一種成像雷達(dá)的通信一體化信號(hào)設(shè)計(jì)與分析

婁昊 張群 羅迎 梁必帥 霍文俊 孫莉

(1.空軍工程大學(xué)信息與導(dǎo)航學(xué)院,西安 710077;2.武警工程大學(xué)信息工程系,西安 710086)

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一種成像雷達(dá)的通信一體化信號(hào)設(shè)計(jì)與分析

婁昊1, 2張群1羅迎1梁必帥1霍文俊1孫莉1

(1.空軍工程大學(xué)信息與導(dǎo)航學(xué)院,西安 710077;2.武警工程大學(xué)信息工程系,西安 710086)

雷達(dá)與通信系統(tǒng)一體化可以最大限度地利用雷達(dá)設(shè)備,使雷達(dá)的優(yōu)良性能為通信服務(wù)．根據(jù)信號(hào)共享的原則,在保持成像雷達(dá)和通信各自功能實(shí)現(xiàn)的前提下,設(shè)計(jì)了一種基于隨機(jī)頻率步進(jìn)調(diào)制的成像雷達(dá)通信一體化信號(hào)．該信號(hào)的設(shè)計(jì)方法是對(duì)發(fā)送的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)編碼處理,然后將其調(diào)制到雷達(dá)載波的頻點(diǎn)上發(fā)送出去,實(shí)現(xiàn)通信功能;而引入壓縮感知理論后,采用這種信號(hào)仍能獲得高分辨率的雷達(dá)圖像,在一定功能上實(shí)現(xiàn)了成像雷達(dá)和通信的一體化．

隨機(jī)頻率步進(jìn)調(diào)制;雷達(dá)通信一體化;壓縮感知;隨機(jī)編碼處理

DOI 10.13443/j.cjors.2015090802

引 言

在作戰(zhàn)平臺(tái)的主要電子設(shè)備中,雷達(dá)的主要功能是探測(cè)、目標(biāo)定位和目標(biāo)引導(dǎo)．其采集的信息數(shù)據(jù)如需傳輸?shù)胶蠓角閳?bào)中心,必須采用將存儲(chǔ)設(shè)備拆下,或者采用獨(dú)立的有線或無(wú)線電等通信方式進(jìn)行傳遞,存在傳輸速度慢、保密性差等缺點(diǎn)．如果能將現(xiàn)有的雷達(dá)設(shè)備進(jìn)行一定的設(shè)計(jì)和改造后,形成新的雷達(dá)-通信一體化系統(tǒng),則可顯著降低載荷,并使雷達(dá)的優(yōu)良性能為通信服務(wù)[1]．

近幾年國(guó)內(nèi)外以雷達(dá)設(shè)備為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)通信功能的研究已經(jīng)逐漸展開(kāi)．2005年開(kāi)始,美國(guó)雷聲公司以及諾斯羅普格魯曼公司利用AN/APG77型機(jī)載有源相控陣?yán)走_(dá)和通信調(diào)制解調(diào)器結(jié)合的一體化系統(tǒng),可在毫秒級(jí)范圍內(nèi)把極大數(shù)據(jù)量的合成孔徑雷達(dá)圖像發(fā)送到友鄰飛機(jī)[2],并據(jù)此提出了雷達(dá)通用數(shù)據(jù)鏈這一新概念．國(guó)內(nèi)武漢大學(xué)的萬(wàn)顯榮團(tuán)隊(duì)采用新近研制的全數(shù)字主被動(dòng)一體化高頻地波雷達(dá)硬件平臺(tái),也開(kāi)展了短波通信與雷達(dá)探測(cè)的一體化實(shí)驗(yàn)研究[3],成功地將一副數(shù)字圖像傳輸給幾十千米外的接收機(jī)．

