[发明专利]一种基于相干相位调制广播模式的雷达通信一体化方法

说明书

本发明属于信号处理技术领域，涉及一种基于相干相位调制广播模式的雷达通信一体化方法。本发明首先在保证雷达性能的基础上，求解旁瓣区域相位优化问题得到一个权向量，对其进行相位旋转得到一组不同相位的权向量。所有权向量构成一个权向量集合，从而得到了对应的相位符号字典。通信接收机在旁瓣区域通过匹配滤波得到接收信号相位，与字典进行比较后可以解码处嵌入的二进制通信信息。该发明相比相干相位调制和广播模式，同时具有相干相位调制的低误码率特性以及旁瓣区域通信的广播特性。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，涉及一种基于相干相位调制广播模式的雷达通信一体化方法。

背景技术

近几十年来雷达和通信技术都取得了重大进步并成为人类日常生活中不可或缺的组成部分。随着5G时代的到来，无线通信设备的数量已有了爆炸式的增长，剩余可供人类利用的频谱范围越来越稀缺。为了能更好利用频谱资源以及提升系统的硬件集成度，雷达通信一体化成为了一个重要的研究方向。

雷达通信一体化的关键环节是在雷达发射信号的同时将通信信息进行嵌入。基于波束图复增益的相位调制的雷达通信一体化方法设计了一组发射波束形成权向量，使它们具有相同的发射波束形成复增益幅度图，但每个发射复增益在预设置通信方向上的相位是不同的，这些不同的相位构成了预先设计的相位符号集合。通信接收机处通过检测这些不同的相位，与设定的通信符号对比，便可以得到通信信息序列。

基于相位调制的信息嵌入雷达通信一体化方案有很多，如相干相位调制、非相干相位调制、广播模式等。相干相位调制只发射一种波形，通信接收机检测收到的波形的绝对相位来获得通信符号，因此雷达发射机和通信接收机之间需要完美的相位同步。非相干相位调制与广播模式需要发射两种正交波形，通信接收机通过检测这两种波形间的相对相位来获得通信符号，因此雷达发射机和通信接收机之间不需要相位同步。

基于相干相位调制的信息嵌入方案对方向性依赖大，当通信接送机在高速移动中会降低通信质量。广播模式可以进行全方向的通信，但其通信质量不高。因此需要一种能将两者优点结合而减少缺点的信息嵌入方案。

发明内容

本发明提供了一种基于相干相位调制广播模式的雷达通信一体化方法，实现了在旁瓣区域内高效地进行通信。相对相干相位调制和广播模式，本方法同时具有相干相位调制的低误码率特性以及在旁瓣区域进行通信的广播特性。

为了便于理解，对本发明采用的技术作如下说明：

考虑到一个具有M个收发阵列的MIMO雷达，基于相干相位调制的信息嵌入使用单个雷达波形，此时发射信号可以表示为：

其中(·)^*是求共轭，t是快时间，ψ_u(t)是一组正交波形，P_u是波形ψ_u(t)的发射功率，u是波束形成权向量，T是雷达脉冲持续时间。

在通信接收机的接收的基带信号可以用公式表达为：

y_com(t；τ)＝α_ch(τ)a^T(θ_c)s(t；τ)+n(t；τ)

其中(·)^T是矩阵转置，τ是慢时间，即第τ个脉冲周期，α_ch是信道系数，a是天线阵列导向矢量，θ_c是通信角度，n(t；τ)是零均值加性高斯白噪声。

在每个雷达脉冲期间，通过从预先设计的相位集合中选择不同的相位φ_k来进行基于相干相位调制的通信信息嵌入。需要设计权向量w将发射功率集中在期望的主瓣区域Θ，同时在旁瓣区域中功率尽可能小。即求解如下优化问题：