一種非對稱三角調(diào)頻雷達(dá)通信一體化信號波形確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)提出了一種非對稱三角調(diào)頻雷達(dá)通信一體化信號波形確定方法，可以適用于 基于信號共享的雷達(dá)通信一體化波形設(shè)計(jì)，屬于雷達(dá)通信波形調(diào)制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著技術(shù)的發(fā)展和信息化作戰(zhàn)的需要，戰(zhàn)爭形態(tài)從單一的武器平臺對抗向體系對 抗轉(zhuǎn)變，多功能電子系統(tǒng)綜合一體化的實(shí)現(xiàn)成為未來軍用電子系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。雷達(dá)通信 信號一體化對于提升電子系統(tǒng)的綜合性能有著重要的意義。探索一體化波形的設(shè)計(jì)方法是 雷達(dá)通信信號一體化技術(shù)的重點(diǎn)研究內(nèi)容。
[0003] 在實(shí)現(xiàn)雷達(dá)通信一體化的過程中，為了實(shí)現(xiàn)雷達(dá)功能與通信功能，通常采用分時(shí)、 分頻傳輸或者多波束空分的方式。但這兩種方式不是通信雷達(dá)信信號波形的一體化。
[0004] 基于波形共享的一體化系統(tǒng)仍舊處于起步階段，采用共享信號主要是線性調(diào)頻信 號（Chirp)，通過改變線性調(diào)頻信號的參數(shù)來調(diào)制通信信息，但是這種方式改變了信號的帶 寬和時(shí)寬，使得雷達(dá)的作用距離和分辨率都會(huì)發(fā)生變化，從而影響了雷達(dá)的探測性能。
[0005] 基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的一體化波形設(shè)計(jì)中，采用不同的初始頻率對用戶數(shù)據(jù)進(jìn) 行調(diào)制，達(dá)到了單Chirp信號多比特信息的傳輸，但此類系統(tǒng)的共同缺點(diǎn)是通信的傳輸速 率與Chirp率有關(guān)，在相同的帶寬條件下，通信的頻譜效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足指出，提供一種非對稱三角調(diào)頻 雷達(dá)通信一體化信號波形確定方法，該方法能夠在保持系統(tǒng)帶寬和時(shí)寬不變的情況下，實(shí) 現(xiàn)雷達(dá)和通信信號的波形一體化，利用部分一體化信號作為同步序列用于通信系統(tǒng)的同 步，剩余部分一體化信號分段調(diào)制通信比特信息。整個(gè)一體化信號作為雷達(dá)發(fā)射信號。一 體化波形設(shè)計(jì)簡單，工程實(shí)現(xiàn)容易。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種非對稱三角調(diào)頻雷達(dá)通信一體化信號波形確定方 法，包括以下步驟：
[0008] (1)根據(jù)設(shè)定的雷達(dá)斜距分辨率、雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出的平均功率、雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出的 峰值功率和脈沖重復(fù)頻率PRF，分別確定的帶寬B和時(shí)寬T;
[0009](2)將步驟⑴時(shí)寬T分為兩段，分別為[0:T1]，[T1:T]，兩段時(shí)間長度分別為T1 和T2,0 彡T1ST2,T2=T-T1;
[0010] ⑶根據(jù)步驟⑵中確定的TdPT2，保持步驟⑴確定的系統(tǒng)的帶寬B不變，分別 計(jì)算一體化波形第一部分調(diào)頻率Ic1=B/Ti，和第二部分調(diào)頻率k2= -B/T2;
[0011] (4)根據(jù)步驟（3)得到的調(diào)頻率Ik2，在保證信號時(shí)域、相位連續(xù)的情況下，得到 [0:1\]上信號的表達(dá)式< (t)，[T1:T]上信號的表達(dá)式如'（t);
[0015] (5)當(dāng)調(diào)制通信信息時(shí)，不調(diào)制步驟⑷中的Sl'⑴，將步驟⑷中的s2'⑴，在
[T1:T]內(nèi)，平均分段調(diào)制通信比特信息后新的信號的表達(dá)式S2 (t)，如下；