更多的研究集中在一體化系統(tǒng)的信號(hào)共享設(shè)計(jì)．所謂信號(hào)共享,指一種信號(hào)具備多種信號(hào)的功能,對(duì)于雷達(dá)通信信號(hào)一體化系統(tǒng),要使一體化信號(hào)在對(duì)目標(biāo)探測(cè)、成像的同時(shí),還能夠?qū)崿F(xiàn)與己方的高效信息傳輸．采用雷達(dá)信號(hào)和通信信號(hào)疊加的方式生成一體化信號(hào)是一種較為直接的思路[4],其實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)就在于信號(hào)接收方雷達(dá)與通信信號(hào)的分離方法．英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的Nijsure等[5]采用不同的脈沖間延遲即可表示不同的2進(jìn)制數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的低速傳輸．邁阿密大學(xué)的Garmatyuk等人提出,通過(guò)設(shè)計(jì)的寬帶正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)信號(hào),可將獲取的合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,SAR)圖像直接通過(guò)雷達(dá)傳輸出去[5]．此外,在基于寬帶信號(hào)的雷達(dá)通信一體化設(shè)計(jì)中,基于線性調(diào)頻信號(hào)的雷達(dá)通信一體化設(shè)計(jì)文獻(xiàn)較多,如通過(guò)改變信號(hào)的調(diào)頻率[6],其不足之處在于改變了信號(hào)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;通過(guò)改變線性調(diào)頻信號(hào)的初始頻率[7],但一個(gè)線性調(diào)頻信號(hào)僅代表1 bit的數(shù)據(jù),其系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率顯得較低;或通過(guò)改變線性調(diào)頻信號(hào)的相位[8],同樣存在傳輸速率較低的問(wèn)題．與此同時(shí),步進(jìn)頻率信號(hào)利用較小的瞬時(shí)帶寬合成大帶寬信號(hào),在提高分辨率的同時(shí)維持較低的硬件開(kāi)銷,成為了雷達(dá)成像的一種常用信號(hào);而近年來(lái)提出的隨機(jī)頻率步進(jìn)信號(hào),采用可以調(diào)制的頻率,在雷達(dá)成像領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用[8]．如果能利用隨進(jìn)頻率步進(jìn)的可調(diào)載頻作為通信載體,則可以實(shí)現(xiàn)一種新的雷達(dá)通信一體化手段．

在此背景下,本文以載波的頻點(diǎn)來(lái)調(diào)制通信信息,設(shè)計(jì)了一種基于隨機(jī)頻率步進(jìn)調(diào)制的成像雷達(dá)通信一體化信號(hào),研究了這類信號(hào)基礎(chǔ)上的雷達(dá)和通信兩個(gè)部分的功能實(shí)現(xiàn)問(wèn)題,并仿真驗(yàn)證了其有效性．

1 一體化信號(hào)設(shè)計(jì)

雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)需要同時(shí)滿足雷達(dá)和通信功能,在設(shè)計(jì)一體化信號(hào)時(shí)要分別對(duì)雷達(dá)和通信設(shè)備、功能及相應(yīng)的要求進(jìn)行分析．因此本方案在設(shè)計(jì)時(shí)采用的基本原則為:一體化系統(tǒng)的平臺(tái)從寬帶成像雷達(dá)改進(jìn)而成,采用的信號(hào)需滿足大帶寬特點(diǎn);其次,將通信信息合理調(diào)制到雷達(dá)信號(hào)上,也就是實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)與通信信號(hào)的合成,要求共用波形具備較高的設(shè)計(jì)自由度;最后是在接收方能實(shí)現(xiàn)雷達(dá)與通信信號(hào)的完全分離與處理,并分別實(shí)現(xiàn)雷達(dá)與通信兩種功能且不相互影響．因此,如何將通信數(shù)據(jù)調(diào)制到雷達(dá)信號(hào)上是需要首先解決的問(wèn)題．

