一種基于USRP的雷達通信一體化傳輸方法與流程

本發明涉及信號處理領域，特別是指一種基于usrp的雷達通信一體化傳輸方法。

背景技術：

1、在頻譜資源緊張的背景下，隨著無線通信和雷達技術的不斷發展，它們所占用的頻譜越來越多。為了避免頻譜資源的過度占用和浪費，急需一種能夠高效利用頻譜的方式。另外，數字信號處理技術、天線技術和射頻技術的發展，使得在同一硬件平臺上，通過先進的信號處理算法實現多個功能的融合成為可能。

2、雷達通信一體化技術將雷達功能和通信功能融合在一起，這種技術優勢明顯。一方面可以減少系統的體積、重量和功耗，因為不需要為雷達和通信分別配置獨立的完整設備。另一方面能有效提高頻譜利用率，通過合理設計信號波形，使頻譜資源同時服務于雷達和通信兩個功能。例如，在智能交通系統中，車輛的雷達通信一體化設備可以在檢測周圍車輛和障礙物的同時，和交通管理系統或者其他車輛交換路況等信息。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明提出一種基于usrp的雷達通信一體化傳輸方法。該方法可用于進行目標感知探測及通信，可以在不損失通信性能的前提下，為系統增加雷達探測功能。

2、為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

3、一種基于usrp的雷達通信一體化傳輸方法，基于usrp信號發射模塊與usrp信號接收模塊實現雷達通信一體化的發射與接收過程，具體的，所述雷達通信一體化的發射過程包括以下步驟：

4、步驟a1，設置usrp信號發射模塊的設備id，啟動usrp發射會話；

5、步驟a2，配置usrp信號發射模塊的發射參數，設置激活通道id、數據類型、時鐘及頻率源、iq速率、載波頻率、發射增益以及天線選擇；

6、步驟a3，使用內置matlab腳本生成雷達通信一體化基帶波形信號，分別輸出雷達通信一體化基帶波形信號的實部及虛部，并顯示雷達通信一體化基帶波形信號的波形及頻譜；

7、步驟a4，設置發射模式，將雷達通信一體化基帶波形信號的實部和虛部合并為一路寫入到usrp信號發射模塊中等待發射；

8、步驟a5，待發射完成后，關閉usrp發射會話，完成雷達通信一體化的發射；

9、所述雷達通信一體化的接收過程包括以下步驟：

10、步驟1，設置usrp信號接收模塊的設備id，啟動usrp接收會話；

11、步驟2，配置usrp信號接收模塊的接收參數，設置激活通道id、數據類型、時鐘及頻率源、iq速率、載波頻率、接收增益以及天線選擇；

12、步驟3，啟用接收端usrp信號接收，獲取usrp信號接收模塊接收到的基帶接收信號；

13、步驟4，選擇通信接收或雷達接收，將基帶接收信號分別輸入到對應的內置matlab腳本中進行處理，若為通信接收則進行通信接收處理并輸出星座圖及通信數據，若為雷達接收則進行雷達接收處理并輸出探測參數及探測結果；

