S32得到的后P-L位通信信息，得到传输的P位通信信息。