考慮到雷達(dá)大多工作在半雙工狀態(tài)下,發(fā)射信號(hào)是脈沖信號(hào)而不是連續(xù)波信號(hào);且雷達(dá)發(fā)射信號(hào)功率高,電子器件大多工作在非線性條件下,在單個(gè)脈沖內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜的調(diào)幅、調(diào)相信號(hào)難度很大．這也正是文獻(xiàn)[7-9]等選擇線性調(diào)頻信號(hào)的調(diào)頻率、初始頻率等作為信息的載體的原因．經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有寬帶雷達(dá)常用信號(hào)的整理,提出一種新的隨機(jī)調(diào)頻步進(jìn)調(diào)制的信號(hào)作為寬帶雷達(dá)和通信的共用信號(hào)．首先頻率步進(jìn)信號(hào)具備帶寬合成的能力,以便于實(shí)現(xiàn)雷達(dá)高分辨率成像;其次,對(duì)步進(jìn)信號(hào)的載頻理論上是可變的,且跳頻點(diǎn)很多,載頻本身作為通信信息比單純改變線性調(diào)頻信號(hào)的基本參數(shù)具有更高的通信速率的潛力;最后,在一定的成像算法下,按照通信數(shù)據(jù)約束引起的信號(hào)載頻的任意變化對(duì)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)成像影響較小,這也是現(xiàn)有眾多寬帶雷達(dá)信號(hào)所不具備的．需要說(shuō)明的是,下文中所指的一體化信號(hào),是指采用基于隨機(jī)頻率步進(jìn)調(diào)制的一體化系統(tǒng)使用的信號(hào)．

1.1 一體化信號(hào)形式

首先對(duì)步進(jìn)頻率信號(hào)進(jìn)行介紹．步進(jìn)頻率信號(hào)的最大優(yōu)點(diǎn)是能以相對(duì)較小帶寬的發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)較大的帶寬,對(duì)發(fā)射機(jī)的瞬時(shí)帶寬要求較低,但實(shí)現(xiàn)雷達(dá)成像需額外的帶寬合成等后期處理．一組步進(jìn)頻率信號(hào)可以表示為

nΔf)t+θn).

(1)

a(m)Δf)t+θm).

(2)

式中: m=1,2,…表示子脈沖時(shí)序; θm為第m個(gè)子脈沖的初相,其他參數(shù)定義與公式(1)相同．a(chǎn)(m)∈{1,2,…,N},為N進(jìn)制數(shù)據(jù)序列,攜帶通信信息．從通信的角度來(lái)看,可以將全帶寬發(fā)射信號(hào)視為一個(gè)N進(jìn)制的數(shù)字通信系統(tǒng),每個(gè)雷達(dá)子脈沖的載頻可以作為一個(gè)N進(jìn)制的數(shù)傳輸出去．此時(shí),如果a(m)是在{1,2,…,N}上服從隨機(jī)分布,則公式(2)就轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)頻率步進(jìn)信號(hào),可以借鑒隨機(jī)頻率步進(jìn)信號(hào)的方法完成雷達(dá)成像任務(wù)．

1.2 隨機(jī)編碼預(yù)處理

公式(2)要求在頻率點(diǎn)隨機(jī)采樣,但是如果直接以通信數(shù)據(jù)作為調(diào)制頻率點(diǎn),卻很可能出現(xiàn)一些極端情況．以N=2為例,此時(shí)相對(duì)于2進(jìn)制通信,可能發(fā)生連續(xù)出現(xiàn)多個(gè)“0”或者“1”的情況．經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)一旦調(diào)制到雷達(dá)信號(hào),就可能發(fā)生連續(xù)出現(xiàn)同一頻率點(diǎn)的極端情況,顯然浪費(fèi)了帶寬,不利于雷達(dá)成像．為了解決這一問(wèn)題,一種可行的思路是將原始的通信數(shù)據(jù)先進(jìn)行隨機(jī)編碼處理,這一過(guò)程在通信領(lǐng)域也稱為數(shù)據(jù)隨機(jī)化或者隨機(jī)能量擴(kuò)散[10]．這一類隨機(jī)編碼技術(shù)雖然“擾亂”了原始數(shù)據(jù)的本來(lái)規(guī)律,但考慮到是發(fā)射方可控的,接收方如果預(yù)先獲知了解碼的方案,也很容易“去擾”,進(jìn)而恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)．

