[发明专利]一种基于相位抖动的单载波雷达通信一体化信号实现装置

权利要求书

1.一种基于相位抖动的单载波雷达通信一体化信号实现装置，其特征在于，包括雷达发射端、通信接收端和雷达接收端，雷达发射端分别连接通信接收端和雷达接收端，通信接收端连接雷达接收端；

雷达发射端用于获取N_s个通信序列的最优一体化信号矩阵所述N_s个通信序列的最优一体化信号矩阵中包含N_s个单载波，且是基于相位抖动的单载波雷达通信一体化信号；

雷达收发天线一体的情况下，N_s个通信序列的最优一体化信号矩阵直接进入雷达接收端；雷达接收端的处理流程为：首先雷达接收端接收N_s个通信序列的最优一体化信号矩阵将接收到的N_s个通信序列的最优一体化信号矩阵进行滤波处理，得到雷达信号；之后将得到的雷达信号在距离方向上进行距离压缩，得到距离压缩后的雷达信号；最后对距离压缩后的雷达信号进行雷达距离分辨率和雷达模糊函数的计算；N_s为大于1的正整数；

雷达收发天线分置的情况下，N_s个通信序列的最优一体化信号矩阵分别进入通信接收端和雷达接收端；通信接收端和雷达接收端的处理流程分别如下：

通信接收端的处理流程为：首先通信接收端接收N_s个通信序列的最优一体化信号矩阵之后将接收的N_s个通信序列的最优一体化信号矩阵进行判决，即对N_s个通信序列的最优一体化信号矩阵中的每一个最优一体化信号进行取实部操作，若大于0则判决为1码元；否则判决为0码元；进而得到N_s个通信序列；接着对所述N_s个通信序列进行依次排列后得到通信数据流；最后对所述通信数据流进行通信误码率的计算；

雷达接收端的处理流程为：将通信接收端判决得到的N_s个通信序列与对应通信序列的相位抖动矢量分别做点乘，进而计算得到N_s个距离压缩权值；接着利用N_s个距离压缩权值对N_s个通信序列的最优一体化信号矩阵进行距离压缩，得到距离压缩后的雷达信号；最后对距离压缩后的雷达信号进行雷达距离分辨率和雷达模糊函数的计算；

所述N_s个通信序列的最优一体化信号矩阵的得到过程，包括以下步骤：

步骤1，获取通信数据流，将所述通信数据流切割为N_s个通信序列，计算N_s个通信序列的一体化信号；其中，N_s为大于1的正整数；包含以下子步骤：

1a)获取通信数据流，将所述通信数据流切割为N_s个通信序列，每个通信序列包含的码元个数为N_c，N_c为大于1的正整数；

1b)选取N_s个通信序列中第i个通信序列s_i，i＝1，2，...，N_s，表示N_c×1维实数矢量，∈表示属于，N_c表示每个通信序列包含的码元个数，N_c、N_s分别为大于1的正整数；

1c)计算N_s个通信序列的一体化信号，其中第i个通信序列s_i的一体化信号为其得到过程为：使用exp(jp_i)对N_s个通信序列中第i个通信序列s_i进行相位调制，得到第i个通信序列s_i的一体化信号其表达式为：

其中，⊙表示Hardmard积，exp(·)表示指数函数，为虚数单位，p_i表示第i个通信序列s_i的相位抖动矢量，表示N_c×1维复数矢量，∈表示属于；p(n)表示第i个通信序列s_i的相位抖动矢量p_i中第n个元素，n∈{1，2，...，N_c}，B表示相位抖动的最大幅度，B的取值范围是[0，π/3]；

步骤2，根据N_s个通信序列的一体化信号，计算N_s个通信序列的一体化信号自相关旁瓣电平矢量；

步骤3，根据N_s个通信序列的一体化信号自相关旁瓣电平矢量，构造N_s个通信序列的目标优化函数PSL；所述N_s个通信序列的目标优化函数PSL，其表达式为：

s.t.|p(n)|≤B

其中，|| ||_p表示p范数，p范数为设定范数；r_i表示第i个通信序列s_i的一体化信号自相关旁瓣电平矢量，PSL_i表示目标优化函数PSL中第i个元素，|·|表示取模值，p(n)表示第i个通信序列s_i的N_c×1维复的相位抖动矢量p_i中第n个元素，B表示相位抖动的最大幅度，n∈{1，2，...，N_c}，s.t.表示约束条件，表示PSL_i取最小值时对应的p_i取值运算；

