基于OFDM雷达通信一体化信号旁瓣抑制方法

摘要

本发明涉及一种基于OFDM雷达通信一体化信号旁瓣抑制方法，通过对接收到的OFDM雷达通信一体化信号设计长度大于原始长度的参考信号，以及设计与此参考信号相适应的失配滤波器，通过对二者卷积后生成的OFDM雷达通信一体化信号的霍尔维茨多项式的系数进行展开和合并计算，实现对接收到的OFDM雷达通信一体化信号的旁瓣和伪峰进行抑制，本发明中的算法可使OFDM一体化共享信号兼备高速通信和高性能雷达探测性能。

说明书

技术领域

本发明涉及基于OFDM雷达通信一体化信号旁瓣抑制方法，属于雷达通信一体化信号处理技术领域。

背景技术

随着信息化程度的不断加深，无论是在军用还是民用领域，雷达和通信系统作为最重要的电子系统，都得到了广泛的应用。在一些特定应用中，需要将两个功能结合起来，形成雷达通信一体化系统，用于降低系统冗余、体积、重量、能耗、操作复杂度等。

现如今，雷达通信一体化系统的核心难点在于一体化信号设计。雷达和通信在信号设计方面存在许多固有的、不可调和的矛盾。这主要是因为，雷达是最大化、不失真地探测信道信息，对信号点扩展函数的旁瓣提出了较高的要求。而通信是对信源信息的探测，信道对于通信而言，是一种包含多径、多普勒等干扰的信号传输链路。为了消除信道对通信的影响，往往需要在通信信号中嵌入导频、同步、循环前缀等信号。然而，依据模糊函数定义可知，周期性导频、同步和循环前缀信号势必会在雷达匹配滤波的点扩展函数中产生伪峰。另外，高随机的通信信息也会抬高点扩展函数的旁瓣。在过多伪峰和过高旁瓣的影响下，雷达探测性能严重下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供基于OFDM雷达通信一体化信号旁瓣抑制方法，用于解决接收到的OFDM雷达通信一体化信号存在过多伪峰和过高旁瓣的问题。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明提出了一种基于OFDM雷达通信一体化信号旁瓣抑制方法，基于对接收到的OFDM雷达通信一体化信号的离散采样信号设计参考信号，使用预设失配滤波器对参考信号进行滤波处理，从而将OFDM雷达通信一体化信号的旁瓣进行抑制，得到处理后的OFDM雷达通信一体化信号的过程，具体通过步骤A到步骤C来实现：

步骤A.通过以下步骤A1至步骤A3获得经过滤波处理后的OFDM雷达通信一体化信号的霍尔维茨表示；

步骤A1.获得OFDM雷达通信一体化信号的离散采样信号如下：

S＝{s(0),s(1),...,s(n),...,s(N-1)}

其中，S为OFDM雷达通信一体化信号的离散采样信号的采样序列，N为OFDM雷达通信一体化信号离散采样点数，s(n)为OFDM雷达通信一体化信号的离散采样信号在n点的值；

获得OFDM雷达通信一体化信号的离散采样信号的霍尔维茨多项式F

F

步骤A2.将数字相关滤波器应用于对OFDM雷达通信一体化信号进行滤波处理，其脉冲序列表示如下：

H＝{h(0),h(1),...,h(n),...,h(N-1)}

其中，

则数字相关滤波器对应的霍尔维茨多项式表示为：

F

其中，h

步骤A3.获得经过步骤A2中数字相关滤波器进行滤波处理后的OFDM雷达通信一体化信号的霍尔维茨表达式Q

Q

＝(s(N-1)x

×(h

步骤B.对步骤A3中经过数字相关滤波器进行滤波处理后的OFDM雷达通信一体化信号的霍尔维茨表达式Q

将步骤A3中获取的经过数字相关滤波器进行滤波处理后的OFDM雷达通信一体化信号的霍尔维茨表达式Q

Q

其中，q(k)为Q

其中，q(0)为经过数字相关滤波器进行滤波处理后的OFDM雷达通信一体化信号的主瓣，q(-N+1)，…，q(-1)，q(1)，q(2)，…，q(N-1)为为经过数字相关滤波器进行滤波处理后的OFDM雷达通信一体化信号的旁瓣；