實(shí)現(xiàn)加擾的一種解決方案是采用生成偽隨機(jī)2進(jìn)制序列(Pseudo Random Binary Sequence, PRBS),然后與原始數(shù)據(jù)逐個(gè)比特運(yùn)算的方式進(jìn)行．PRBS也稱為m序列,它具有近似隨機(jī)序列的性質(zhì),又能按一定規(guī)律產(chǎn)生和復(fù)制,所以稱其偽隨機(jī)序列．如一個(gè)典型的m序列的生成多項(xiàng)式為1+x14+x15．

生成的PRBS與輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行模2加,即可使得數(shù)據(jù)隨機(jī)化．在接收端,將接收的已隨機(jī)化數(shù)據(jù)與PRBS再進(jìn)行一次模2加,便可以恢復(fù)隨機(jī)化以前的數(shù)據(jù)．值得注意的是收、發(fā)兩端應(yīng)采用相同的能量擴(kuò)散、解擴(kuò)散電路,而且是同步工作的．如圖1所示,為隨機(jī)擴(kuò)散原理框圖．其中,1、2、…、15表示15個(gè)移位寄存器,?表示模2加,可以用異或?qū)崿F(xiàn)．此外,為了能使發(fā)端的隨機(jī)化與收端的去隨機(jī)化保持同步,在傳送開(kāi)始時(shí),要對(duì)15級(jí)寄存器進(jìn)行初始化,如圖1．

圖1 2進(jìn)制數(shù)據(jù)隨機(jī)化示意圖

采用上述方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)2進(jìn)制數(shù)據(jù)的隨機(jī)化處理．經(jīng)過(guò)對(duì)原始的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行上述的隨機(jī)編碼和進(jìn)制轉(zhuǎn)換后,再對(duì)步進(jìn)頻率信號(hào)調(diào)制即可認(rèn)定是隨機(jī)的,此時(shí)可以將公式(2)修改如下：

b(m)Δf)t+θm).

(3)

式中,b(m)表示經(jīng)過(guò)隨機(jī)編碼后的調(diào)制數(shù)據(jù)．

2 一體化信號(hào)的壓縮感知成像方法

2.1 成像模型

首先建立一體化信號(hào)下的雷達(dá)目標(biāo)散射中心回波模型．在成像目標(biāo)中假設(shè)有I個(gè)散射中心,散射系數(shù)分別為σi,i=1,2,…,I．假設(shè)雷達(dá)發(fā)射的是一體化信號(hào),接收到的回波信號(hào)用公式表示為

(4)

式中: t代表快時(shí)間; tq表示慢時(shí)間; c表示光速; Ri(tq)表示第i個(gè)散射中心在tq時(shí)間點(diǎn)到雷達(dá)的距離．對(duì)接收信號(hào)sm(t,tq)進(jìn)行解調(diào)處理,表示為

式中,scm(t,tq)是解調(diào)后的基頻信號(hào)．為了減少采樣點(diǎn)數(shù),只需在每個(gè)子脈沖回波的信號(hào)窗上任采一個(gè)點(diǎn)即可獲得所有的信息．采樣后的信號(hào)為

(6)

注意到采樣信號(hào)scm(tq)的相位包括兩個(gè)部分,第一項(xiàng)在確定距離Ri(tq)下與b(m)成線性關(guān)系．而根據(jù)文獻(xiàn)[11],如果發(fā)射信號(hào)是步進(jìn)調(diào)頻的,即b(m)為線性增加的(即b(m)=n),可以通過(guò)對(duì)b(m)進(jìn)行離散逆傅里葉變換即完成了脈沖壓縮(Pulse Compression,PC),得到目標(biāo)的一維距離像．但現(xiàn)在b(m)是隨機(jī)排列的,就不能直接應(yīng)用該方法．一種思路是相關(guān)法[12],即采用統(tǒng)計(jì)分析的方法分析距離像特性．但采用該方法后,除去未選擇到的頻率點(diǎn)后,通常隨機(jī)頻率步進(jìn)信號(hào)的合成帶寬較小,降低了雷達(dá)成像的分辨率．為了盡可能地保持成像雷達(dá)本身的高分辨率特性,此處引入了基于壓縮感知理論的雷達(dá)成像算法．

