[发明专利]基于自适应OTFS帧结构的雷达通信一体化方法及系统

说明书

本发明公开了基于自适应OTFS帧结构的雷达通信一体化方法及系统，涉及通信和雷达技术领域；通过自适应OTFS帧结构优化处理方式实现帧结构动态调整以及雷达通信在时域上的全双工通信；引入了动态调整帧结构的功能，不再局限于一种固定的帧结构，而是根据实际通信性能参数和雷达性能参数对雷达通信一体化信号的每个帧结构进行调整设计，来满足一体化系统在不同场景中对通信和雷达性能的要求；这种设计使得一体化波形能够在系统对通信性能和雷达性能的要求下达到折衷和调整。

技术领域

本发明涉及通信和雷达技术领域，具体涉及基于自适应OTFS帧结构的雷达通信一体化方法及系统。

背景技术

目前来看，雷达和通信作为两个独立的系统分别按照各自的功能用途在不同的频段上独立设计，但随着通信载波的频率不断向高频搬移，通信设备和雷达设备共享频段逐渐成为发展趋势，随着这种趋势的不断推进，实现雷达通信一体化的愿景已经成为可能，其技术的关键在于设计出能够同时满足通信和雷达功能的信号波形。

现有的基于通信系统的雷达通信一体化技术方案，典型如主流的OFDM的雷达通信一体化系统，尽管在通信上具有高频谱利用率，在雷达上具有高分辨，但是OFDM雷达通信一体化信号的性能依赖于子载波间的正交性，在检测高速运动的物体时，易受到多普勒频偏的影响导致严重的码间干扰，同时它的峰值平均功率比较高；为解决OFDM一体化系统带来的问题，通过OTFS调制技术实现在时延-多普勒域上调制信息，将传输的信号遍布整个时频域资源，利用全分集增益进行雷达处理，能够在高多普勒环境下与高速移动物体进行通信，减小了载波间干扰，实现更大的多普勒频率估计；但目前对于OTFS雷达通信一体化的研究主要集中在雷达探测目标的参数估计和通信雷达波形的复用技术上，并没有对OTFS信号的帧结构进行过多的考虑。

现有的雷达通信一体化方案介绍了OTFS技术的基本实现原理，并将其与OFDM技术相比较，通过仿真验证其相比于OFDM技术而言能够有效克服高速运动时带来的多普勒平移，克服通信系统中存在的挑战，增加通信系统的鲁棒性，同时通过类比不同的导频序列和信道估计来改善OTFS系统的误码率性能和估计性能。但实际上信道估计算法中不同导频序列的使用会降低频带利用率，造成频谱资源的浪费，同时OTFS系统相比于OFDM调制系统，可能会遭受更大的延迟和多普勒平移，另外OTFS信号在高密度通信的情况下会存在载波间的相互干扰的问题，系统鲁棒性降低，使得通信和性能下降。

同时在现有的雷达通信一体化采用时分复用的方法为雷达探测和通信传输分配工作时隙并插入保护带来实现通信雷达一体化系统多样化的功能需求。但实际上这种雷达通信一体化实现方式的不足之处在于其不能实现雷达和通信同时工作，会降低雷达通信一体化的信息传输效率，无法在通信的同时做到雷达定位；同时，其帧结构较为固定且插入的保护带无法自适应系统对雷达分辨率和通信数据量的要求会对OTFS一体化信号的性能带来影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：传统的雷达通信一体化实现方式实现雷达和通信同时工作效果不佳，信号的帧结构较为固定不便于调整，难以同时兼顾雷达分辨率和通信数据量；本发明目的在于提供基于自适应OTFS帧结构的雷达通信一体化方法及系统，通过自适应OTFS帧结构优化处理方式实现帧结构动态调整以及雷达通信在时域上的全双工通信，解决上述技术问题。

本发明通过下述技术方案实现：

本方案提供基于自适应OTFS帧结构的雷达通信一体化方法，包括步骤：

步骤一：对通信数据流进行OTFS调制得到雷达通信一体化信号；

步骤二：对雷达通信一体化信号进行自适应OTFS帧结构优化处理；

根据实际通信性能参数和雷达性能参数对雷达通信一体化信号的每个帧结构进行优化，优化过程包括调整每个帧结构中的中导频符号、保护符号和数据符号的组成结构；