本发明属于雷达技术领域，特别涉及雷达通信共享信号的设计，具体是一种基于正交频率分解的雷达通信共享信号设计方法，可以应用在雷达通信一体化系统中。
背景技术：
现代雷达对抗已由传统单一的对抗转变为体系对抗，要求作战平台具有多任务、多功能的能力。作战平台需要装备越来越多的雷达、通信等设备，然而众多的电子设备不仅占据大量空间、增加反射面积，还恶化平台的电磁环境，影响平台的综合性能。解决上述问题的一种有效途径就是实现电子装备系统的多功能综合一体化，即利用共享信号，实现雷达通信功能共享。
针对雷达通信共享信号的设计，现有方法主要集中在两方面，即对雷达波形进行调制和对雷达通信共享信号进行基于多载波的设计。
一：从雷达波形出发，通过对雷达波形进行调制，使其在不同脉冲间体现差异性，并利用差异性携带通信信息：(1)对lfm信号的初始频率、调频率等参数进行调制，但其通信速率受限于雷达信号的脉冲重复周期以及通信信息映射位数，过高的位数，会导致通信接收端frft变换器个数的急剧增多，使得通信解调效率下降；(2)将lfm与恒包络数字调制相结合，但是所生成的雷达通信共享信号在pd雷达中，发射信号占空比较低，脉宽较短，调制数据量有限，并且随着调制码元数增多，频谱扩展严重，不仅使得通信子系统的误码率变高，还会降低雷达子系统的脉压增益，降低检测性能，导致其速率也相对较低。
二：基于多载波的雷达通信一体化，主要包括频率调制的lfm多载波以及基于ofdm通信信号的一体化，主要对信号的设计、处理等性能进行了研究。但是多载波体制由于每个载波都有自己的幅度与相位，在叠加到一起后，会产生较大的包络峰均比，造成包络起伏，对雷达末端的c类放大器性能造成影响，降低雷达子系统的威力范围。
目前，现有技术中的雷达通信共享信号一是对雷达波形进行调制，但单载波体制会造成通信解调效率下降，产生较高的误码率；二是基于多载波的雷达通信共享信号设计，但多载波体制会产生包络起伏，对雷达的威力范围产生影响。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种高速率恒包络的基于正交频率分解的雷达通信共享信号设计方法。
本发明是一种基于正交频率分解的雷达通信共享信号设计方法，其特征在于，包括有如下步骤：
(1)产生调频信号：在调频信号产生器中，设置一个调频信号的中心频率，并产生调频信号；
(2)雷达通信数据预处理：将待传输的串行通信数据进行分组，分组后进行按组串并转换，得到待传输的并行通信数据；
(3)生成恒包络的雷达通信共享信号：对调频信号进行正交频率分解，得到一组正交基，并将待传输的并行通信数据与该组正交基进行按组调制，得到恒包络的雷达通信共享信号，该共享信号在单脉冲内实现多比特数据调制，为单载波体制，将恒包络的雷达通信共享信号输入到匹配滤波器，作为匹配滤波器的参考信号；根据所设计的恒包络的雷达通信共享信号，由自模糊函数定义，得到恒包络的雷达通信共享信号的自模糊函数，可以用于之后对恒包络的雷达通信共享信号的分辨力分析；
(4)发射与接收脉冲调制信号：雷达天线将恒包络的雷达通信共享信号发射到空间中，并对目标的回波信号进行接收；
(5)探测雷达目标的距离和速度：将目标的回波信号进行脉冲压缩与动目标检测处理，得到雷达目标的距离和速度，完成雷达探测过程；
(6)解调恒包络的雷达通信共享信号：从步骤(4)中接收的目标回波信号中提取出回波信号的相位，从相位导数中解调出并行的码元数据，将并行码元数据进行相对应的按组并串转换，得到解调后的串行码元数据，并将解调后的串行码元数据输出，完成雷达通信过程。
本发明在单载波包络起伏较小甚至不起伏的情况下，实现数据的高速传输，并具有优良的雷达性能以及通信解调性能。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
第一，在多载波体制下，由于每个载波都有自己的幅度与相位，在叠加后会产生较大的包络峰均比，造成包络起伏，针对这一问题，本发明采用单载波体制，包络不起伏，具有较高的功率效率，而且仍然可以获得优良的模糊函数性能。