2.2 成像方法

壓縮感知(Compressive Sensing,CS)理論由Donoho等人于2006年提出[13],該理論指出,對(duì)于稀疏或可壓縮的信號(hào),在滿足一定條件下,通過(guò)低于甚至遠(yuǎn)低于Nyquist標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其采樣,就可大概地恢復(fù)出原始信號(hào)．具體來(lái)說(shuō),需要首先定義一個(gè)信號(hào)H∈CN1,存在一個(gè)正交矩陣Ψ={ψ1,ψ2,…,ψN1}滿足H=ΨΘ．其中Θ={θi}是K階稀疏矢量．經(jīng)過(guò)這一變換,H從N1維降為M1維,M1≥O(Klg(N1)),該過(guò)程可以表述為

UM1×1=ΦM1×N1HN1×1=ΦM1×N1ΨN1×N1ΘN1×1.

(7)

式中: Φ為觀測(cè)矩陣; U為信號(hào)H的稀疏觀測(cè)矢量．

考慮到M1

(8)

事實(shí)上,只要Φ與Ψ不相干,則ΦΨ在很大概率上具有RIP性質(zhì)．

在CS理論的基礎(chǔ)上對(duì)雷達(dá)成像機(jī)理的研究可知,如果成像區(qū)域中只有有限的散射中心,就滿足了信號(hào)稀疏性要求,可以通過(guò)降低觀測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)雷達(dá)成像,即不需要發(fā)射頻帶內(nèi)的所有頻點(diǎn)的雷達(dá)信號(hào)．

對(duì)于步進(jìn)頻率信號(hào),考慮公式(6),令X={sc1(tq),sc2(tq),…,scN(tq)}．借鑒文獻(xiàn)[14]的思路,通過(guò)對(duì)X作關(guān)于距離向的N點(diǎn)逆傅里葉變換(Inverse Discrete Fourier Transform,IDFT)即可獲得觀測(cè)場(chǎng)景的高分辨距離像Θ,即Θ=IDFT(XH)．反之,

XH=ΨXΘ，

(9)

ΨX表示對(duì)X作傅里葉變換．隨機(jī)頻率步進(jìn)信號(hào)的回波Y={sc1(tq),sc2(tq),…,scM(tq)}．如果Y可看作X的低維觀測(cè)值,就完成了對(duì)信號(hào)的稀疏表示．

在設(shè)計(jì)觀測(cè)矩陣Φ時(shí),通?？梢栽O(shè)置成隨機(jī)高斯矩陣,但考慮到隨機(jī)頻率步進(jìn)信號(hào)的發(fā)射形式滿足部分單位矩陣的要求,即可設(shè)Φ={φa,b}為M2×N2維的矩陣,且

(10)

n1=1,nM2-1=N2-1,n2到nM2-2之間各個(gè)數(shù)的大小可以在1到N2-1之間隨機(jī)選取,則Φ與Ψ是不相干的,ΦΨ滿足RIP條件．那么根據(jù)CS理論,我們可以通過(guò)求解下式得到觀測(cè)場(chǎng)景的距離像Θ：

(11)

作關(guān)于tq的傅里葉變換就可以得到目標(biāo)的精分辨距離像．之后和常規(guī)SAR成像一樣進(jìn)行方位向處理,就能得到目標(biāo)的二維像．

3 仿真與結(jié)果分析

仿真實(shí)驗(yàn)中雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)的基本工作參數(shù)如表1所示．

