[发明专利]基于四维天线阵的射频隐身雷达通信一体化系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于四维天线阵的射频隐身雷达通信一体化系统，该系统包括，比特数据生成器、数字调制器、雷达波形生成器、乘法器、混频器、本振信号产生器、功率放大器、双工器、功分器、四维波控模块、四维收发组件、天线单元、低噪声放大器、模数转换器、数字信号处理器以及连接各部分的光纤和电缆；其中，四维收发组件主要由高速射频开关，混频器等可以实现时间调制的模块和移相器、放大器组成；本发明还公开了一种基于四维天线阵的射频隐身雷达通信一体化方法,该方法集合了四维天线阵列设计技术与雷达通信一体化波形设计技术，在保证一定射频隐身性能的情况下，同时实现雷达多目标探测与无线通信功能。

技术领域

本发明属于天线工程技术领域，涉及雷达探测及无线通信领域，具体来说是一种利用四维天线阵同时实现雷达探测和无线通信功能的射频隐身系统及方法，可用于要求较高射频隐身性能的雷达通信一体化系统。

背景技术

1963年，美国学者Kummer等人提出了时间调制天线阵的概念：通过随时间变化对天线状态不断调控，可以在“时间”维控制天线的辐射特性。时间调制天线阵列即属于四维天线阵的一种。四维天线阵列通过采用高速射频开关、高速幅相调制器、混频器等按照预定的工作时序控制每个单元的工作状态，使天线阵的辐射状态随时间变化，即具有时间调制特性，从而大大增加天线阵的设计自由度。四维天线阵在方向调制与赋形波束方面很有优势，已经取得诸多成果。近年来，四维天线阵的工程应用研究日益受到重视。目前已有关于四维天线阵在同时多波束扫描、保密通信、低截获概率雷达等应用的文献报道。作为一种设计灵活性很强的新型阵列天线，四维天线在雷达与通信领域具有非常大的应用空间与潜在优势。

传统雷达系统和通信系统通常是分立的，二者拥有各自独立的频谱和软硬件平台。然而，随着现代电子技术的发展，雷达和通信系统的硬件架构、信道特性以及信号处理方法已经十分接近。这为雷达通信一体化提供了实现可能性。雷达通信一体化不仅可以大幅缩减硬件成本，还可以缓解日益趋紧的频谱资源使用度。因此，为实现雷达与通信功能一体化，相关领域的众多学者提出了很多设计方法。但常规的雷达通信一体化方法主要在波形设计上，通过设计出共用波形，在同一硬件平台上同时实现雷达和通信功能。鲜有能够同时实现雷达、通信、射频隐身功能一体化的研究。

在授权公告号为CN 108809879 B的专利中，一种基于CE-OFDM的雷达通信一体化信号设计方法被提出。该方法在发射端将比特数据信息经QAM调制和IFFT变换后，通过附加相位调制成为CE-OFDM信号；在接收端，将信号进行基于反正切的相位解调后即可恢复出发送的OFDM信号，最终在保证有效通信传输速率的前提下，有效解决了OFDM系统峰均比过高的问题。但该方法主要聚焦于一体化波形设计，仅能实现单一目标的探测和通信，并且所辐射信号容易被非法截获机截获，不具备射频隐身能力。

在公开号为CN 107390208 B的专利中，一种频率分集阵列雷达通信一体化方法被提出。该方法结合了阵列设计与雷达通信一体化波形设计方法，采用雷达脉冲发射方式，将数字基带信号通过二进制相移键控的调制方式与频率分集Chirps阵列信号结合后作为一体化发射信号，并建立雷达通信一体化应用场景判断模型，通过发射信号与接收到回波信号的相关性判断目标存在情况，然后确定进行目标定位处理或是通信处理。但该方法未能充分利用阵列设计自由度，同样仅能实现单一目标探测通信，且系统射频隐身能力较差，不能有效对抗非法截获机的截获。

在公开号为CN 110058218 B的专利中，一种基于四维天线阵的射频隐身发射波束形成方法及系统被提出。该方法利用时序的正交性和随机性，在实现同时多目标探测的同时，还具备有良好的射频隐身性能。但该方法及系统仅具备雷达探测功能，无法与期望目标进行无线通信。