申请/专利权人：昆明理工大学

申请日：2023-12-12

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN117724051A

主分类号：G01S7/28

分类号：G01S7/28;G01S7/282;G01S7/285;G01S7/00;H04L27/26

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.05#实质审查的生效;2024.03.19#公开

摘要：本发明公开了一种基于NC‑OFDM雷达通信一体化设计方法，提出了以非连续正交频分复用Non‑ContiguousOFDM，NC‑OFDM信号作为雷达通信一体化信号，以缓解现如今频谱资源紧张的问题，并研究其雷达探测性能及无线通信性能，以期望为雷达通信一体化在非连续谱中的设计带来参考。本发明对NC‑OFDM雷达通信一体化信号测量目标特征进行了距离及速度的估计，并对基于NC‑OFDM雷达通信一体化信号模糊函数及误码率进行了分析，同时，选取互信息作为指标，利用优化算法进行波形设计。仿真结果表明，本发明设计的NC‑OFDM雷达通信一体化信号具有较好的雷达探测性能和更为优良的无线通信性能。

主权项：1.一种基于NC-OFDM雷达通信一体化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、系统通过动态频谱感知获得当前时刻的频谱使用情况，然后根据频带中频谱使用情况，选择合适的子载波进行数据传输，当子载波i对应的频点不可使用时，令ai＝0，当子载波i对应的频率点可以使用时，令ai＝1，得到频谱效用序列A＝a0,a1,…,aN-1；S2、在发射端，二进制比特数据流通过正交幅度调制后得到符号数据，将符号数据按照频谱效用序列A依次一一对应放于其中不为零的位置，再经过离散傅里叶逆变换得到时域信号xii＝0,1,2,…,N-1，再经过并串转换成串行符号数据，将循环前缀添加到单个OFDM符号前，得到时域NC-OFDM信号，最后经过射频前端发射到信道中传输至接收端；NC-OFDM发射信号xt可表达为 其中：am为第m个子载波附加权优化变量，t为时间；NCP为子载波的数目；Ns为一帧中NC-OFDM信号的总符数；wμ,n为第μ个NC-OFDM符号的第n个子载波的调制符号；fn＝nΔf为第n个子载波的频率，Δf为子载波间隔；TOFDM＝T+TCP为NC-OFDM总的符号持续时间，T为OFDM的符号周期，TCP为循环前缀持续时间；rect表示分段函数，即S3、为了使得一体化波形具有更好的雷达通信性能，在发射波形加上了子载波附加权优化变量am，利用选取互信息作为感知和通信一体化信号设计指标，并对通信和雷达的互信息加权来实现一体化波形获得更好的雷达通信性能；接收端接收到第p个脉冲回波信号为ypt＝xt*ht+npt，2其中，ht为目标脉冲响应高斯随机过程，*表示卷积运算，npt为附加性零均值高斯白噪声；接收信号与目标脉冲响应间的互信息为 其中，Xf为发射信号xt傅里叶变换，为目标脉冲响应功率谱密度，为噪声功率谱密度，Tp＝NsTOFDM为脉冲持续时间；利用接收信号与目标脉冲响应间的条件互信息来作为评估雷达目标分类性能，即 其中，pm＝|am|2，为第m个子信道的信道噪声比；根据香农公式可知通信信道容量为 式中，hm为第m个子信道的信道频率响应，为噪声功率，为第m个子信道的信道噪声比；以通信和感知互信息的加权和为目标，最大化互信息与通信数据率，实现感知通信一体化信号波形的设计与优化，可得到最优化数学模型： s.t.pm≥0,m＝0,1,...,Nc-1其中，Wr为雷达加权系数，Fr为最大互信息，Fc为最大通信数据率；极小化-极大化优化算法主要用来解决一些难以直接处理的优化问题，其思想在于将复杂问题转化为一系列简单问题，求最大化函数fx，实际优化一组以gx为主函数的近似目标函数，通过多次迭代优化直至满足条件；最终得到发射波形子载波附加权优化变量的闭式最优解为 其中，α＝wrΔfTp2ln2Fr，β＝wcΔfln2Fc；S4、接收端将收到的信号yt分两路处理：接收端一路信号送至通信处理端，去掉循环前缀后进行串并转换，再通过快速傅里叶变换将信号变换到频域，然后按照频谱效用序列A，将A中不为零对应位置的符号取出得到符号数据，最后通过并串转换和QAM解调得到二进制数据；接收端将另一路信号去掉循环前缀和串并转换后，经过快速傅里叶变换变换到频域，得到接收调制符号序列，再送至雷达处理端进行目标探测处理；经过多普勒频移后，雷达接收信号为 其中，τ为时延，fd为多普勒频移，vrel为相对运动速度，fc为载波频率，R为发射端与探测目标间距离，c为发射信号在空气中的传播速度,zt为加性高斯白噪声；S5、由发送信号和多普勒频移表示可得到接收调制符号： 调制符号帧矩阵形式为 其中，每一列代表一个NC-OFDM符号，每一行代表一个子载波，即纵轴为频率轴，横轴为时间轴，将频域符号重新排列在时频二维空间中；为降低通信信息对于雷达探测的影响，可以通过将接收调制符号矩阵与发射信号调制符号进行按元素的复数除法：Ddivμ,n＝Dmμ，nDwμ,n＝kRT·kD，11即为比较接收频域符号矩阵Dmμ,n与发射频域符号矩阵Dwμ,n得到的信道的频域传输函数，相除之后只剩下距离因子kRn和多普勒因子kDn；将发射调制符号wμ,n和接收调制符号mμ,n带入公式5，得到 令exp-j2πnΔf2Rc＝kRn则kR＝[0,exp-j2πΔf2Rc,…,exp-j2πNc-1Δf2Rc]，13令expj2πμTOFDM2vrelfcc＝kDμ，则kD＝[0,expj2πTOFDM2vrelfcc,…,expj2πNs-1TOFDM2vrelfcc]，14其中，μ＝0,…,NOFDM-1；n＝0,…,NC-1；向量kR和向量kD在接收符号矩阵中分别描述反射物的距离和多普勒频移带来的相移；对于一个与一体化发射端距离为R的物体，所有反射NC-OFDM符号的子载波数据间都将产生一个线性位移，假设物体是静止的，对于同一个NC-OFDM符号，即同一时间点，距离信息R被包含在频率轴上的调制符号间的线性相移中，对kRn做非均匀逆快速傅里叶变换即可提取出距离信息；速度处理与距离处理相似，以相对速度vrel运动的目标反射的回波信号的多普勒频率是具有同样相对速度的通信信号的多普勒频率的两倍，对于同一个NC-OFDM子载波，即同一频率点，相对速度信息vrel被包含在时间轴上的调制符号间的线性相移中，通过对kDn非均匀快速傅里叶变换提取速度信息。

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权利要求：

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