一种LFM-MPSK雷达通信一体化系统共享波形信号设计方法与流程

本发明涉及雷达通信，尤其涉及一种lfm-mpsk雷达通信一体化系统共享波形信号设计方法。

背景技术：

1、雷达通信一体化系统利用一套集成系统同时实现雷达探测和通信信息传输的功能，目前，共享波形设计实现方式，因其集成程度最高，可最大程度地实现雷达通信一体化技术的频率和功率节约的优势，是目前常用的实现方式，而在雷达信号上调制通信数据是共享波形设计实现方式普遍采用的方案，该方案是在现有常用雷达信号基础上通过通信信息调试方式，在雷达信号码片中加入通信码片，从而实现雷达探测和通信信息传输一体化的应用目的。其中，lfm信号为常用雷达信号，mpsk(multiple phase shift keying)为常用的通信信息调制方式。

2、在雷达信号上调制通信数据这一共享波形设计方案中，传统的设计方案有两种。一是将整个线性调频的正负调频斜率作为通信信息传输，该方案硬件实现简单，但通信速率很低，只采用恒定速率的码片加载到线性调频信号中，没有考虑到变码片速率加载效果。二是将共享波形信号划分为若干个码片，根据通信符号来改变每个码片的初始相位，将通信信息嵌入到线性调频信号中，虽然能保证一定的通信速率，但算法效率低，通信速率低，导致系统的综合性能差。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种lfm-mpsk雷达通信一体化系统共享波形信号设计方法，用以解决现有共享波形设计中算法效率低，通信速率低的问题。

2、一方面，本发明实施例提供了一种lfm-mpsk雷达通信一体化系统共享波形信号设计方法，所述方法具体包括：

3、s1：建立lfm-mpsk共享波形优化模型，所述模型包括全速率通信信号码片数优化函数及第一至第三约束条件；

4、s2：设置所述全速率通信信号码片数初始取值区间；

5、s3：在所述取值区间中等间隔设置三个测试点；

6、s4：将所述三个测试点分别代入所述第一至第三约束条件，得到所述三个测试点对应的单周期信号码片数对应所述第一约束条件的可行解集合、对应所述第二约束条件的可行解集合；

7、s5：基于所述三个测试点对应的单周期信号码片数对应所述第一约束条件的可行解集合、对应所述第二约束条件的可行解集合构造指示量；

8、s6：基于所述指示量更新所述全速率通信信号码片数的取值区间，并判断所述全速率通信信号码片数取值区间的上下限之差是否大于3，如果是，则将所述取值区间作为更新后的取值区间，并返回步骤s3，否则，将所述全速率通信信号码片数取值区间代入所述第一至第三约束条件得到满足所述第一至第三约束条件的最大全速率通信信号码片数，再基于所述最大全速率通信信号码片数计算得到所述单周期信号码片数。

9、基于上述方法的进一步改进，所述共享波形全速率通信信号码片数优化函数，表示为以下表达式：

10、式中，

11、ns为所述单周期信号码片数，n0为所述单周期信号中零速率通信信号码片数的一半，t为所述共享波形信号周期；

12、所述第一约束条件为：

13、1-ρe≤l1，th，式中，

14、ρe为所述共享波形信号带内能量比，表示为以下表达式：

15、式中，

16、kn为所述单周期信号中包括的零速率通信信号码片数的一半与单周期信号码片数之比，表示为算式kn＝n0/ns，q为所述共享波形信号带宽比，表示为算式q＝bp/(2ns)，q′＝kn·q，si()为正弦积分函数，ci()为余弦积分函数；

17、l1，th为所述共享波形信号频谱泄露特性门限值；

18、所述第二约束条件为：

19、pslr≥l2，th，式中，l2，th为所述共享波形信号主旁瓣比门限值，pslr为所述共享波形信号主旁瓣比；

20、所述第三约束条件为：

21、ns≥3n0。

22、基于上述方法的进一步改进，通过以下方法计算所述共享波形信号主旁瓣比，所述方法具体包括：

23、通过以下算式计算所述共享波形信号的主瓣栅瓣比，所述算式具体表示为：

24、通过以下算式计算所述共享波形信号的主瓣第一旁瓣比，所述算式具体为：

25、将所述共享波形信号的主瓣栅瓣比、所述共享波形信号的主瓣第一旁瓣比计算结果的较小值作为所述共享波形信号主旁瓣比pslr的取值。

26、基于上述方法的进一步改进，所述共享波形中全速率通信信号码片数初始取值区间设置为[1,bp]，其中，b为所述共享波形信号带宽，p为所述共享波形信号脉宽。

27、基于上述方法的进一步改进，将所述三个测试点分别代入所述约束条件，得到所述三个测试点对应的所述单周期信号码片数对应所述第一约束条件的可行解集合、对应所述第二约束条件的可行解集合，具体是将所述三个测试点分别代入所述第一约束条件，得到所述三个测试点对应的所述单周期信号码片数对应所述第一约束条件的可行解集合，将所述三个测试点分别代入所述第二约束条件，得到所述三个测试点对应的所述单周期信号码片数对应所述第二约束条件的可行解集合；所述三个测试点，具体包括：第一测试点、第二测试点、第三测试点。

