[发明专利]一种雷达嵌入式通信的正交波形设计方法

摘要

本发明涉及低截获通信领域，特别涉及一种具备低截获性的雷达嵌入式通信正交波形设计方法。本发明的雷达嵌入式通信正交波形设计方法，优先生成IWC波形，大幅提高可靠性的同时隐蔽性也有明显提高；当通信所需要的不同符号数过多，无法生成IWC波形时，以CWC波形作为替代方案，虽然损失了一部分隐蔽性，但可靠性进一步加强。

主权项

1.一种雷达嵌入式通信的正交波形设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1射频标签受到雷达照射后，对雷达信号进行过采样；假定奈奎斯特采样的雷达波形的时宽带宽积为N，并以奈奎斯特速率M_c倍进行采样，M_c为正整数，称为过采样因子；采样雷达波形表示为长度为NM_c的矢量s：S2提取雷达信号特征；具体过程如下：S2.1定义Toeplitz矩阵S_b为：S2.2对S_b进行特征值分解：S_bS_b^H＝QΛQ^H其中Λ是对角矩阵，其对角线上的元素为特征值，按降序排列，Q＝[q₁ q₂ … q_NMc]是NM_c×NM_c方阵，由对应的特征向量构成；S2.3选择合适的主空间大小：将特征值按降序排列，定义前L个特征值为主空间，其余特征值为非主空间，主空间特征值对应的特征向量为主空间特征向量，非主空间特征值对应的特征向量为非主空间特征向量，主空间大小为L，1≤L≤NM_c‑1且由射频标签和合作接收机共同约定，表示自然数集合；S2.4以特征值和特征向量来表征雷达信号特征：考虑雷达信号的频谱特征，以主空间特征向量来表征雷达通带内的频率分量，非主空间特征向量来表征雷达阻带内的频率分量；S2.5以主空间和非主空间重新表示特征值分解过程：其中Λ_D为L×L的主空间特征值矩阵，Λ_ND为(NM_c‑L)×(NM_c‑L)的非主空间特征值矩阵，Q_D为包含L个主空间特征向量的NM_c×L矩阵，Q_ND为包含NM_c‑L个非主空间特征向量的NM_c×(NM_c‑L)矩阵，Q_ND＝[q₁ q₂ … q_NMc‑L]，q₁,q₂,…,q_NMc‑L为非主空间特征向量；S3确定通信所需要的不同符号数，记为K，K为正整数，若进行步骤S4至S6后，直接进行S10；否则，进行步骤S7至S10；S4在非主空间中随机选取满足条件的列向量，构造生成矩阵；具体过程如下：S4.1确定生成矩阵的维数，即确定生成矩阵从非主空间选择的列向量个数：假设在非主空间Q_ND中随机选取j个满足条件的列向量，则j需满足jK≤NM_c‑L且j为大于等于5的正整数；S4.2按如下条件选择列向量，每个符号生成一个对应的生成矩阵，记为Q_Gk，k＝1,2,...,K：①每一个列向量只可以被选择一次，也就是说如果q_m被用作生成通信波形c₁，则它不可以用来生成其他通信波形，m＝1,2,...,NMc‑L；②任意的Q_Gk都要尽可能多的选择对应特征值较大的列向量；其中Q_Gk＝[q_k1q_k2…q_kj]，q_k1,q_k2,…,q_kj为选择的j个列向量；S5随机生成一组列向量，记为h_k；列向量的维数为j×1；S6利用生成矩阵Q_Gk和随机列向量h_k生成通信波形c_k，之后进行步骤S10；c_k＝Q_Gk·h_k,k＝1,2,...,Kc_k为不同符号对应的通信波形，称为IWC波形；S7射频标签和合作接收机生成若干组相互正交的列向量，考虑不同的时宽带宽积N、过采样因子M_c，形成一个仅射频标签和合作接收机双方已知的随机向量库；列向量的维数为(NM_c‑L)×1；S8从随机向量库选择一组相互正交的列向量，记为b_l；S9生成不同符号对应的通信波形c_l，称为CWC波形；c_l＝Q_ND·b_l,l＝1,2,...,KS10为进一步提高隐蔽性，定期更换生成波形的列向量组，具体过程如下：若生成的是IWC波形，每隔一段时间后，重新进行步骤S5和S6；若生成的是CWC波形，每隔一段时间后，重新进行步骤S8和S9；更换的时间间隔由射频标签和合作接收机共同约定。