面向感知应用的通感一体化信号设计技术与综述

在电子信息系统对抗中,雷达、通信、侦察机和干扰机等多种电子设备通过简单的功能叠加式配备于作战平台已经难以应对敌方的综合性电子兵器,因此,多种电子设备的综合一体化是现代战争环境装备发展的必然趋势。其中,作为战场“千里眼”和“顺风耳”的雷达和通信设备无论在硬件结构还是在信号处理方法上都具有极强的相似性,两者的有机结合具有很强的实现性。因此,通感一体化(DFRC)系统受到了广泛的关注。其中,DFRC信号设计是DFRC系统研究的关键科学问题之一,通过电磁频谱共享方式,在空域、时域以及频域等多个维度上,同时实现雷达探测和信息通信两种功能。该文对以感知功能(雷达探测功能)为主功能的DFRC信号设计方法进行了深入、系统的综述。该文简要介绍了面向战场环境的DFRC系统的相关项目,进一步讨论了DFRC信号设计的研究进展。并在最后总结全文并对未来的研究方向进行了展望。

信号相关杂波下MIMO探通一体化信号设计方法

以探测功能为主的雷达通信一体化(Dual Function Radar and Communication, DFRC)系统发射一体化信号,能够在保证探测性能的条件下,尽可能高效地与合作目标通信,使其在设备集约化要求高的电磁对抗环境中占有一席之地。因此,探通一体化信号设计是以探测功能为主DFRC系统研究的关键科学问题之一。但电磁对抗环境复杂多变,可能存在非均匀、多变和强独立散射的散射体与雷达探测信号相互作用,使DFRC系统接收的回波中含有在空间上呈现非均匀特性的杂波分量,从而给雷达目标检测带来挑战。针对杂波环境中DFRC系统探测性能下降的问题,本文采用认知系统架构,获取空间非均匀杂波先验知识,以信干噪比(Signal Interference to Noise Ratio, SINR)为准则,保障雷达的探测性能。引入发射方向图主瓣和旁瓣约束,使天线方向图具有低旁瓣特性同时集中探测能量在目标所在的方位,进一步保障探测性能。此外,考虑信号变模约束平衡雷达系统发射机功放的非线性失真和优化自由度。采用了一种空间合成信号频谱置零的方法实现信息传输,构建了通信调制约束。为求解上述多约束高维非凸优化问题,研究了一种联合序列块增强(Sequential Block Enhancement, SBE)、丁克尔巴赫(Dinkelbach’s Iterative Procedure, DIP)、凸序列逼近(Sequential Convex Approximation, SCA)和内点法(Interior Point Method, IPM)的迭代求解算法。理论分析了该算法的收敛性和计算复杂度。仿真结果表明,所设计的波形能够在信号相关旁瓣杂波下,同时实现探测和多用户通信。

基于数据库的铁路信号一体化设计平台研究

从当下的诸多辅助设计软件在铁路领域实际应用的情况来看,依旧存在着相对较多的问题,因此开发铁路信号一体化设计平台极为重要,而其中数据库的设计则是决定平台应用质量的关键因素。文章简述了铁路信号一体化设计平台中数据库的重要作用,基于对其数据库设计原则与平台设计要点的分析,阐述了铁路信号一体化设计平台中数据库的设计要点,希望能够为铁路工作人员提供一些参考与帮助。

基于OFDM信号的联合环境感知和数据解调方法

在下一代无线通信网络中,通信感知一体化(Integrated Sensing and Communications, ISAC)通过频谱共享、硬件共享、信号共享等方式实现感知与通信的融合,从而在进行信息传递的同时,感知环境中的物体的方位角度、距离、速度等信息。为进一步提高资源利用率和一体化系统集成度,一体化信号设计和信号处理成为了ISAC的主要任务之一。作为信号处理中的一项基本流程,信道估计是高速数据传输和波束成形的先决条件,也是环境感知和参数估计的基础,因此准确的信道估计结果对感知和数据传输都至关重要。本文针对基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)信号在动态场景下的高导频开销问题,设计并实现了一种高效的时变信道估计与解调方案,并将其运用到通信感知一体化系统中。首先,本文设计了一种无导频的OFDM信号作为ISAC信号,仅依靠较短的前导码获取合适的初始信道估计值;接着提出了联合时变信道估计与数据解调的迭代算法,旨在利用数据辅助信道估计;最后,为了进一步提高动态场景下的信道估计精度,本文提出了一种鲁棒的基于卡尔曼滤波技术的数据辅助的时变信道跟踪算法。仿真表明本文设计的联合信号处理算法能在降低导频开销的同时,仅仅使用几次迭代就能显著提升时变信道估计和数据解调性能;本文还通过蒙特卡洛实验统计了所提方案的最大有效频谱效率,结果表明本文所提方法相比较传统能提高在高动态场景下的效率、鲁棒性和实用性;最后,本文还通过数值实验验证在多径环境中的目标感知功能,表明了本文的一体化信号适用于感知通信一体化系统,且本文设计的算法能提升通信和感知性能。