第二，本发明采用了正交分集的思想，任意频率调制波形的时频函数均可分解为一组正交系的线性组合，通过调制正交系中各基系数使其携带通信信息。使得本发明对雷达通信数据的传输更准确，误码率更低，从而完成单脉冲多比特数据的传输。
第三，本发明中的经串并转换后的通信信息二进制数据是由各正交基调制而成的，并通过设计正交基使其具有较大的自由度，大的自由度即对应着大的传输速率。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明所生成恒包络的雷达通信共享信号的自模糊函数仿真图；
图3是本发明所生成恒包络的雷达通信共享信号的自模糊函数的零多普勒切片仿真图；
图4是本发明所生成恒包络的雷达通信共享信号的自模糊函数的零时延切片仿真图；
图5是本发明所生成恒包络的雷达通信共享信号在不同调制阶数下误码率随信噪比变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明详细描述。
实施例1
雷达信号大多为确定已知波形，而雷达通信信号由于通信信息调制呈现随机性，如何在雷达系统中实现雷达信号与雷达通信信号二者的兼容是一个难点和需求点。现有方法无法在单载波包络起伏较小甚至不起伏的情况下，实现数据的高速传输。现有方法也不能使雷达通信共享信号具有优良的模糊函数性能以及通信解调性能。本发明为此展开了研究，提出一种基于正交频率分解的雷达通信共享信号设计方法，参见图1，包括有如下步骤：
(1)产生调频信号：在调频信号产生器中，设置一个调频信号的中心频率，并产生调频信号y(t)，在步骤(3)中进行正交分解。频率可以在雷达工作允许范围内任意选取，但只能选择调频信号。
(2)雷达通信数据预处理：将待传输的串行通信数据进行分组，将其在发射端映射为串行符号序列，之后将每n个串行符号序列转换为m个并行符号序列，即就转换成了并行通信数据an，在步骤(3)中将该并行符号序列调制到调频信号中。本例中n＝32，需要注意的是，每n个串行符号序列与本发明之后的步骤(3)中的正交分解的正交基的个数需要统一。
(3)生成恒包络的雷达通信共享信号：对步骤(1)中产生的调频信号进行正交频率分解，得到一组n个正交基，引入相位正交分集，本例中n＝32，正交基选用切比雪夫正交基。再将步骤(2)中待传输的并行符号序列与得到的该组正交基进行按组调制，其相位为多个正交频率调制的相位组合，得到恒包络的雷达通信共享信号s(t)，该共享信号在单脉冲内实现多比特数据调制，为单载波体制。将恒包络的雷达通信共享信号输入到匹配滤波器，作为匹配滤波器的参考信号。根据自模糊函数的定义，得到该恒包络的雷达通信共享信号的模糊函数，分析其分辨性能。
由于本发明中仅对一个调频信号进行调制，即采用了单载波体制，有效地解决了采用多载波体制生成雷达通信共享信号时包络起伏的问题。这样，经串并转换后的通信信息二进制数据由各正交基调制而成，通信传输速率会得到提升，且该雷达通信共享信号不起伏，拥有良好的雷达性能。
(4)发射与接收脉冲调制信号：雷达天线将步骤(3)中产生的恒包络的雷达通信共享信号输入到脉冲调制器中，产生脉冲调制后的恒包络的雷达通信共享信号，将其输入到雷达发射机中，并发射到空间中。雷达接收机接收该脉冲调制信号的回波，回波中就包含了雷达目标的距离与速度等信息。
(5)探测雷达目标的距离和速度：雷达信号处理模块将步骤(4)中接收到的目标的回波信号进行脉冲压缩处理和动目标检测处理，就可以获得雷达目标的距离和速度信息，完成雷达探测过程。
(6)解调恒包络的雷达通信共享信号：从步骤(4)中获得的回波信号输入雷达通信数据解调模块中，从中提取出回波信号的相位，从相位导数中解调出并行数据序列，将并行数据序列进行相对应的按组并串转换，得到串行数据序列，即就是解调后的串行通信数据，并将解调后的串行通信数据输出，完成雷达通信过程。将解调后的串行通信数据与待传输的串行通信数据进行对比，得到其中错误码元占总体码元的比例，即就是误码率，通过误码率可以看出该恒包络的雷达通信共享信号的解调性能。