圖2在表1基礎(chǔ)上給出了一體化信號(hào)的時(shí)域圖和時(shí)頻分析圖．

表1 雷達(dá)通信一體化信號(hào)的部分工作參數(shù)

(a) 時(shí)域圖

(b) 時(shí)頻圖 圖2 一體化信號(hào)時(shí)域和時(shí)頻圖

由表1可知,整個(gè)可用帶寬500MHz,單個(gè)不同載頻的子脈沖之間的頻差為7.8MHz的整數(shù)倍．如果需要覆蓋整個(gè)帶寬,則需要256個(gè)不同的子脈沖．

3.1 雷達(dá)成像結(jié)果分析

為了確保一個(gè)成像周期內(nèi)可用的頻點(diǎn)足夠達(dá)到成像要求下限,也就是要求2.2節(jié)產(chǎn)生的編碼后的數(shù)據(jù)在一組脈沖中出現(xiàn)重復(fù)的頻次較少,占用的頻點(diǎn)數(shù)足夠多,在此設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)．

在保證頻點(diǎn)出現(xiàn)的情況是隨機(jī)時(shí),設(shè)可用的步進(jìn)頻點(diǎn)數(shù)為64個(gè),對(duì)在一組具體的脈沖中占據(jù)的頻點(diǎn)數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),如圖3所示．蒙特卡洛仿真次數(shù)為5萬(wàn)次,出現(xiàn)的頻點(diǎn)平均值約為41,此時(shí)占用帶寬比例約為64%,完全滿足隨機(jī)化數(shù)據(jù)要求．

為了進(jìn)行對(duì)比,先利用理想條件下包含所有頻點(diǎn)的頻率步進(jìn)信號(hào)的雷達(dá)目標(biāo)二維像．圖4(a)、(c)、(e)分別表示RSN=10dB、RSN=5dB和RSN=0dB時(shí)采用PC方法獲得的二維像;而圖4(b)、(d)、(f)分別對(duì)應(yīng)RSN下距離向采用CS、方位向采用PC方法獲得的二維像．顯然,對(duì)于這兩種方法,成像效果隨著RSN的下降而下降．而采用CS方法恢復(fù)出的圖像,觀察圖4(d)、(f)可以看出,相同RSN下其幅度不如圖4(c)、(e)．因而,采用距離向壓縮感知后,雖然具有壓低距離副瓣的作用,但是在低RSN下恢復(fù)的雷達(dá)圖像容易出現(xiàn)失真．

圖3 一組隨機(jī)脈沖實(shí)際占用的頻點(diǎn)個(gè)數(shù)

(a) PC, RSN=10 dB (b) CS, RSN=10 dB

(c) PC, RSN=5 dB (d) CS, RSN=5 dB

(e) PC, RSN=0 dB (f) CS, RSN=0 dB圖4 RSN不同時(shí)分別采用PC和CS方法產(chǎn)生的二維像

(a) 20%頻點(diǎn) (b) 10%頻點(diǎn)圖5 不同頻率點(diǎn)數(shù)下的二維像

此外,對(duì)于采用CS方法進(jìn)行雷達(dá)成像,可用頻率點(diǎn)數(shù)量的選擇也在很大程度上影響采樣結(jié)果．下面給出了在圖4(e)相同的RSN下,采用不同數(shù)量的載波頻點(diǎn)成像結(jié)果,圖5(a)和(b)的可用頻點(diǎn)分別為20%和10%．從圖5(a)可以看出,當(dāng)采用CS技術(shù)進(jìn)行雷達(dá)成像時(shí),即使只有有限頻點(diǎn)的子脈沖,仍然可以獲得較為清晰的目標(biāo)二維像．當(dāng)然,如果子脈沖數(shù)過(guò)少,如圖5(b)所示,此時(shí)只有10%的可用頻點(diǎn),則成像失?。话銇?lái)說(shuō),針對(duì)某一個(gè)場(chǎng)景的稀疏程度,為了保證在高概率上恢復(fù)數(shù)據(jù),需要有一個(gè)頻點(diǎn)數(shù)的下限[13]．

