复杂环境下雷达抗干扰及多功能一体化波形设计方法研究

现代战争中敌我双方各种武器装备所辐射的高密度、高强度、多频谱的电磁波,民用电磁设备的辐射以及自然界产生的电磁波等导致了雷达面临的电磁频谱环境越来越复杂和拥挤。为使雷达在复杂电磁环境中能有效工作,从波形设计的角度出发,分析了雷达波形设计必须考虑的约束条件和常用的波形性能度量指标,总结了近年来针对不同应用场景需求和复杂电磁环境下的多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)雷达(多波形)和单输入单输出(Single Input Single Output,SISO)雷达(单波形)波形设计的建模思路和优化手段,将建模思路和优化手段扩展用多功能一体化(探通、探干等)波形设计。建模思路和优化手段可为未来复杂电磁环境下雷达抗干扰波形设计以及多功能一体化信号设计提供参考和依据。仿真实验结果表明,所提算法设计的多功能一体化波形能够在保持指定的通信需求的同时达到理想的雷达探测性能。

基于频率分集阵列的多功能一体化波形设计与信号处理方法

频率分集阵(FDA)是在相控阵基础上的一次体制革新,其通过在发射天线阵元间进行频率步进,得到的发射方向图是角度、距离、时间的多维函数,显著提升了波束控制能力与信号处理维度,经过收发联合处理后,可应用于多维参数联合估计、主瓣欺骗式干扰抑制、模糊杂波抑制、高分宽幅成像等方面。该文从系统层面出发,研究基于FDA的多功能一体化波形设计与信号处理方法,重点对其在检测与估计一体化、解模糊与抗干扰一体化、合成孔径雷达(SAR)成像与动目标检测一体化的信号处理新方法进行综述、评述及研究,并对FDA多功能一体化系统的应用前景进行展望。

陆战场探侦干多功能一体化雷达系统设计

未来陆战场潜在强敌可使用多种手段对“我方”进行攻击。随着雷达工作电磁环境日益复杂,集成探测、侦察、干扰等多种功能的陆战场雷达装备将是未来的主流。从探侦干一体化雷达基本特征入手,就探侦干多功能雷达系统设计涉及的研究内容展开讨论,并分析工程应用中应重点突破的关键技术。

多功能一体化播种机功能结构优化设计

【目的】传统的播种机功能单一、操作复杂,难以满足现代农业对高效、精准播种的需求,因此亟须对播种机的功能结构进行优化设计。【方法】研究播种机在作业过程中的播种量控制、行距株距调整、种子分布均匀性、播种深度一致性以及种子损伤率等方面的性能提升,对现有的多功能一体化播种机进行全面的功能结构分析,优化内容包括播种机构的改进、传动系统的优化、控制系统的智能化升级等,以满足现代农业对播种机械化、智能化、高效化的需求。【结果】通过仿真分析,验证了优化设计的有效性。经过优化设计的多功能一体化播种机在播种量控制、种子分布均匀性、播种深度一致性等方面得到了有效保证,种子损伤率明显降低,提高了作业效率,降低了作业成本。优化后的播种机能够适应不同作物、不同地块的播种需求,具有良好的通用性和适应性。【结论】优化后的多功能一体化播种机具有良好的应用前景和推广价值。本研究可为现代农业的发展提供有力的技术支持,也可为其他农业机械设备的优化设计提供有益的参考和借鉴。

面向通信感知一体化的信号波形设计综述

通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication,ISAC)作为6G的关键技术之一,广泛应用于智慧交通、智能家居等领域。随着频谱资源的紧缺、技术发展的融合,促使通信和感知功能的一体化,其中ISAC的波形设计是同时实现高效率通信和高精度感知的研究重点。从ISAC技术趋势、波形设计重要性、应用场景和发展现状四方面进行了简要介绍,对以通信为主的波形设计、以感知为主的波形设计和波形复用设计进行了分析总结,阐述了联合波形设计的一体化性能边界以及潜在的一体化波形新型设计方式;并对ISAC波形设计的发展方向进行展望。

基于数据失真的雷达通信一体化OFDM波形设计方法

正交频分复用(OFDM)波形设计是实现雷达通信一体化的物理层关键技术之一。OFDM波形通常存在峰均功率比(PAPR)高,以及波形自相关旁瓣电平高的问题。该文针对现有联合降低PAPR和自相关旁瓣方法存在的通信速率下降问题,提出了一种基于数据失真的一体化波形设计方法。该文还将通信数据的误差矢量幅度作为优化目标之一,降低了数据失真引起的通信误码率。首先,构建了PAPR约束下最小化积分旁瓣比和误差矢量幅度的优化模型。其次,根据调制星座图特点,通过外围星座调制的数据失真和所有调制数据失真,将多目标高维非凸优化问题转化为两个单目标优化子问题,分别采取凸松弛操作和交替方向乘子法(ADMM)求解简化后的子问题,得到低积分旁瓣比波形和PAPR约束下的低误差矢量幅度波形。仿真结果表明该方法设计的一体化波形可满足PAPR要求,同时具有良好的感知和通信性能。

轻巧⁃承力⁃功能一体化超结构:概念、设计及应用

高端装备在极端环境下的适应性和机动性是国防安全的核心保障,具有重要战略意义.提高主承载结构的轻量化水平与功能性,是推动高端装备升级换代的关键环节.高端装备在多场耦合极端环境下工作,对主承载构件的轻量化和多功能性提出了严苛要求.现有装备的承力结构与功能(减振降噪、抗弹防爆、冲击吸能、散热隔热、吸波等)分离,造成结构和重量冗余,性能难以提升.因此,亟需开发轻巧-承力-功能一体化超结构,推进高端装备的升级换代.该文首次提出轻巧-承力-功能一体化超结构的概念并给出了明确的定义,然后结合实际工程应用需求对多种超结构的设计方案开展综述,最后对超结构未来的发展方向进行了展望.