本发明采用单载波体制，在包络起伏较小的情况下，仍然可以获得优良的模糊函数性能，且在低信噪比下误码率低，拥有高传输速率。同时实现了雷达的探测与通信作用，有效的提高了设备利用率，在同一平台中实现了雷达通信功能共享，对实现电子装备多功能综合一体化具有重要意义。
实施例2
基于正交频率分解的雷达通信共享信号设计方法同实施例1，步骤(3)中所述的生成恒包络的雷达通信共享信号，具体包括有如下步骤
(3a)将步骤(1)中产生的调频信号y(t)正交分解，得到一组正交基y′(t)，
(3b)将步骤(2)中产生的并行通信数据an与正交基进行调制，得到频率正交调制项
(3c)生成恒包络的雷达通信共享信号：将频率正交调制项积分，得到相位调制项
(3d)根据恒包络的雷达通信共享信号，利用自模糊函数的定义，产生恒包络的雷达通信共享信号的自模糊函数，其公式如下：
得到恒包络的雷达通信共享信号的自模糊函数χτ,υ，方便进行恒包络的雷达通信共享信号的分辨力分析。
本发明选取的正交基函数需要满足：1、各正交基需要均为实数项；2、各正交基在内积空间中呈现正交性；3、正交子空间的自由度在可承受范围内要尽量大。
实施例3
基于正交频率分解的雷达通信共享信号设计方法同实施例1-2，步骤(6)中所述的解调恒包络的雷达通信共享信号，具体包括有如下步骤
(6a)雷达接收机在接收到目标回波信号后，将回波信号传送给幅相接收机，提取出信号的相位信息
(6b)将得到的相位导数
(6c)将得到的并行通信数据an输入到并串转换器转换成解调后的串行通信数据，并将解调后的串行通信数据输出，完成雷达通信过程。
(6d)将解调后的串行通信数据与待传输的串行通信数据进行对比，得到错误码元占总体码元的比例，即就是恒包络的雷达通信共享信号的误码率，方便分析恒包络的雷达通信共享信号的解调性能。
现有技术中，通信信息映射位数过高，导致通信接收端frft变换器个数的急剧增多，降低了解调效率。本发明中通过每个正交基解调出一个通信码元，可以在通信接收端利用并行处理，实现信号的高速有效解调。
实施例4
基于正交频率分解的雷达通信共享信号设计方法同实施例1-3，参见图1，包括如下步骤：
(1)产生调频信号：
在调频信号产生器中，设置一个调频信号的中心频率，产生一个调频信号。
(2)雷达通信数据预处理：
(2a)产生雷达串行通信数据。
(2b)雷达发射端将待传输的串行通信数据分成m个数组，每个数组中有n个二进制数据。本例中n＝128
(2c)将分组后的串行通信数据输入到串并转换器，按组转换成并行通信数据，得到待传输的并行通信数据。
(3)产生恒包络的雷达通信共享信号：
(3a)将调频信号进行正交分解，得到一组n个正交基；本例中n＝128，正交基选用勒让德正交基，
(3b)选择与并行通信数据组的编号相同的正交基对并行通信数据组进行调制，得到频率正交调制项；
(3c)将频率正交调制项积分,得到恒包络的雷达通信共享信号s(t)，其表达式为
(3d)根据产生的恒包络的雷达通信共享信号，由自模糊函数的定义，得到恒包络的雷达通信共享信号的自模糊函数，方便进行恒包络的雷达通信共享信号的分辨力分析。
(4)发射与接收脉冲调制信号：
(4a)将恒包络的雷达通信共享信号输入到脉冲调制器，产生脉冲调制后的恒包络的雷达通信共享信号，将其输入到雷达发射机中，并发射到空间中。
(4b)雷达接收机接收该脉冲调制信号的回波信号。
(5)探测雷达目标的距离和速度：
(5a)将回波信号输入到雷达信号处理模块。
(5b)雷达探测处理模块将接收的回波输入到匹配滤波器，进行脉冲压缩处理，得到雷达目标的距离。
(5c)将匹配滤波器的处理结果输入到多普勒滤波器组，做动目标检测mtd处理，得到雷达目标的速度，完成雷达探测过程。
(6)解调恒包络的雷达通信共享信号：
(6a)将回波输入到雷达通信数据解调处理模块中，提取出回波信号的相位，并对相位进行求导，得到相位导数。
