一种基于雷达通信一体化系统接收端的信号处理方法与流程

本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种基于雷达通信一体化系统接收端的信号处理方法。

背景技术：

随着现代军事技术的迅猛发展，智能化的作战平台在军事作战中起着至关重要的作用，甚至直接影响军事战争的胜败。而智能化作战平台的发展核心就是如何高效的利用相关作战模块，而一体化系统正是实施作战平台智能控制的关键所在。正因如此，世界各国军事科研机构都开始大力研究雷达通信一体化系统，一体化系统的研究对我国提升国防装备的水平具有重要的指导意义。对于雷达通信一体化系统而言，一体化共享信号既可以作为通信信号传输数据也可以作为雷达探测信号。在一体化系统接收端信号处理中核心难点是如何在混合信号中提取较强的外界系统传来的通信信号，以及在混合信号中提取出较为微弱的两类雷达探测目标信号(有源雷达探测目标信号和无源雷达探测目标信号)。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种基于雷达通信一体化系统接收端的信号处理方法。

本发明的技术方案是：

一种基于雷达通信一体化系统接收端的信号处理方法，所述的雷达通信一体化系统为建立信号共享的多个雷达通信一体化系统，设定包括系统a和系统b，其中系统b接收系统a共享的通信信号，则系统b同时收到系统a发射信号的多径信号和探测飞行目标的目标回波信号以及系统b自身发射一体化信号的多径信号和目标回波信号，如图1所示，为一体化系统接收信号原理框图，我们分析对于系统b接收到的信号包括系统a发过来的用于传输数据的通信信号，由于通信信号在传输过程中相对于其他信号的衰减比较小，因此，通信信号可以作为系统b接收信号的主要成分。同时收到系统a发射信号的多径信号和探测飞行目标的目标回波信号以及系统b发射一体化信号的多径信号和目标回波信号；

其特征在于，所述系统b接收端信号处理方法包括：

s1、根据系统b接收到的所有信号，建立系统b接收端接收到的混合信号sr(t)模型为：

其中，ar为系统b接收系统a发射通信信号的衰减，da(t)系统a发射的通信信号，为系统b接收系统a发射一体化探测信号的多径回波，n为多径数目，ai为多径信号的衰减，τci为多径信号的时延，为系统b接收系统a发射一体化探测信号的目标回波，其中ad1为目标信号衰减，τd1为由于探测目标导致回波信号的时延，fd1为由于探测目标存在速度导致回波信号的多普勒频移，为系统b接收自身发射一体化探测信号的多径回波，n为多径数目，bi为多径信号的衰减，τdi为多径信号的时延，为系统b接收自身发射一体化探测信号的目标回波，其中ad2为目标信号衰减，τd2为由于探测目标导致回波信号的时延，fd2为由于探测目标存在速度导致回波信号的多普勒频移，nr(t)为系统接收到的噪声，通常设为零均值的高斯白噪声；

针对该步骤的模型，系统b需要提取的信号为系统a发射过来的通信信号da(t)，和雷达探测目标回波信号，其中雷达探测回波信号包含两部分包含无源探测目标回波信号和有源探测目标回波信号。系统b接收无源探测目标回波信号即为系统b接收端接收系统a发射一体化信号探测到目标的回波信号系统b接收有源探测目标回波信号即为系统b接收端接收系统b自身发射一体化信号探测到目标的回波信号因此在接收端需对相关杂波进行处理来获得较好的通信效果和雷达探测效果。由于对于通信信号而言其信号强度远远大于其他信号，因此可以较好的从其它较弱的信号中提取出该通信信号，在接收端的主要难点就是提取无源雷达探测目标回波信号和有源探测目标回波信号，即去除无源探测多径信号和有源探测多径信号对目标信号的影响。

s2、利用ica盲源分离算法，从混合信号sr(t)中分离出da(t)；由于混合信号中接收通信信号的强度远大于其它信号，因此ica能够从混合信号中分离出da(t)；

s3、利用cma均衡算法对步骤s2中分离出的da(t)进行提取，获得更为纯净的通信信号da(t)，对得到的通信信号da(t)进行通信解调，获取系统a传输的通信数据；由于ica盲源分离算法分离出的直达通信信号并不纯净，因此利用cma均衡算法提取更为纯净的通信信号da(t)；

s4、利用步骤s3得到的通信信号da(t)和已知的系统b自身发出的雷达信号db(t)对接收的混合信号利用自适应滤波算法进行干扰对消，去除两者信号的多径波干扰，保留较为纯净的目标探测信号；

s5、利用数字波束形成，去除经过步骤s4后获得的混合信号中来自其它角度的干扰波影响，保证目标探测信号的纯净性；

s6、利用获取的da(t)和已知雷达信号db(t)，对步骤s5中获取的混合信号做时频二维相关运算，提取探测目标的时延和多普勒参数，由于混合信号中存在被动探测和主动探测的两组数据(τd1，fd1和τd2，fd2)，可以更为准确的目标进行定位；