3.2 通信性能分析

對(duì)通信速率的分析可以參考多載波調(diào)頻系統(tǒng)．其中k=log2M,每個(gè)子脈沖可以傳輸k比特?cái)?shù)據(jù),而脈沖重復(fù)周期為1μs,因此通信速率為kkbit/s．在此定義“有效通信速率”VEC的概念,即在噪聲環(huán)境下能夠正確傳輸?shù)耐ㄐ潘俾剩畧D6表示將圖4(d)中的圖像采樣后得到300×200×8bit=480kbit數(shù)據(jù),分別在M取2,16,64和256時(shí)進(jìn)行通信的傳輸結(jié)果．

圖6 通信接收機(jī)誤比特率曲線

由圖6可以看出: VEC都隨著RSN的增大而增大．其中當(dāng)M=2時(shí),因?yàn)檎`碼率較低,VEC隨著RSN增大緩慢增加; 當(dāng)M取值較大時(shí),VEC變化較大,而在RSN較小時(shí),甚至比M=2時(shí)的VEC還要低．因此,在考慮實(shí)際的一體化設(shè)計(jì)外,需要根據(jù)通信信道的RSN進(jìn)行M的選擇．

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)了基于隨機(jī)頻率步進(jìn)調(diào)制的雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)信號(hào),提出以載波的頻點(diǎn)來(lái)調(diào)制通信信息,在不影響高分辨雷達(dá)成像性能的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)高速通信功能．為了確保滿足壓縮感知理論的隨機(jī)采樣要求,對(duì)發(fā)送的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行了隨機(jī)編碼處理．與此同時(shí),對(duì)采用該信號(hào)的一體化系統(tǒng)的通信性能進(jìn)行了評(píng)估,初步估計(jì)了傳輸速率特性．仿真實(shí)驗(yàn)證明,該方案在雷達(dá)和通信任務(wù)中都獲得了較好的結(jié)果．

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婁昊 (1984-),男,河南人,空軍工程大學(xué)大學(xué)信息與導(dǎo)航學(xué)院博士研究生,講師,研究方向?yàn)槔走_(dá)與通信一體化．

Integrated imaging radar and communication design based on random stepped frequency signal

LOU Hao1,2ZHANG Qun1LUO Ying1LIANG Bishuai1HUO Wenjun1SUN Li1

(1.InstituteofInformationandNavigation,AirForceEngineeringUniversity,Xi’an710077,China; 2.InformationEngineeringDepartment,EngineeringUniversityofArmedPoliceForce,Xi’an710086,China)

The radar and communication integration system can make full use of radars for communication services. Aiming at keeping the performance of the radar and communication applications, and based on the principle of signal sharing, a scheme for integrated imaging radar and communication based on random stepped frequency modulation signal is proposed in this paper. In this scheme, the communication data are random coded and modulated on the carrier frequency, and compressive sensing theory is adopted to realize radar imaging, which accomplishes the communication function without affecting the high resolution imaging radar performance.

random stepped frequency modulation; integrated imaging radar and communication; compressive sensing; random coding

10.13443/j.cjors.2015090802

2015-09-08

國(guó)家自然科學(xué)基金(61571457)； 陜西省青年科技新星計(jì)劃項(xiàng)目(2016KJXX-49)； 全軍軍事類研究生資助課題(2013JY509)

TN957.51

A

1005-0388(2016)04-0811-07

婁昊, 張群, 羅迎, 等. 一種成像雷達(dá)的通信一體化信號(hào)設(shè)計(jì)與分析[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào),2016,31(4):811-817.

LOU H, ZHANG Q, LUO Y, et al. Integrated imaging radar and communication design based on random stepped frequency signal[J]. Chinese journal of radio science,2016,31(4):811-817. (in Chinese). DOI: 10.13443/j.cjors.2015090802

聯(lián)系人： 婁昊 E-mail: luaw2006@126.com