(6b)将相位导数乘以该组中对应的正交基，并进行积分，得到解调后的并行通信数据。
(6c)将得到的并行通信数据输入到并串转换器转换成解调后的串行通信数据，并将解调后的串行通信数据输出，完成雷达通信过程。
(6d)将解调后的串行通信数据与待传输的串行通信数据进行对比，得到错误码元占总体码元的比例，即恒包络的雷达通信共享信号的误码率。
实际上，在本发明的所有实施例中，步骤(5)与步骤(6)是并列进行的，步骤(4)中接收到的脉冲调制信号的回波信号是同时输入到雷达探测处理模块和雷达通信数据解调模块的。
在设计雷达通信共享信号时，如何保证信号在单载波包络起伏较小甚至不起伏的情况下，实现数据的高速传输，并且还具有优良的模糊函数性能以及通信解调性能，是需要重点考虑的问题。本发明将调频信号的时频函数正交分解，引入了正交分集，经串并转换后的通信信息二进制数据是由对应的正交基调制而成的，并且通过设计调频函数的正交基，正交基具有较大的自由度，大的自由度即对应着大的传输速率，实现了数据的高速传输。以上实施例中，采用了切比雪夫正交基、三角级数正交基、勒让德正交基等三种正交基，但实际应用中并不限于这三种正交基，只要是满足正交基选取条件的正交基均可使用。
下面给出一个更加完整和详尽的例子，对本发明进一步说明
实施例5
基于正交频率分解的雷达通信共享信号设计方法同实施例1-4，参照图1，本发明的具体实施步骤如下：
步骤1，设置调频信号参数：
在信号产生器中，设置一个调频信号的中心频率fc、需要调制的码元数k、脉冲宽度t。
步骤2，雷达通信数据预处理：
雷达发射端将待传输的雷达通信串行数据分成多个数组，每个数组中有n个二进制数据。n表示每个脉冲发送的二进制数据个数，由数据传输速率与脉冲重复周期决定，按照下式计算得到：
l＝[n·pri]
其中，l表示数据传输速率，pri表示脉冲重复周期，[]表示取整操作。
以n＝3为例，将待传输雷达通信串行数据0,1,1,0,1,0,1,0,0,0,0,1,…，分组为[0,1,1]，[0,1,0]，[1,0,0]，[0,0,1]，…。
将分组后的串行数据输入到串并转换器转换成并行数据，得到待传输的数据组，[011]，[010]，[100]，[001]，…。
步骤3，产生恒包络的雷达通信共享信号。
将产生的调频信号y(t)正交分解，得到正交基
步骤4，发射与接收脉冲调制信号。
将恒包络的雷达通信共享信号输入到脉冲调制器，调制在脉冲宽度为τ，脉冲重复周期为pri的脉冲中，产生脉冲调制后的恒包络的雷达通信共享信号，将该脉冲调制信号输入到雷达发射机中，并发射该脉冲调制信号。
雷达接收机接收脉冲调制信号的回波s'(t)，回波包含雷达目标的距离时延t1与多普勒频移fd，将回波s'(t)分别输入到雷达信号处理模块和雷达通信数据解调处理模块中。
步骤5，探测雷达目标的距离和速度。
雷达信号处理模块将接收的回波输入到匹配滤波器，进行脉冲压缩处理，得到时间采样点上的幅度值，在时间-幅度平面画出与幅度值对应的时间-幅度图。
在时间-幅度图上检索峰值点的时间维坐标值t1，由坐标变换公式r＝ct1/2，得到雷达目标的距离，其中，r表示雷达目标的距离，c表示光速，t1表示峰值点的时间维坐标值。
将匹配滤波器的处理结果输入到多普勒滤波器组，做动目标检测mtd处理，得到时间采样点与频率采样点上的幅度值，在时间-频率-幅度平面画出与幅度值对应的时间-频率-幅度图。
在时间-频率-幅度图上检索峰值点的频率维坐标值fd，由坐标变换公式v＝λfd/2，得到雷达目标的速度，其中，v表示雷达目标的速度，λ表示脉冲调制信号的波长，fd表示峰值点的频率维坐标值。
步骤6，解调恒包络的雷达通信共享信号。
雷达天线在接收到回波信号后，将回波信号输入到雷达通信数据解调处理模块中，提取出信号的相位信息
本发明采用了正交分集的思想，任意频率调制波形的时频函数均可分解为一组正交系的线性组合，通过调制正交系中各基系数使其携带通信信息。使得本发明对雷达通信数据的传输更准确，误码率更低，从而完成单脉冲多比特数据的传输。
