面向小型无人机的OFDM-MIMO雷达信号设计和处理方法

随着空域的逐渐开放,以小型无人机为代表的低慢小目标,其有效检测对维护安全非常重要。然而,低慢小目标具有飞行高度低、飞行速度慢及雷达散射截面积(Radar Cross Section,RCS)小的特点,加之电磁环境复杂多变,使其难以被传统低分辨雷达发现。为了提升雷达的低截获性能和成像分辨率,本文提出了一种基于步进正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)雷达信号设计和处理方法。该方法是将窄带OFDM信号与非线性步进方案相结合,通过非线性步进方案控制MIMO发射信号的载频,获得发射端正交波形和大射频带宽,使得雷达接收机的天线孔径获得明显扩展,从而提升雷达的低截获性能和角度分辨率,同时实现低采样速率下的高距离分辨率。在雷达接收端,利用发射波形之间的正交性分离各通道回波,然后基于改进离散傅里叶变换(Discrete FourierTransform,DFT)和解码的处理方法,校正了非线性步进方案产生的相位误差,生成目标的三维高分辨成像。本文在77 GHz载频下设计仿真,验证所提方法的有效性。仿真结果表明,所提方法相比现有方法,在低信噪比下具有较高的三维成像分辨率,而且没有明显增加信号处理的复杂度。然而,该方法减小了最大无模糊速度。此外,本文讨论了步长数对雷达性能的影响,仿真结果表明,随着步长数的增加,最大无模糊速度减小,角度分辨率提升,为实际应用场景下步进OFDM-MIMO雷达的信号设计提供理论指导。

无人机互干扰抑制的雷达通信一体化波形设计

无人机雷达通信一体化(RadCom)系统中雷达接收信号是目标回波和通信信号的混合信号,会产生互干扰问题。针对该问题,改进标准正交频分复用信号,设计了一种交织OFDM一体化信号,其中,每种无人机的一体化信号在信号带宽内使用不重叠的子载频集,并利用基于调制符号的处理方法获取目标的高分辨距离-速度像,没有降低可实现的距离分辨率。仿真结果表明,所提方法在目标成像性能和计算复杂度上优于现有算法,低信干比下的距离像峰值旁瓣比改善了约9 dB,而且能够实现每秒兆比特级的高效数据通信。

基于OFDM的无人机雷达通信一体化设计方法

为了最大程度地利用资源和减小电磁干扰,无人机平台的雷达通信一体化设计有着尤为重要的意义。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)信号具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性能、易于数字化处理等优点,在雷达通信一体化系统备受关注。然而,OFDM信号在雷达和通信系统中对多普勒频偏较为敏感,针对多普勒频偏引起的子载波间干扰(Inter-Carrier Interference,ICI)问题,本文设计出一种RS-OFDM雷达通信一体化信号,并提出一种ICI抑制的信号处理算法,其中基于多普勒估计和校正实现OFDM的无ICI处理。仿真结果表明:所提方法在目标成像性能上优于传统方法,且对多普勒频偏具有较强的鲁棒性,而且并无明显增加计算复杂度。