通信雷达一体化信号设计与处理

发布时间：2020-07-05 16:03

【摘要】：通信雷达一体化在长期演进(Long Term Evolution,LTE)的4G时期被开始广泛考虑和研究,在LTE信号中还有一些空白的资源可供使用为其他用途,如环境感知,即通信雷达一体化。现有的城市基站分布程度密集,在一些人流量多的地区更是遍布各类基站,利用这些基站接收到的OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)信号,并对发射端进行一些改造就可以利用雷达的技术感知周围的环境,例如对交通路口的车流量进行监测,在一些有安全性要求的地区进行对无人机等设备的监测等。其使用场景受天气影响相比摄像头等光学设备更小,且接收基站分布范围广泛,而且其数量和分布密度还在不断增加,在不大量增加成本的情况下,就可以得到更多的环境信息,具有重要的价值。一般的基站在获得通信信号上的速率和解调处理等功能已经开发得很好,但是在此基础上如何增加雷达探测的功能对原有设备的处理能力和实时性都具有更高的挑战。并且由于基站的发射功率受限,在不明显增加基站功率的前提前是否能探测得到,能探测的距离有多远也是要考虑的问题之一。并且基站的设计目的是接收通信信号,不能大量改造基站来适应雷达接收系统,所以如何在原来的接收条件下,甚至是不满足高性能雷达的条件下,尽可能提高探测效果达到可用的状态是关键技术之一。基于以上的考虑,本文的主要研究内容如下:论文首先介绍介绍OFDM信号的理论知识,研究其作为雷达信号时的模糊函数,观察其探测的效果。提出使用导频信号进行目标探测,并分析三种导频结构,分别是块状导频、梳状导频、离散导频。和无导频相比较,分析四种情况的一维速度和距离模糊函数,得出适当的离散导频会在当积累的OFDM符号数较少的情况下提高速度分辨率的结论,此外导频信号的作用是标示探测帧的位置。三种导频信号在进行信息处理的时候也变现出一些不同的探测性能,加载三种不同的仿真信号进行处理,发现梳状导频不会产生速度模糊,而其他两种会带来一些速度模糊。再确定信号的发射形式后,对整个系统场景进行了分析,提出四种不同发射接收的场景,并对双基地雷达的威力进行简单的分析,对四种场景的速度、距离分辨率进行研究,在与已知的设备参数进行比对后,在理论上确定了其探测的可行性,而算法的仿真也证明了处理算法的正确性。本文在仿真的基础上,获得了一些外场实验的实测数据,在对实测数据处理发现,产生很多扩展干扰,以至于淹没目标,因此改进了处理的算法,对距离像的抖动进行补偿和校正,得到单通道的RD谱,发现了目标的位置。然而结果中出现大量静止物体的干扰,使得期望目标较弱,本文利用波束形成进行进一步的处理,分别利用8元的均匀线阵和32元的面阵进行波束形成得到清晰的目标位置,同时采用多种算法对目标的俯仰角和方位角进行估计,角度估计的效果也较为理想。最后针对杂波等干扰导致目标探测信噪比不高的问题,提出一种多帧合成校正的改进算法,合成的结果是的RD谱目标处的信噪比降低大约20dB,这种利用多帧信息结合迭代并修正每一帧的加权向量进行合成,在运行速度、占用资源和最终效果上都较好。此外还分析了多通道的幅度误差和延迟误差并给出校正的方法,来对通道不一致性进行校正。STAP在空时杂波抑制上具有作用,本文利用降维的办法对实测数据进行处理,发现信噪比有所提高,当增加维度会有更好的效果,但是运行速度较慢。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN957.51;TN929.5
【图文】：

一体化系统,雷达,波形设计,带宽

Genderen P 研究了雷达系中的通信信号波形设计[8]，在图1-1a)所示的发射接收工作模式下，对14个脉冲，采用1024个子载波，子载波带宽为1KHz，模糊函数如图1-1b)所示。系统参数如下：天线增益30dBi，波束宽度2.8°，瞬时信号带宽 300MHz，发射机平均功率1W。

模糊函数,雷达

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文a)收发模式示意图 b) 目标 RD 谱图 1-1 基于 OFDM 信号的雷达-通信一体化系统2007 年，Ruggiano 将 OFDM 信号用作雷达系统中，为解决雷达一体化的一些问题，分析对比了宽带模糊函数对比窄带模糊函数的性能[9]，如图 1-2 所示，其研究显示了 OFDM 雷达作为雷达通信一体化系统的可能性，并对其信号进行设计优化，使得系统具备高速率通信和雷达高分辨的特性。

【相似文献】