[0017]式中c(n) = 2randint(l,N, (0, 1))-1，N表示在[T1 =T] 一共調(diào)制了N比特通信數(shù) 據(jù)，n表示在[T1:T]上調(diào)制的第n比特?cái)?shù)據(jù)；2randint(1，N, (0,I))-1表示產(chǎn)生N個(gè)1或-1 的隨機(jī)數(shù)，AT表示調(diào)制一比特信息的時(shí)間長度，其中AT彡1\。
[0018] (6)根據(jù)步驟⑷得到的Sl'⑴和步驟（5)得到的S2⑴，得到一體化復(fù)合信號的 表達(dá)式s(t)，將得到的該一體化復(fù)合信號s(t)同時(shí)作為雷達(dá)信號和通信信號使用，即實(shí)現(xiàn) 雷達(dá)通信信號波形的一體化，S(t)如下：
[0019] s (t) = s/ (t) +S2 (t)
[0022] 根據(jù)設(shè)定的雷達(dá)斜距分辨率Py確定系統(tǒng)的帶寬B，公式如下：
[0024] 式中，c= 3X108m/s為光速；Pj^為斜距分辨率。
[0025] 斜距分辨率P ^的值為0. 15以上，優(yōu)選為0. 15到50米；
[0026] 根據(jù)設(shè)定的雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出的平均功率、峰值功率和脈沖重復(fù)頻率PRF，確定系統(tǒng) 的時(shí)寬T，公式如下：
[0028] 式中，Pav為雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出的平均功率，Pt為雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出的峰值功率，PRF為 脈沖重復(fù)頻率。
[0029] 設(shè)定的雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出的平均功率為100瓦到1000瓦。
[0030] 設(shè)定的雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出的峰值功率為1千瓦到10千瓦，峰值功率選定值的大小大 于平均功率的值。
[0031] 設(shè)定的脈沖重復(fù)頻率PRF為1000 Hz到9000Hz。
[0032] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0033] (1)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一體化信號，雷達(dá)和通信信號都充分利用了時(shí)域和頻域資源， 雷達(dá)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)使用相同的時(shí)間和頻率工作，在節(jié)省了時(shí)間和頻域資源的前提下實(shí)現(xiàn) 了雷達(dá)通信波形的一體化。
[0034] (2)本發(fā)明中提出的一體化信號，通過兩段調(diào)諧率極性相反的LFM信號的組合，保 證了系統(tǒng)帶寬不變同時(shí)使得同步序列與調(diào)制了比特信息的信號具有一定的正交性，從而可 以實(shí)現(xiàn)同步序列的捕獲。這種波形設(shè)計(jì)方法具有實(shí)用性和創(chuàng)新性。
[0035] (3)本發(fā)明中提出的一體化信號，可以通過對通信系統(tǒng)的信道環(huán)境和雷達(dá)性能的 共同約束下優(yōu)化得到在單Chirp信號上調(diào)制多少比特通信數(shù)據(jù)，在保證通信和雷達(dá)性能的 前提下提高了通信的傳輸速率。
[0036] (4)本發(fā)明斜距分辨率P^的值為0.15以上，受低軌衛(wèi)星上的信號產(chǎn)生器的硬件 水平的限制，帶寬B小于1GHz，優(yōu)選的方案是P^的值為0. 15到50米，適用于雷達(dá)探測的 普遍應(yīng)用，分辨率能夠達(dá)到目前雷達(dá)探測的性能要求。
[0037] (5)本發(fā)明設(shè)定的雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出的平均功率為100瓦到1000瓦。設(shè)定的雷達(dá)發(fā) 射機(jī)輸出的峰值功率為1千瓦到10千瓦，峰值功率選定值的大小大于平均功率的值，優(yōu)選 的方案是在低軌（400到800公里）的雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)中，峰值功率1千瓦到10千瓦， 雷達(dá)接收機(jī)的信噪比能夠達(dá)到IOdB以上，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)探測目標(biāo)的能力提升，探測目標(biāo)準(zhǔn)確。
