【摘要】：無論是在軍用還是民用領(lǐng)域,雷達(dá)和通信設(shè)備都得到了廣泛的應(yīng)用,而且在一些應(yīng)用中既要完成雷達(dá)功能又要完成通信功能。為實(shí)現(xiàn)雷達(dá)和通信功能,傳統(tǒng)的方式是將互相獨(dú)立的雷達(dá)和通信設(shè)備堆積在一起,而雷達(dá)通信一體化則將雷達(dá)和通信的發(fā)射、接收、處理等分系統(tǒng)共享,顯著降低系統(tǒng)冗余、體積、重量、能耗、操作復(fù)雜度等,具有重要的研究意義和實(shí)用價(jià)值。此外,隨著毫米波雷達(dá)和5G乃至未來6G無線通信的發(fā)展,雷達(dá)和通信都需要更大的帶寬,占用相同的頻段,導(dǎo)致頻譜資源愈發(fā)匱乏,而解決該問題的一種有效方法是將雷達(dá)和通信波形共用,即雷達(dá)通信一體化波形。雷達(dá)通常以諸如目標(biāo)參數(shù)分辨率和估計(jì)精度、最大探測距離、最大無模糊距離和速度、檢測和分類性能等為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),通信通常以通信數(shù)據(jù)率、誤碼率、多普勒容限等為評(píng)估準(zhǔn)則,它們對(duì)不同的系統(tǒng)參數(shù)要求對(duì)立與統(tǒng)一共存,給雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì),以及雷達(dá)通信一體化波形設(shè)計(jì)帶來困難。此外,雷達(dá)通信一體化波形所攜帶的通信信息可能使其模糊函數(shù)性能惡化,降低目標(biāo)回波的相參積累性能,給目標(biāo)參數(shù)估計(jì)帶來困難。針對(duì)上述雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)、波形設(shè)計(jì)、目標(biāo)參數(shù)估計(jì)等難題,本文以同時(shí)滿足雷達(dá)和通信實(shí)際需求為目標(biāo),優(yōu)化設(shè)計(jì)多輸入多輸出正交頻分復(fù)用(MIMO-OFDM)雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)參數(shù);從保持發(fā)射波形的模糊函數(shù)特性和目標(biāo)回波相參積累性能出發(fā),對(duì)通信編碼進(jìn)行設(shè)計(jì);利用OFDM的頻率分集特性,從提升雷達(dá)目標(biāo)檢測概率、參數(shù)估計(jì)精度和分類性能以及通信信道容量的角度,對(duì)OFDM雷達(dá)通信一體化波形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);根據(jù)OFDM雷達(dá)通信一體化波形的回波特點(diǎn),設(shè)計(jì)雷達(dá)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)算法。主要研究內(nèi)容概括如下:1.針對(duì)OFDM雷達(dá)通信一體化波形的模糊函數(shù)對(duì)通信調(diào)制信息敏感的問題,提出了通信信息預(yù)調(diào)制的方法。建立OFDM雷達(dá)通信一體化波形數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)并分析其模糊函數(shù)特性,研究通信調(diào)制信息對(duì)OFDM雷達(dá)通信一體化波形模糊函數(shù)的影響機(jī)理,通過通信信息預(yù)調(diào)制的方法,使OFDM雷達(dá)通信一體化波形的同一脈沖不同OFDM符號(hào)所調(diào)制的通信信息具有優(yōu)良的自相關(guān)和互相關(guān)特性,從而減小通信調(diào)制信息對(duì)OFDM雷達(dá)通信一體化波形的模糊函數(shù)的影響,確保OFDM雷達(dá)通信一體化波形的模糊函數(shù)為圖釘狀。此外,通過通信信息預(yù)調(diào)制的方法,使OFDM雷達(dá)通信一體化波形中攜帶通信信息的隨機(jī)相位編碼服從均勻分布,從而提升脈沖壓縮后主瓣內(nèi)多脈沖相參積累性能。2.針對(duì)等功率發(fā)射波形,在同時(shí)探測擴(kuò)展目標(biāo),并在頻率選擇性衰落信道中進(jìn)行通信信息傳輸時(shí),發(fā)射功率使用效率低的問題,提出了自適應(yīng)的OFDM雷達(dá)通信一體化波形設(shè)計(jì)方法。根據(jù)OFDM的分集特性,分別建立了OFDM雷達(dá)通信一體化波形與目標(biāo)檢測概率,以及與通信信道容量之間的數(shù)學(xué)模型。