[发明专利]一种通信雷达联合处理方法

说明书

本发明公开了一种通信雷达联合处理方法，包括如下步骤：首先发射端将通信帧中数据字段部分置空，并以前导码作为相位编码序列来设计脉冲雷达信号。接收端则在距离维度对回波信号进行分段，并根据发射信号编码序列特性来设计各段回波数据对应的脉压滤波器系数，通过分段脉压来抑制脉压旁瓣；然后对CLEAN算法进行改进，并结合提出的二维FGOS‑CA CFAR算法，实现从脉压回波中逐个提取和检测目标。本发明有效解决了由于发射序列非周期自相关性能较差而导致的脉压旁瓣问题，提高了系统的鲁棒性，同时该方案的计算复杂度相比传统雷达信号处理算法并没有显著增加，且可用于多种前导码序列，具有普遍适用性。

技术领域

本发明属于通信雷达一体化技术领域，尤其涉及一种通信雷达联合处理方法。

背景技术

联合通信雷达（Joint Communication-Radar）系统通过硬件复用、波形共用实现雷达、通信功能一体化，其利用通信系统所具有的高速ADC等硬件来实现回波信号的全数字域基带处理，同时基于传统雷达信号处理技术进行目标探测、参数估计。

目前JCR系统主要应用于商用WLAN频段，不同于传统窄带雷达信号，由于商用授权频段以及毫米波非授权频段中的可用频带较宽，因此基于IEEE.802.11协议框架的JCR系统具有高数据传输速率和高距离分辨率等优点。文献[P. Kumari, J. Choi, N. González-Prelcic and R. W. Heath, IEEE 802.11ad-Based Radar: An Approach to JointVehicular Communication-Radar System, in IEEE Transactions on VehicularTechnology, vol. 67, no. 4, pp. 3012-3027, April 2018] 提出利用IEEE 802.11 ad单载波物理层帧数据包的特殊前导码结构，并基于传统的时频同步和频偏估计算法设计单帧、多帧处理策略，在收发端波束对齐并建立定向链路后，从目标反射回来的回波中提取目标距离、速度等参数信息。该方案假设通过自干扰消除方案来实现全双工雷达，但目前的数字域自干扰抵消方案很难实现理想的自干扰抵消，且计算复杂度极高。同时，对消后的残余自干扰会大大增大雷达接收机的本底噪声。本发明考虑以IEEE 802.11协议为基础框架，利用其典型前导码结构，通过将发射端的通信帧配置成相位编码脉冲雷达信号形式来实现收发隔离，并设计多目标检测算法，实现对目标测速及测距。

脉冲压缩是脉冲雷达的关键技术之一，它既保持了窄脉冲的高距离分辨力，又能获得宽脉冲雷达系统的高信噪比。其中，发射信号序列的非周期自相关性能很大程度上决定了系统探测准确度。由于IEEE802.11协议物理层帧结构中的前导码序列主要是为通信接收端定时、同步而设计的，因此基于前导码的JCR系统存在脉冲信号模糊函数距离维主旁瓣比较低的问题。当回波信号脉压旁瓣值过高时， CFAR模块在多目标场景下会因强目标旁瓣掩盖附近弱目标主瓣出现漏警情况，且系统也会因实际虚警率过高导致过载从而引起目标错判。因此，有必要采取相应旁瓣抑制算法来解决强弱、邻近目标遮蔽等问题。另一方面，当目标过近时接收到的回波并不完整，若继续采用全码进行脉冲压缩会导致输出结果出现栅瓣，从而降低目标探测准确度。

为了抑制脉压输出的距离旁瓣，有学者提出基于CLEAN算法的旁瓣抑制技术。CLEAN算法是一种在去除单频分量的同时将信号副瓣也一并去除的解卷积技术，其主要思想是按照顺序去除强散射体的距离旁瓣，从而揭露出被掩盖的弱散射体。CLEAN算法的计算时间成本取决于目标数量。利用CLEAN算法消除目标脉压输出旁瓣，需要多次搜索最强目标，并根据对应的频点信息重建出最强目标的理想匹配滤波输出，并与回波数据相抵消，最终检测出目标信息。