[0038] (6)本發(fā)明設(shè)定的脈沖重復(fù)頻率PRF為1000 Hz到9000Hz，PRF在9000Hz以上產(chǎn)生 會(huì)產(chǎn)生距離模糊問題，優(yōu)選的方案為PRF在1000Hz到9000Hz，能夠?qū)崿F(xiàn)探測目標(biāo)的目的。
【附圖說明】
[0039] 圖1是本發(fā)明的處理流程框圖；
[0040]圖2是非對稱三角調(diào)頻雷達(dá)通信一體化信號的頻率曲線示意圖；
[0041]圖3是基于信號波形一體化的雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)發(fā)射端框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0043] 本發(fā)明的基本思路為：一種非對稱三角調(diào)頻雷達(dá)通信一體化信號波形確定方法， 該一體化信號波形的頻率曲線形狀為非對稱的三角，由調(diào)頻率符號相反的兩段線性調(diào)頻信 號組成，波形設(shè)計(jì)方法如下：首先確定一體化系統(tǒng)的帶寬B和時(shí)寬T;將系統(tǒng)時(shí)寬T分成兩 段，時(shí)間長度分別為T1,T2,0 <T1ST2;兩段線性調(diào)頻信號調(diào)諧率符號相反，帶寬B相同，分 別計(jì)算出兩段線性調(diào)頻信號的調(diào)諧率；第一段信號用于進(jìn)行通信信號的同步捕獲，不調(diào)制 通信信息；第二段信號分段調(diào)制通信比特信息；保證兩段信號相位連續(xù)，最終得到一體化 信號在整個(gè)時(shí)寬T上的表達(dá)式。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)雷達(dá)和通信信號的波形一體化，利用部分 一體化信號作為同步序列用于通信系統(tǒng)的同步，剩余部分一體化信號分段調(diào)制通信比特信 息。整個(gè)一體化信號作為雷達(dá)發(fā)射信號。
[0044] 如圖3所示，一種非對稱三角調(diào)頻雷達(dá)通信一體化信號波形確定系統(tǒng)，包括：一體 化波形生成模塊、雷達(dá)發(fā)射機(jī)、雷達(dá)波束形成單元、雙工器和天線；
[0045] 一體化波形生成模塊，包括：通信編碼器、通信加密處理模塊、雷達(dá)RF脈沖產(chǎn)生 器、雷達(dá)調(diào)制器；
[0046] 通信編碼器，接收通信數(shù)據(jù)，并進(jìn)行編碼送至加密處理模塊進(jìn)行加密后得到待發(fā) 送通信信號；
[0047] 雷達(dá)RF脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生帶寬B和時(shí)寬T的雷達(dá)射頻脈沖，送至雷達(dá)調(diào)制器后得到 待發(fā)送的雷達(dá)信號；
[0048] 將待發(fā)送的雷達(dá)信號分成N段，將待發(fā)送通信信號分別與分段后待發(fā)送的雷達(dá)信 號進(jìn)行點(diǎn)乘，得到一體化信號，經(jīng)過雷達(dá)發(fā)射機(jī)進(jìn)行調(diào)制上變頻后，經(jīng)過雷達(dá)波束形成單 元，對上變頻后的信號進(jìn)行波束形成。雙工器作為收發(fā)開關(guān)，發(fā)射時(shí)，關(guān)閉接收機(jī)入口，大功 率射頻脈沖送入射頻天線發(fā)射出去，接收時(shí)，關(guān)閉發(fā)射機(jī)通路，微弱回波能量接收進(jìn)來。由 于本發(fā)明所設(shè)計(jì)的信號頻率曲線為一個(gè)非對稱的三角，因此被稱為一種非對稱三角調(diào)頻雷 達(dá)通信一體化信號波形。
[0049] -種非對稱三角調(diào)頻雷達(dá)通信一體化信號波形確定方法，包括以下步驟：
[0050] (1)根據(jù)設(shè)定的雷達(dá)斜距分辨率、雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出的平均功率、雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出的 峰值功率和脈沖重復(fù)頻率PRF，分別確定的帶寬B和時(shí)寬T;
[0051] 根據(jù)設(shè)定的雷達(dá)斜距分辨率