在有限發(fā)射功率約束下,以最大化雷達(dá)檢測概率和通信信道容量為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),通過KKT(Karush-Kuhn-Tucker)條件,求解出最優(yōu)解,設(shè)計(jì)出可隨環(huán)境變化的自適應(yīng)OFDM雷達(dá)通信一體化波形,并推導(dǎo)出雷達(dá)和通信性能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)的條件。仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的波形要優(yōu)于等功率發(fā)射波形。3.針對(duì)等功率發(fā)射的OFDM雷達(dá)通信一體化波形的擴(kuò)展目標(biāo)參數(shù)估計(jì)精度和通信數(shù)據(jù)率低的問題,提出了OFDM雷達(dá)通信一體化波形多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。根據(jù)OFDM雷達(dá)通信一體化波形的回波模型,推導(dǎo)出目標(biāo)散射系數(shù)、距離和速度估計(jì)的克拉美羅界(CRB),并以此作為雷達(dá)參數(shù)估計(jì)精度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。此外,以通信信道容量為通信性能標(biāo)準(zhǔn),在有限發(fā)射功率和最小分配功率約束下,建立最小化雷達(dá)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)的CRB和最大化通信信道容量的多目標(biāo)優(yōu)化模型,并分別提出加權(quán)最優(yōu)和帕累托最優(yōu)的OFDM雷達(dá)通信一體化波形設(shè)計(jì)方法,所提方法提升了雷達(dá)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)精度和通信信道容量。4.針對(duì)等功率發(fā)射OFDM雷達(dá)通信一體化波形在雷達(dá)目標(biāo)分類和通信信息傳輸中性能低下的問題,提出了基于互信息的OFDM雷達(dá)通信一體化波形設(shè)計(jì)方法。該方法以隨機(jī)目標(biāo)脈沖響應(yīng)與OFDM雷達(dá)通信一體化波形間的互信息為目標(biāo)分類性能評(píng)估準(zhǔn)則,在有限發(fā)射功率約束下,建立最大化互信息和通信信道容量的OFDM雷達(dá)通信一體化波形優(yōu)化模型,通過KKT條件,推導(dǎo)出最優(yōu)解,設(shè)計(jì)出最優(yōu)的OFDM雷達(dá)通信的一體化波形。所設(shè)計(jì)的波形提升了雷達(dá)目標(biāo)分類性能和通信信道容量。此外,針對(duì)所設(shè)計(jì)的波形對(duì)隨機(jī)目標(biāo)和通信信道的頻率響應(yīng)的誤差敏感的問題,提出了穩(wěn)健的OFDM雷達(dá)通信一體化波形設(shè)計(jì)方法。首先,根據(jù)極小極大穩(wěn)健波形設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,建立穩(wěn)健的OFDM雷達(dá)通信一體化波形優(yōu)化模型;然后,優(yōu)化設(shè)計(jì)出穩(wěn)健的OFDM雷達(dá)通信一體化波形。所設(shè)計(jì)的穩(wěn)健波形在可能出現(xiàn)的最壞情況下,具有最優(yōu)的雷達(dá)和通信性能。5.針對(duì)基于OFDM雷達(dá)通信一體化波形的雷達(dá)目標(biāo)參數(shù)超分辨估計(jì)問題,提出了基于通信信息補(bǔ)償?shù)木嚯x和速度聯(lián)合超分辨估計(jì)方法。首先,建立OFDM雷達(dá)通信一體化波形的回波模型,并矢量化表示采樣后的回波信號(hào);然后,進(jìn)行通信信息補(bǔ)償,并建立類似于均勻線陣的接收信號(hào)模型;接著,根據(jù)空間平滑的思想,提出“頻率平滑”的方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同目標(biāo)的解相干處理;最后,利用子空間投影算法,實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)距離和速度的聯(lián)合超分辨估計(jì),并通過脈沖壓縮解決距離模糊的問題。所提方法充分利用了OFDM雷達(dá)通信一體化波形回波的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了比傳統(tǒng)處理方法分辨率更高的無模糊距離和速度估計(jì)。6.