14、步驟5，關閉usrp接收會話，退出程序。

15、進一步地，步驟a3中使用內置matlab腳本生成雷達通信一體化基帶波形信號的具體方式為：

16、步驟a301，針對生成的二進制比特流通信數據，基于比特長度依次進行選取，其中為調制階數，為數據載波個數；將選擇的比特長二進制記為二進制比特流通信數據向量；

17、步驟a302，將二進制比特流通信數據向量進行星座映射，得到長度為的星座映射后的向量；

18、步驟a303，根據導頻圖案插入離散導頻和連續導頻數據，得到長度為的向量；

19、步驟a304，插入零載波，得到長度為的向量；

20、步驟a305，進行點ifft變換，得到ofdm基帶調制信號；

21、步驟a306，插入循環前綴，得到長度為的ofdm符號向量；

22、步驟a307，將個ofdm符號合并為一幀，并加入幀同步頭，得到輸出的雷達通信一體化基帶波形信號。

23、進一步地，步驟4中若為通信接收則進行通信接收處理并輸出星座圖及通信數據的具體方式為：

24、步驟b401，設經過信道后usrp信號接收模塊接收到的通信基帶接收信號為，首先進行信號同步，獲取準確的幀起始位置，得到個ofdm符號；

25、步驟b402，去循環前綴，得到長度為的基帶待解調信號；

26、步驟b403，進行點fft變換，得到ofdm基帶解調信號；

27、步驟b404，刪去零載波，得到長度為的向量；

28、步驟b405，根據導頻圖案進行信道估計，得到信道響應為；

29、步驟b406，進行均衡，得到均衡后的信號，其計算方法為：

30、；

31、步驟b407，根據導頻圖案刪去離散導頻和連續導頻數據，得到長度為的通信信號以及對應星座圖；

32、步驟b408，進行星座解映射，得到接收的二進制比特流通信數據。

33、進一步地，步驟4中若為雷達接收則進行雷達接收處理并輸出探測參數及探測結果的具體方式為：

34、步驟c401，設經過信道后usrp信號接收模塊接收到的雷達基帶接收信號為，首先進行信號同步，獲取準確的幀起始位置，得到個ofdm符號；

35、步驟c402，去循環前綴，得到長度為的基帶待解調信號；

36、步驟c403，進行點fft變換，得到ofdm基帶解調信號；

37、步驟c404，刪去零載波，得到長度為的向量；

38、步驟c405，計算信道響應矩陣，首先計算每個符號的信道響應：

39、；

40、將個符號的信道響應構建信道響應矩陣：

41、<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mi>h</mi><mi>r</mi></msub><mi>=</mi><msup><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>h</mi><mrow><mn>1</mn><mi>,</mi><mi>r</mi></mrow></msub><mi>,</mi><msub><mi>h</mi><mrow><mn>2</mn><mi>,</mi><mi>r</mi></mrow></msub><mi>,...,</mi><msub><mi>h</mi><mrow><msub><mi>n</mi><mi>sym</mi></msub><mi>,</mi><mi>r</mi></mrow></msub></mrow><mo>]</mo></mrow><mi>t</mi></msup></mstyle>；

42、其中為1×的列向量，表示第個符號的信道響應，i=1,2,3,……,，表示矩陣轉置，表示復數域；

43、步驟c406，對信道響應矩陣分別進行兩次fft變換和一次取模運算，得到距離-多普勒矩陣：

44、<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>d</mi><mi>=</mi><mi>abs</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>f</mi><msub><mi>n</mi><mi>sym</mi></msub></msub><msup><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>f</mi><msub><mi>n</mi><mi>c</mi></msub></msub><msub><mi>h</mi><mi>r</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>t</mi></msup></mrow><mo>]</mo></mrow><mi>t</mi></msup><mo>)</mo></mrow></mstyle>；

45、其中表示對矩陣中每個元素分別取模，與分別表示點fft矩陣與點fft矩陣，表示實數域；

46、步驟c407，計算雷達探測分辨率參數并展示，所述雷達探測分辨率參數包括距離分辨率、最大不模糊距離、速度分辨率以及最大不模糊速度；

47、其中距離分辨率計算方法為：

48、；

49、其中表示光速，表示iq速率；

50、最大不模糊距離計算方法為：

51、；

52、速度分辨率計算方法為：

53、；

54、其中表示載波頻率；

55、最大不模糊速度計算方法為：

56、。

57、由于采用了上述技術方案，本發明與現有技術相比的有益效果在于：

58、1、本發明基于ofdm通信系統構建生成雷達通信一體化波形，可以在不降低通信性能的前提下，引入探測感知功能，提升系統能力。

59、2、本發明基于軟件無線電架構搭建信號發射及接收系統，使系統具備參數動態調整及后期升級改造的功能，提升了系統的靈活性。