[发明专利]基于数字可编程超表面的雷达通信一体化方法

权利要求书

1.基于数字可编程超表面的雷达通信一体化方法，其特征在于，该方法基于雷达通信一体化系统，在该系统中包括发射端和接收端，其中，所述的发射端和接收端均设置有数字可编程超表面，所述的雷达通信一体化方法包括如下步骤：

步骤S1、执行通信传输，并且对发射信号执行加密，对接收信号执行解密，其包括：在发射端，对发射信号进行相位调制，在接收端对接收信号执行相位解调，并且验证发射信号与接收信号的一致性；

步骤S2、执行雷达方面的验证，其包括：在所述的雷达通信一体化系统中设置一个目标，再应用基于数字可编程超表面的二相编码信号对所述目标进行一维距离成像，其中，在发射端通过数字可编程超表面对源信号进行180°相位差调制得到二相编码信号，该信号再经过所述目标反射后传输至接收端中，在接收端，通过匹配滤波算法对接收的信号进行处理，实现目标的一维距离成像；

步骤S3、执行雷达通信的一体化，通过所述的雷达通信一体化系统同时实现雷达探测和无线通信两种功能，其包括：通过编码设计使得所述数字可编程超表面生成双通道，其中，第一个通道进行步骤S1所述的通信传输，另一个通道进行步骤S2所述的雷达成像，由此实现雷达通信一体化。

2.根据权利要求1所述的基于数字可编程超表面的雷达通信一体化方法，其特征在于，在所述步骤S1中，在发射端以及接收端各自设计一个时空系统函数，并且该两个时空系统函数相对应，通过该时空系统函数对信号实现相位调制和相位解调。

3.根据权利要求1所述的基于数字可编程超表面的雷达通信一体化方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

假设信号I(t)由传播矢量为k的平面波e^jωt携带，并且到达超表面参考单元的信号为s(t)＝I(t)e^jωt，其中t表示时间，I(t)表示信号幅度，ω为信号角频率，则到达超表面的第m个单元的信号表示为：

在该公式(1)中，其中，k₀为传播常数，θ和分别表示俯仰角和方位角，k是传播常数在xy平面上的分量；ρ_m＝[x_m,y_m]^T，x_m和y_m分别表示超表面第m个单元在x轴和y轴的坐标；ρ_m表示超表面第m个单元的坐标；

对于带宽为B的窄带信号，得：

因此得到：

如果第m个单元的反射或透射系数为Γ_m，则在与其距离为r_m的点观察到的信号为：

考虑全部M个单元，则观察点的总信号表示为：

在该公式(3)中，是超表面中M个单元的考虑相位补偿的辐射特性的集合；是超表面M个单元的方向矢量的集合；

定义超表面的系统函数为则观察点信号表示为：

其中，该公式(4)表明输入信号由超表面的系统函数调制。

4.根据权利要求3所述的基于数字可编程超表面的雷达通信一体化方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

假设载波e^jωt经过系统函数h(t)包含相位调制的超表面调制，则超表面的发射信号写为：

g_t(t)＝h(t)e^jφ(t)e^jωt (5)

在公式(5)中，φ(t)为二进制相位调制项，表示为：

在公式(6)中，N和τ₀分别表示二相编码的长度和码元周期，c_k为二进制编码，取值为0或1；

假设接收机放置于发射机相同位置，则从距离R的目标接收到的信号为：

在公式(7)中，c表示光速；

对接收信号进行处理后，所得目标一维距离成像特性如下：

在公式(8)中，Δt为成像范围，易得相关系数在Δt＝2R/c处取得最大值，★表示卷积计算，表示发射信号g_t(t)的共轭。