針對(duì)單輸入單輸出雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)率和角度估計(jì)分辨率低的問題,提出了MIMO-OFDM雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)。在雷達(dá)和通信性能需求的約束下,建立MIMO-OFDM雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化模型,對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外,為充分利用該系統(tǒng)的帶寬和孔徑,提出了時(shí)空聯(lián)合處理方法。首先,根據(jù)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng),建立MIMO-OFDM雷達(dá)通信一體化波形的目標(biāo)回波模型;然后,通過時(shí)域失配濾波消除MIMO-OFDM雷達(dá)通信一體化系統(tǒng)不同發(fā)射天線發(fā)射信號(hào)之間的功率差異;最后,通過虛擬孔徑擴(kuò)展和空域匹配濾波,實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)距離和角度的高分辨估計(jì)。為了衡量所提算法的參數(shù)估計(jì)性能,推導(dǎo)出了基于MIMO-OFDM雷達(dá)通信一體化波形的距離和角度估計(jì)的CRB。仿真實(shí)驗(yàn)表明所提方法比傳統(tǒng)處理方法具有更高的距離和角度估計(jì)精度。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN95;TN929.53
【圖文】：

生組年將的主業(yè)汽車圖 1.2組織(World將近有 135主要?dú)⑹帧Ｈ耸垦芯坎④嚿a(chǎn)商、2 未來的 ITSHealth Org萬人死于交為了降低交并提出了智公司和企業(yè)[8]S[8]ganization，交通事故，交通事故給能交通系統(tǒng)業(yè)相互合作給統(tǒng)作

5雷使實(shí)析形在在遞達(dá)絡(luò)的和圖 1G 乃至未來達(dá)和通信天了雷達(dá)和通實(shí)現(xiàn)一體化，表明，為了形設(shè)計(jì)的問題功能目標(biāo)方波形的一致遞信息的不同達(dá)而言，其所方面，雷達(dá)不同要求，和通信需求，1.3 無線傳感來 6G 無線通天線共用奠通信數(shù)字信但是要使了在更深層題。雷達(dá)通方面，雷達(dá)致性方面，同發(fā)生變化所發(fā)射的波達(dá)一般發(fā)射恒增加了一其對(duì)系統(tǒng)感網(wǎng)絡(luò)[8]通信的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；信號(hào)處理器的雷達(dá)和通信次上實(shí)現(xiàn)雷信一體化波的主要目的雷達(dá)所發(fā)射化；在波形的波形為脈沖信恒模信號(hào)，體化波形設(shè)參數(shù)要求存展，雷此外的共用信在波雷達(dá)和波形是的是探射的波的連續(xù)信號(hào)，而通設(shè)計(jì)的存在差

ProgHopk國國攻擊GHz天線重量對(duì)地基于“寶石gram, JSFP)kins 應(yīng)用物國會(huì)研究服務(wù)擊的能力，其z～18 GHz線也由原來的量減輕 1/2。地打擊等功能石臺(tái)”計(jì)劃的)[25]，代表成物理實(shí)驗(yàn)室技務(wù)報(bào)告中公其航空電子的頻段，采的 21 副進(jìn)一F-35 可完成能。F-35 使圖的系統(tǒng)架構(gòu)成果為 F-3技術(shù)摘要中公布了 F-35子系統(tǒng)稱為采用了低雷達(dá)一步壓縮為成對(duì)空監(jiān)視使用的是 AP51.5 F-35 駕構(gòu)，美國實(shí)施35 戰(zhàn)機(jī)(如中公布了 JSJSFP[26]。F多功能綜合達(dá)橫截面(R為 13 副，航視與目標(biāo)跟蹤PG-81 雷達(dá)駕駛艙施了聯(lián)合攻圖 1.5 所示SFP[25]，201F-35 戰(zhàn)機(jī)具合射頻系統(tǒng)Radar Cross航空電子設(shè)備蹤、通信、達(dá)(如圖 1.6攻擊機(jī)計(jì)劃(示)。1997 年18 年，Jere具有全頻譜統(tǒng)。該系統(tǒng)的Section, RC備的造價(jià)減電子干擾、所示)，其重(Joint StrikeSteidle 在emiah Gert自衛(wèi)，全天的傳感器覆CS)有源陣列減少為原來的、敵我識(shí)別重量和造價(jià)e FighterJohnstler 在美天候隱身覆蓋了 8列天線，的 70%，別、輔助價(jià)都只是

本文編號(hào)：2790850