基于MIMO-OFDM-IM雷达通信一体化的信号处理方法

本发明属于雷达信号处理，具体涉及一种基于mimo-ofdm-im雷达通信一体化的信号处理方法。

背景技术：

1、随着电子科技的飞速发展，雷达通信一体化技术已经逐渐走进大众视野并引起了工业界和学术界的热烈讨论。该技术在同一硬件平台下通过共享波形实现雷达目标探测和通信信息传输，不仅能够使得硬件平台的结构简化和成本降低，同时还可以实现更高的频谱资源利用率和能量效率，这在智能交通系统、无人机环境监测网络、民航空中管制系统等领域中都具有广泛的应用。然而，如何同时实现较好的雷达探测性能和通信传输性能是当前研究的一个难点。大量研究表明，通过共享波形的优化设计和不同平台接收信号的改进处理可一定程度上实现较好的雷达和通信性能平衡。因此，基于雷达通信一体化系统的相关技术研究已成为行业内的一个重要方向。

2、正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,ofdm)是最流行的多载波传输技术之一，近年来已在无线通信和雷达探测领域得到广泛应用。众所周知，ofdm通过将频率选择性信道转换为多个平行的平坦衰落信道，可以有效地对抗严重的符号间干扰，同时具有灵活的子载波调制和较高的频谱效率。索引调制(index modulation,im)是无线通信领域内具有竞争力的高能量效率和频谱效率调制技术，其通过利用诸如天线、子载波、扩频码和时隙的构建块的嵌入索引来传送信息。基于此，ofdm-im技术应运而生，ofdm-im技术通过调整激活子载波的数量，实现了能量效率、频谱效率和系统性能之间的有利折衷，并且相比传统的ofdm技术具有更低的峰均功率比(peak to average powerratio,papr)。由于其灵活的设计和更低的papr，ofdm-im技术受到了行业内广泛地关注。另外，多输入多输出(multiple-input multiple-output,mimo)是移动通信领域中无线传输技术的重大突破，该技术在通信信息传输速率和误码率等方面都具有显著地改善性能。因此，mimo-ofdm技术已被认为是下一代无线通信最具竞争力的技术之一。

3、在雷达通信一体化系统下，为了实现更好地雷达和通信性能平衡，可以将mimo技术与ofdm-im技术相结合，开展基于mimo-ofdm-im雷达通信一体化的技术研究。现有的研究表明，在相同的频谱效率下，通过停用子载波子集，mimo-ofdm-im技术能够实现比传统mimo-ofdm技术更好的通信误码性能，从而为实际系统带来更高的能量效率。

4、然而，由于索引调制引入的子载波符号的依赖性和不同天线间的干扰，使得mimo-ofdm-im通信信号的检测成为一个很有挑战性的问题。此外，将mimo-ofdm-im技术应用于雷达时，研究发现采用传统的雷达信号处理方法存在较高的雷达距离副瓣。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于mimo-ofdm-im雷达通信一体化的信号处理方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、一种基于mimo-ofdm-im雷达通信一体化的信号处理方法，包括：

3、步骤1：设计基于mimo-ofdm雷达通信一体化的系统模型，并根据所述系统模型进行发射端的比特信息和子载波分配，从而实现mimo-ofdm-im一体化发射信号波形设计；

4、步骤2：根据设计的发射信号构建多目标反射的回波模型，并对接收回波信号进行预处理，得到预处理后的接收信号；

5、步骤3：根据通信信息和不同天线之间的相位差信息对所述预处理后的接收信号进行信息补偿处理，得到补偿后的接收信号；

6、步骤4：基于所述补偿后的接收信号，利用矩阵乘积和克罗内克乘积的向量化关系构建基于有效数据筛选的接收信号稀疏模型；

7、步骤5：基于所述接收信号稀疏模型构建无约束优化问题，并进行求解，以实现多目标的距离和速度估计。

8、本发明的有益效果：

9、1、本发明结合mimo技术和ofdm-im技术的优点提出了一种基于mimo-ofdm的雷达通信一体化系统模型，并进行了基于mimo-ofdm-im的一体化发射信号波形设计，在一体化系统下实现了较好的比特信息和子载波分配，具有更好的抗载波间干扰能力和更高的信息传输效率；同时，根据ofdm-im的稀疏特性，引入了一种基于信息补偿和稀疏模型的改进雷达信号处理方法，一方面有效降低了通信调制信息和相位差信息对雷达回波信号的影响，另一方面解决了空子载波的引入使得传统方法不可用的问题，实现了较低的雷达距离副瓣，同时还可以实现多个目标的高分辨距离和速度估计。

10、2、本发明针对构建的稀疏模型，采用了基于脉冲分割的降维处理方法，有效降低了参数估计的计算复杂度，使得所提方法更具实用性。

11、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种基于mimo-ofdm-im雷达通信一体化的信号处理方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于mimo-ofdm-im雷达通信一体化的信号处理方法，其特征在于，步骤1包括：

3.根据权利要求2所述的基于mimo-ofdm-im雷达通信一体化的信号处理方法，其特征在于，步骤12)包括：

4.根据权利要求3所述的基于mimo-ofdm-im雷达通信一体化的信号处理方法，其特征在于，步骤2包括：

5.根据权利要求4所述的基于mimo-ofdm-im雷达通信一体化的信号处理方法，其特征在于，步骤3包括：

6.根据权利要求5所述的基于mimo-ofdm-im雷达通信一体化的信号处理方法，其特征在于，步骤4包括：

7.根据权利要求6所述的基于mimo-ofdm-im雷达通信一体化的信号处理方法，其特征在于，步骤5包括：

8.根据权利要求7所述的基于mimo-ofdm-im雷达通信一体化的信号处理方法，其特征在于，将多脉冲组数据进行分割以实现算法降维处理，并根据稀疏信号模型构建一个低复杂度的无约束优化问题，从而实现多目标的距离和速度估计，包括：

9.根据权利要求8所述的基于mimo-ofdm-im雷达通信一体化的信号处理方法，其特征在于，步骤53)包括：

技术总结
本发明公开了一种基于MIMO‑OFDM‑IM雷达通信一体化的信号处理方法，包括：设计基于MIMO‑OFDM雷达通信一体化的系统模型，并根据系统模型进行发射端的比特信息和子载波分配，从而实现发射信号波形设计；根据设计的发射信号构建多目标反射的回波模型，并对接收回波信号进行预处理；根据通信信息和不同天线之间的相位差信息对预处理后的接收信号进行信息补偿处理；基于补偿后的接收信号，利用矩阵乘积和克罗内克乘积的向量化关系构建基于有效数据筛选的接收信号稀疏模型；基于接收信号稀疏模型构建无约束优化问题，并进行求解，以实现多目标的距离和速度估计。该方法实现了MIMO‑OFDM‑IM雷达通信一体化系统中较低距离副瓣和高分辨的参数估计。

技术研发人员：曹运合,王阳,程垣皓,彭志刚
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16