步骤C.通过如下步骤C1至步骤C3获得设计的失配滤波器的脉冲特性；

步骤C1.将步骤A1中OFDM雷达通信一体化信号的离散采样信号S的末尾填补M-N个0，构成参考信号，其中M为大于N的整数，则参考信号的霍尔维茨多项式为：

F

步骤C2.更新步骤B2中的数字相关滤波器为失配滤波器，则失配滤波器的脉冲序列如下：

H

步骤C3.获得经过步骤C2中失配滤波器进行滤波处理后的参考信号的霍尔维茨表达式Q

Q

展开如下：

Q

构建约束条件如下：

即有：

上述方程组的方程数目有M+N-1个，而相对应的失配滤波器采样点数为M，因此可以求得失配滤波器的脉冲序列的各个脉冲值，即获得了失配滤波器的脉冲特性，其中δ

作为本发明的一种优选技术方案，预设δ

本发明所述一种基于OFDM雷达通信一体化信号旁瓣抑制方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)本发明采用OFDM通信信号作为雷达通信一体化信号，不仅实现一体化系统高速无线通信，而且对于雷达信号处理上，旁瓣抑制技术采用失配滤波算法能获得理想的点扩展函数，满足高精度雷达探测的要求。

(2)本发明采用的旁瓣抑制技术相对于其他雷达信号处理算法，采用的算法更简单，运算量小，更容易移植，获得雷达信号处理的性能优势同时减少算法计算代价。

(3)本发明中采用的旁瓣抑制技术能准确的分辨探测环境中的弱目标和系统中的噪声，去除因OFDM循环前缀和导频信息引入的高伪峰。

通过此发明可以解决OFDM雷达通信一体化信号经过脉冲压缩处理后的高旁瓣和伪峰的问题，在不损失目标的能量噪声比条件下，提高对场景中弱目标的发现概率，提供了雷达信号处理和检测的新思路。

附图说明

图1为OFDM雷达通信一体化系统框架图；

图2为本发明基于OFDM雷达通信一体化信号旁瓣抑制方法的设计流程图；

图3为本发明实施例中发射的OFDM雷达通信一体离散信号实部示意图；

图4为不同信噪比下通信误码率分析示意图；

图5为SNR＝41dB时匹配滤波和失配滤波处理的对比图；

图6为图5中的靠近主瓣的匹配滤波和失配滤波处理的局部放大图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本实施例中涉及到的实验参数如表1所示：

表1本实施例所涉及的实验参数

如图1OFDM雷达通信一体化系统框架图所示，按照如下步骤1到步骤4进行具体实施；

步骤1.根据表1的实验参数获得带宽B＝120MHz，信号重复周期Tr＝1ms的OFDM雷达通信一体化信号，发射的一体化离散信号信号实部如图3所示；

步骤2.接收端对雷达通信一体化信号进行通信数据解调，获得原始的发送信息，根据如图4的通信误码率与信噪比的关系，为了满足通信系统的可靠性，本实施例以10

步骤3.在接收端，在SNR＝41dB的情况下，场景中含有三个点目标m1，m2，m3。其中，m1，m2的雷达散射截面RCS相同且较强，m3的雷达散射截面RCS较弱。这三个目标与一体化系统的距离分别为R1＝3000m，R2＝5000m，R3＝9000m。一体化接收信号先经过传统雷达信号处理匹配滤波方法，处理结果如图6所示，受通信信息的高随机性和通信帧结构的周期性影响，匹配滤波结果出现了高旁瓣和伪峰现象，不仅会淹没小目标，还会产生虚假目标；

步骤4.本实施例中，同时按照如图2所示的方法对接收到的OFDM一体化信号雷达信号采用失配滤波算法进行处理，具体通过如下步骤来实现：

设N为原始信号的采样点数目，本实施例采用的参考信号采样点为M＝3N。OFDM一体化信号采用失配滤波算法的具体实施步骤如下：

(1)将原始的OFDM雷达通信一体化离散采样信号S的末尾填补M-N个0，更新后的接收信号霍尔维茨多项式表达式为：

F

(2)根据如下Q

Q

构建约束条件如下：

即有：

令δ

(3)用

(4)根据已知的F

(5)对F

(6)将场景回波数据与失配滤波器进行卷积运算，处理结果如图5黑色部分所示，通过失配算法处理，可将旁瓣和伪峰能量推离雷达观测区域，进而去除虚假目标，并使淹没的小目标浮出来。

综上可见，利用失配滤波将旁瓣和伪峰外推至雷达观测窗口外的处理算法，可有效突破传统匹配滤波理论引入的约束。在不损失或较少损失信噪比条件下，实现OFDM雷达通信一体化共享信号的旁瓣和伪峰抑制。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。