下面结合仿真实验对本发明的技术效果再作说明。
实施例6
基于正交频率分解的雷达通信共享信号设计方法同实施例1-5
仿真条件：
调频信号中心频率fc＝10ghz，调制的码元数k＝128，脉冲宽度τ＝10μs，信号带宽b＝100mhz，信号采样频率fs＝400mhz。
仿真内容与结果分析：
仿真1：用本发明生成的恒包络的雷达通信共享信号的自模糊函数，进行本发明所构建的恒包络的雷达通信共享信号分辨力性能的仿真。
利用本发明的方法产生恒包络的雷达通信共享信号，由模糊函数的定义，画出恒包络的雷达通信共享信号的自模糊函数，如图2所示，其中x轴坐标为时延采样单元，y轴坐标为多普勒采样单元，z轴坐标为幅度。对该自模糊函数进行对应的零多普勒切片，如图3所示，其中横坐标为时延采样单元，纵坐标为幅度。对该自模糊函数进行零时延切片，如图4所示，其中横坐标为多普勒采样单元，纵坐标为幅度。
从图2中可以看到，本发明设计的恒包络的雷达通信共享信号的自模糊函数在图像表面中央，有针状突起，呈现出图钉状，表明本发明设计的恒包络的雷达通信共享信号具有距离多普勒二维高分辨能力。
从图3中可以看到，本发明设计的恒包络的雷达通信共享信号的自模糊函数的零多普勒切片的旁瓣在-25db以下，表明本发明设计的恒包络的雷达通信共享信号在利用脉压方法进行测距时，能获得高分辨、低旁瓣的优良性能。
从图4中可以看到，本发明设计的恒包络的雷达通信共享信号的自模糊函数的零时延切片具有同lfm信号相同的形状，均为sinc函数形状，表明本发明设计的恒包络的雷达通信共享信号在多普勒维也具有高分辨的能力。
在雷达通信一体化系统中，利用正交分集思想，由正交函数系的线性组合构成共享信号的频率调制项，并通过调制各基的系数实现通信信息调制。所产生的共享信号在单个脉冲内可实现数据的高速传输；模糊函数性能优良；包络不起伏。可以更好的实现雷达探测与通信传输。
实施例7
基于正交频率分解的雷达通信共享信号设计方法同实施例1-5，仿真参数同实施例6
仿真2：用本发明生成的恒包络的雷达通信共享信号误码率，进行本发明所构建的恒包络的雷达通信共享信号通信性能的仿真。
利用本发明的方法产生恒包络的雷达通信共享信号，通过仿真可以得到恒包络的雷达通信共享信号在不同调制阶数下的误码率随信噪比变化曲线，如图5所示，其中横坐标为信噪比，纵坐标为误码率。该仿真条件中有三个码元参数，分别为k＝128、k＝256以及k＝1024。
从图5中可以看到，在不同的调制码元数下，在低信噪比下性能较差。在调制码元数k＝256时，在snr＝5db时，误码率为10-4，表明所设计共享信号具有优良的通信传输性能。随着调制码元数的增加，误码率性能变差。由于雷达发射功率远大于通信发射功率，而且通信过程是单程衰减，因此，在通信接收端，会获得高信噪比。对比图5所示的误码率曲线，在高信噪比下，其性能更佳，表明该信号能有效实现一体化系统的通信功能。
综上所述，本发明所提供的一种高速率恒包络雷达通信共享信号设计方法，实现电子装备系统的能量共享，解决了现有技术中雷达通信共享信号包络起伏大、模糊函数性能差、误码率高及传输速率低的问题。具体步骤包括：设置调频信号参数；雷达通信数据预处理；生成恒包络的雷达通信共享信号；发射与接收脉冲调制信号；探测雷达目标的距离和速度；解调恒包络的雷达通信共享信号。本发明设计一种基于正交频率分解的高速率恒包络的雷达通信共享信号，其中通过调制正交系中各基系数使其携带通信信息，并实现雷达探测。克服了传统技术在雷达信号上调制通信数据后降低了雷达信号模糊函数性能，以及数据解调过程中误码率较高，对多普勒不稳健的问题。提高了信号的模糊函数性能，并降低了通信过程中的误码率。克服了传统技术在调制通信数据后降低信号模糊函数性能，数据解调过程中误码率高，对多普勒不稳健的问题。提高了信号的模糊函数性能，降低了误码率，对实现电子装备系统的综合一体化具有重要的意义。
以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。