s7、通过获取的目标的时延和多普勒频参数，重构目标信号，再利用恒虚警和比幅测向法对目标进行doa估计。

本发明的有益效果为，本发明的方法在雷达通信一体化系统的接收端可以较好的检测出目标，从而可以很好的实现雷达探测的效果。

附图说明

图1为一体化系统的接收信号框图；

图2为一体化系统接收信号处理流程；

图3为发射一体化信号模糊函数图；

图4为发射一体化信号模糊函数时延剖面图；

图5为发射一体化信号模糊函数多普勒频剖面图；

图6为系统b发射一体化信号模糊函数图；

图7为系统b发射一体化信号模糊函数时延剖面图；

图8为系统b发射一体化信号模糊函数多普勒频剖面图；

图9为发射一体化信号模糊函数图；

图10为后与原信号相关系数随信噪比的变化关系图；

图11为误码率随信噪比的变化曲线图。

具体实施方式

本发明利用matlab对上述雷达通信一体化接收端信号处理方案进行方案验证，本次仿真采用的雷达通信一体化信号为msk_lfm信号，其中仿真码元个数为200，码元速率为16000bit/s，线性调频部分起始频率为3.2khz,带宽为10mhz,脉宽为10us，按上述模型中的接收混合信号进行仿真，各种信号的相关参数如表1所示。

表1仿真信号参数

雷达检测效果

对于上述模型中的系统b而言由于它接收了来自系统a的一体化目标探测回波信号和系统b自身发送的目标探测信号。因此分析上述方案的雷达探测效果需从两个方面分析，一个是利用系统a发射的雷达通信一体化信号的探测效果和系统b自身发射雷达通信一体化信号的探测效果。正因如此，上述方案可以同时通过两个信号对目标进行探测与定位，可以提高目标的定位精度。

利用系统a发送来的雷达通信一体化信号，按照上述方案进行数字波束形成(dbf)后的混合信号与从混合信号中提取的来自系统a发射的雷达通信一体化信号做时频二维相关，所得到附图3如下所示。

结合附图3～5可知，通过上述方案利用系统a发射的雷达通信一体化信号可以很好的检测出目标，检测出的值与设定的目标值相同，通过时频二维相关所得的模糊函数的时延剖面图和多普勒频剖面图可知该方案的雷达探测精度较高。

利用系统b发送来的雷达通信一体化信号，按照上述方案进行数字波束形成(dbf)后的混合信号与已知的系统b发射的雷达通信一体化信号做时频二维相关，所得到附图6如下所示。

结合附图6～8可知，利用上述方案利用系统b发射的雷达通信一体化信号可以很好的检测出目标，检测出的值与设定的目标值相同，通过时频二维相关所得的模糊函数的时延剖面图和多普勒频剖面图可知该方案的雷达探测精度较高。

为了验证上述方案在雷达通信一体化系统中具有较好的距离和速度分辨率，现在上述仿真场景中再加入一个目标，相关参数如下表2所示：

表2两个目标参数

利用上述方案进行仿真信号处理得到时频二维相关模糊函数图，如附图9所示，由附图9可知，利用上述方案能够很好的检测出两个目标并且检测结果正确，同时由图可知，利用msk_lfm雷达通信一体化信号和上述接收信号处理方案能够具有较好的速度分辨率和距离分辨率。

结合上述两部分分析可知，利用msk_lfm雷达通信一体化信号，在雷达通信一体化系统中的接收端利用上述信号处理方案可以较好的检测出目标，从而可以很好的实现雷达探测的效果。

通信处理部分：

对于通信处理部分仿真主要分为两部分，即利用ica盲源分离算法和cma算法之后所得通信信号与仿真自己定义的通信信号作相关运算来分析在混合波中通信信号的提取效果，另外一部分即为通过计算处理之后误码率随信噪比的变化关系来说明其通信性能，本次仿真其误码率蒙特卡洛次数为100次。

附图10给出了混合信号通过cma恒模算法提取的通信信号与源信号的相关值随信噪比的变化关系。附图11给出了提取出通信信号经过解调后的误码率随信噪比的变化曲线图。

由附图10可知，随着信噪比的降低从混合信号中提取出的通信信号与原信号的相关系数越来越小，即随着噪声的增强，通信信号的提取越来越困难。附图11可知随着信噪比的降低，误码率越来越高。综合上述分析可知，随着信噪比的降低，上述方案提取出纯净的通信信号越来越难，从而导致误码率越来越高。从图中可知在雷达通信一体化系统中的接收端利用上述方案可以较好的实现通信的功能。

利用上述信号处理方案进行实验仿真，综合上述两方面的分析可验证本专利提出的雷达通信一体化系统接收端信号处理方案的可行性与正确性。