融合感知的通信波形关键技术研究

摘要

为适应未来战争环境,电子战平台常配备了多种不同功能的电磁设备,这可能会导致作战平台机械性能受损,降低其生存能力,同时各个电子设备间也可能存在电磁干扰。为解决上述问题,综合一体化装备应运而生。因此,实现作为电子战平台的基本组成的雷达与通信系统的一体化,其意义十分重大。此外,在民用方面,出于安全性的考虑,车与车间互相交换安全相关信息。而一些安全设备,比如自适应巡航控制或制动辅助系统都离不开雷达技术。故感知通信一体化系统也可以用于民用场景,如车载系统。
　　本文针对基于chirp与OFDM信号的感知通信一体化波形进行了研究。在系统中,雷达与通信共享发射端但具备各自的接收端。本文的主要内容如下。
　　第一、二章简要介绍了感知通信一体化的研究背景与基础知识。在通信方面,本文讨论了分析chirp信号的重要工具——分数阶傅里叶变换( Fractional Fourier Transform,FRFT)。在雷达方面,本文给出了雷达方程的简单形式、雷达波形匹配滤波以及波形模糊函数的概念,其中模糊函数由于能刻画波形与对应匹配滤波器的特征而在本文中被用来分析一体化波形的雷达感知性能。
　　在基于chirp信号的一体化波形研究中,本文在第三章针对通过up& down chirp信号正交和频率正交混合的方式实现的感知通信一体化波形,研究了相干检测算法和基于FRFT的非相干检测算法,并通过仿真比较了不同检测算法之间的性能。在雷达感知性能方面,第三章对比了单一雷达信号与两种混合信号的模糊函数,得出结论信号混合对雷达感知性能基本无影响。
　　第三章讨论的混合波形虽然对信号的通信误码率与雷达感知性能影响不大,但两种信号同时发射影响了雷达信号发射功率,从而减小了雷达作用距离。因此,第四章研究了两种仅用一个chirp信号实现一体化的波形——基于chirp扩频(Chirped Spectrum Spread, CSS)的一体化波形和基于不同初始频率的chirp一体化波形。但是,这两种波形的使用都存在一个明显的问题,即通信数据率过低。
　　为解决此问题,本文在第五章中以车联网(Vehicle-to-Vehicle,V2V)为背景,研究了基于OFDM的感知通信一体化系统的模型和参数设计,并推导和仿真了该参数下OFDM信号的模糊函数,给出了该信号通过24GHz ISM信道后的通信性能,结果显示该参数取值下的OFDM信号是一种车联网环境下良好的感知通信一体化信号。