步骤4，优化N_s个通信序列的目标优化函数PSL，得到N_s个通信序列的最优一体化信号矩阵包含以下子步骤：

4a)初始化：设置每个通信序列包含的码元个数为N_c，设置每个通信序列在求解与之最为匹配的相位抖动矢量时的循环次数为M，设置将通信数据流切割后包含N_s个通信序列；选取其中一个通信序列，记为通信序列s_c；将最高旁瓣标志设置为无穷大；令l表示第l次循环，l的初始值为1，l＝1，2，…，M，M为大于1的正整数；

4b)计算第l次循环初始化通信序列s_c的相位抖动矢量，即将通信序列s_c的相位抖动矢量中每一个元素都在-B～B之间随机取值，并将初始化后的结果记为第l次循环后通信序列s_c的相位抖动矢量p_c，进而计算得到第l次循环后基于相位抖动方法的通信序列s_c未优化雷达通信一体化信号其表达式为：其中，⊙表示Hardmard积，exp(·)表示指数函数，为虚数单位；

4c)使用序列二次规划算法优化第l次循环后通信序列s_c的相位抖动矢量p_c，得到第l次优化后通信序列s_c的相位矢量p_o；循环次数与优化次数相等且一一对应；

4d)比较第l次优化后通信序列s_c的相位矢量p_o的最高旁瓣与最高旁瓣标志的大小，如果第l次优化后通信序列s_c的相位矢量p_o的最高旁瓣大于或等于最高旁瓣标志，则令l的值加1，返回4b)；

如果第l次优化后通信序列s_c的相位矢量p_o的最高旁瓣小于最高旁瓣标志，则计算得到第l次优化后通信序列s_c的通信一体化信号进而计算第l次优化后通信序列s_c的一体化信号自相关旁瓣其中第l次优化后通信序列s_c中第k个码元的一体化信号自相关旁瓣表示第l次优化后通信序列s_c中第k个码元的滑动矩阵，表示(N_c-k)×k维全零矩阵，0_k×k表示k×k维全零矩阵，表示k×(N_c-k)维全零矩阵，表示N_c-k阶单位矩阵，N_c表示每个通信序列包含的码元个数；

然后计算第l次优化后通信序列s_c的一体化信号自相关旁瓣电平，其中第l次优化后通信序列s_c中第k个码元的一体化信号自相关旁瓣电平

令l的值加1，返回4b)；

直到循环M次后结束，得到第M次优化后通信序列s_c的一体化信号自相关旁瓣电平，然后对比第1次优化后通信序列s_c的一体化信号自相关旁瓣电平至第M次优化后通信序列s_c的一体化信号自相关旁瓣电平，将其中数值最小的自相关旁瓣电平，作为与通信序列s_c最为匹配的相位抖动矢量，记为通信序列s_c的匹配相位抖动矢量p_opt；

4e)然后计算通信序列s_c的最优一体化信号并将l的值初始化为1；所述通信序列s_c的最优一体化信号为一个单载波；

4f)将通信序列s_c分别取为第1个通信序列至第N_s个通信序列，重复4b)至4e)，进而分别得到第1个通信序列的最优一体化信号至第N_s个通信序列的最优一体化信号，记为N_s个通信序列的最优一体化信号矩阵表示N_c×N_s维复数矩阵。

2.如权利要求1所述的一种基于相位抖动的单载波雷达通信一体化信号实现装置，其特征在于，步骤2的子步骤为：

2a)根据第i个通信序列s_i的一体化信号计算第i个通信序列s_i中第k个码元的一体化信号自相关旁瓣电平r_i，k，其表达式为：

其中，(·)^H表示共轭转置，J_k表示第i个通信序列s_i中第k个码元的滑动矩阵，其表达式为：表示(N_c-k)×k维全零矩阵，0_k×k表示k×k维全零矩阵，表示k×(N_c-k)维全零矩阵，表示N_c-k阶单位矩阵，N_c表示每个通信序列包含的码元个数，表示第i个通信序列s_i的一体化信号；

2b)令k的值分别取1至N_c-1，重复执行2a)，分别得到第i个通信序列s_i中第1个码元的一体化信号自相关旁瓣电平r_i，1至第i个通信序列s_i中第N_c-1个码元的一体化信号自相关旁瓣电平记为第i个通信序列s_i的一体化信号自相关旁瓣电平矢量r_i，N_s表示将通信数据流切割后包含的通信序列个数，(·)^T表示共轭转置；然后将k值初始化为1；

2c)令i的值分别取1至N_s，依次重复执行2a)和2b)，分别得到第1个通信序列s₁的一体化信号自相关旁瓣电平矢量r₁至第N_s个通信序列s的一体化信号自相关旁瓣电平矢量记为N_s个通信序列的一体化信号自相关旁瓣电平矢量。