28、基于上述方法的进一步改进，所述指示量包括第一至第四指示量；

29、基于所述三个测试点对应的所述单周期信号码片数上、对应所述第二约束条件的可行解集合通过以下步骤构造指示量：

30、取每个测试点对应的所述单周期信号码片数对应所述第一约束条件的可行解集合和对应所述第二约束条件的可行解集合的并集，得到三个并集集合；获取三个并集集合中非空集的数量作为第一指示量的值；

31、取每个测试点对应的所述单周期信号码片数对应所述第一约束条件的可行解集合和对应所述第二约束条件的可行解集合的交集，得到三个交集集合；获取三个交集集合中非空集的数量作为第二指示量的值；

32、取每个测试点对应的所述单周期信号码片数对应所述第一约束条件的可行解集合中非空集的数量作为第三指示量的值；

33、取每个测试点对应的所述单周期信号码片数对应所述第二约束条件的可行解集合中非空集的数量作为第四指示量的值。

34、基于上述方法的进一步改进，所述基于所述指示量更新对应的所述全速率通信信号码片数的取值区间，具体包括以下步骤：

35、ss1：判断所述第一指示量的值是否为3，如果是，继续执行下一步；

36、ss2：判断第二指示量的值是否为0，若是则直接转入下一步，否则，根据所述第二指示量的值更新所述全速率通信信号码片数的取值区间，执行结束；

37、ss3：判断第三指示量的值和第四指示量的值是否均为3，若是则转入下一步，否则根据所述第三指示量的值和第四指示量的值更新所述全速率通信信号码片数的取值区间，执行结束；

38、ss4：获取每个测试点对应的所述单周期信号码片数对应所述第一约束条件的可行解集合的最小值与单周期信号码片数对应所述第二约束条件的可行解集合的最大值的差值，根据差值中的最大值更新所述全速率通信信号码片数的取值区间。

39、基于上述方法的进一步改进，所述根据第二指示量的值更新所述全速率通信信号码片数的取值区间，具体包括：

40、当所述第二指示量的值为3，则将所述全速率通信信号码片数上限更新为所述第二端点值，下限更新为所述第三测试点值，

41、当所述第二指示量的值为2，则将所述全速率通信信号码片数上限更新为所述第三测试点值，下限更新为所述第二测试点值，

42、当所述第二指示量的值为1，则将所述全速率通信信号号码片数上限更新为所述第二测试点值，下限更新为所述第一测试点值。

43、基于上述方法的进一步改进，所述根据第三指示量的值和第四指示量的值更新所述全速率通信信号码片数的取值区间，具体包括：

44、当所述第三指示量的值为3、所述第四指示量的值为0，则将所述全速率通信信号码片数上限更新为所述第二端点值，下限更新为所述第三测试点值；

45、当所述第三指示量的值为2、所述第四指示量的值为1，则将所述全速率通信信号码片数上限更新为所述第三测试点值，下限更新为所述第二测试点值；

46、当所述第三指示量的值为3、所述第四指示量的值为1，则将所述全速率通信信号码片数上限更新为所述第二端点值，下限更新为所述第二测试点值；

47、当所述第三指示量的值为1、所述第四指示量的值为2，则将所述全速率通信信号码片数上限更新为所述第二测试点值，下限更新为所述第一测试点值；

48、当所述第三指示量的值为2、所述第四指示量的值为2，则将所述全速率通信信号码片数上限更新为所述第三测试点值，下限更新为所述第一测试点值；

49、当所述第三指示量的值为3、所述第四指示量的值为2，则将所述全速率通信信号码片数上限更新为所述第二端点值，下限更新为所述第一测试点值；

50、当所述第三指示量的值为0、所述第四指示量的值为3，则将所述全速率通信信号码片数上限更新为所述第一测试点值，下限更新为所述第一端点值；

51、当所述第三指示量的值为1、所述第四指示量的值为3，则将所述全速率通信信号码片数上限更新为所述第二测试点值，下限更新为所述第一端点值；

52、当所述第三指示量的值为2、所述第四指示量的值为3，则将所述全速率通信信号码片数上限更新为所述第三测试点值，下限更新为所述第一端点值。

53、基于上述方法的进一步改进，所述根据差值中的最大值更新所述全速率通信信号码片数的取值区间，具体包括：

54、当所述第一测试点对应的差值是最大值，则将所述全速率通信信号码片数上限更新为所述第二端点值，下限更新为所述第一测试点值，

55、当所述第三测试点对应的差值是最大值，则将所述全速率通信信号码片数上限更新为所述第三测试点值，下限更新为所述第一端点值。

56、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

57、1、本发明共享波形优化模型兼顾雷达性能同时，获得最优通信速率；

58、2、算法计算全速率通信码片数可变化，能够得到相比现有技术较高的通信效率；

59、3、算法设计简单，需要运算量小，能够快速计算出全速率通信码片数，使系统具有更好的应变能力。

60、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。