基于多目标公平感知的通感一体化恒模波形设计

为了同时实现通感一体化系统的通信和感知功能,针对多目标的公平感知和多用户符号的无错误传输问题,提出一种基于多目标公平感知的通感一体化恒模波形设计方法。该方法在考虑多用户数据符号无错误传输和波形恒模约束的前提下,建立联合波形和信号缩放因子优化的通感一体化波形设计模型。针对波形和信号缩放因子变量耦合的约束条件,利用交替优化算法进行处理。在优化波形子问题中,首先利用优化最小化算法获得原始子问题中目标照射功率和接收回波信噪比的非凸表达式的凸上界,然后利用交替方向乘子法处理发射波形的恒模约束。仿真结果表明,与最大化总目标照射功率和回波接收信噪比的波形设计方法相比,所提方法在仅损失3dB回波信噪比的情况下,能够提升多目标感知公平性,并保证通信数据符号的无错误传输。

基于ODDM调制的6G通感一体化系统波形设计:基础、挑战和未来方向

提出一种基于时延多普勒(DD)域正交脉冲的正交时延多普勒分集复用(ODDM)调制,可实现DD域精细时间和频率分辨率上的正交性。详细介绍了ODDM调制技术在未来通感一体化网络的波形设计应用前景,以及ODDM基础理论与特点,并对当前DD域调制方法进行了调研和比较。最后提出ODDM面临的关键挑战以及未来在通感一体化波形设计方面的潜在方向。本研究可为面向未来大规模天线阵列高速移动场景下的通感一体化波形设计提供思路。

智慧校园视域下小通APP的功能一体化服务设计

如今高校生活需要下载和使用多个程序与应用,不仅占用大量手机内存,而且使用弊端也日益显现。设计推出一款校园服务APP“小通”,致力于研发高效、便捷、美观的校园一体化多功能应用。

基于OPPERMANN序列扩频的雷达通信一体化波形设计

共享波形设计是雷达通信一体化系统最大化资源利用效率的关键。针对现有的一体化波形多址通信功能欠缺问题,设计了一种基于OPPERMANN序列扩频的雷达通信一体化波形。利用OPPERMANN序列对雷达脉冲信号进行加权,在子脉冲内调制多个下行链路用户的通信信号,并采用正交的OPPERMANN序列对不同用户的通信信号和雷达信号进行扩频,从而实现雷达与通信双重功能。理论分析和仿真实验表明,所设计的一体化波形使雷达和通信信号共享同一频带,不仅可以同时与多个下行链路的用户进行通信,还具有不同类型的模糊函数,可以满足雷达系统在目标探测和目标跟踪场景下的波形设计需求。

通信感知一体化波形设计方法综述

通信感知一体化(也称通感一体化)作为第六代移动通信(6G)的关键技术之一,其优势在于在同一个硬件平台上实现感知和通信功能,并共享同一波形,从而降低硬件实现成本、提高资源利用率。从概念和分类、系统架构的角度介绍了通感一体化系统;从波形设计的角度对通感一体化技术的最新研究方法进行了全面的综述。从以感知为中心的波形设计、以通信为中心的波形设计、通信感知融合的波形设计3个方面对一体化波形设计方法的研究现状进行了分析总结,从统一的性能度量和性能折中关系的角度对一体化波形的性能进行了探讨,并浅析了通感一体化波形设计所面临的挑战和未来研究趋势。

基于Costas-DPSK编码的水下探测通信一体化波形

面对未来无人水下航行器(UUV)等设备探测通信一体化需求,本文提出一种基于Costas序列频率调制和差分相移键控(Frequency modulation of Costas Sequence and Differential Phase Shift Keying,Costas-DPSK)的水下探测通信一体化波形,并给出后续基于双曲调频信号和单频连续波信号(Hyperbolic Frequency Modulation Wave and Continue Wave, HFM+CW)导引信号设计和信息处理方案。该信号利用Costas跳频调制保证了波形的探测能力,结合DPSK调制通信信息序列。仿真实验结果表明,该信号同时具备不输于线性调频信号(Line Frequency Modulation,LFM)信号的目标探测能力以及DPSK调制的通信能力,兼顾了水下探测和通信功能。

基于OQAM-OFDM的通感一体化波形设计与处理方法

针对基于循环前缀的正交频分复用(CP-OFDM)通感一体化波形设计循环前缀抵抗多径干扰,存在能量利用率低、易形成虚假目标等影响雷达性能的问题,文中提出一种基于偏移正交幅度调制(OQAM)的OQAM-OFDM通感一体化波形设计方法。该方法无需使用循环前缀即可有效抵抗多径干扰,提高能量使用率和频谱利用效率的同时,避免由于循环前缀引入的虚假目标,防止载波间干扰和符号间干扰。为进一步提高通感一体化性能,提出了一种基于Pareto多目标优化的OQAM-OFDM子载波权重系数优化算法,以最大化通信解调输出信噪比和雷达脉冲压缩输出信噪比为目标函数,通过优化设计OQAM-OFDM子载波权重系数,协同提高通感一体化系统整体性能。仿真实验验证了该算法的正确性和有效性。

频率多普勒分复用通信感知一体化波形

6G移动通信系统拟实现全频谱接入共享雷达系统所用频段,为节省频谱资源并避免系统间干扰,通信和感知的深度融合备受关注,通感一体化波形则是其核心技术之一。OFDM和OTFS已成为两种候选波形。然而,OFDM抗时间选择性衰落能力不足无法应用于未来高速移动场景,OTFS解决了此问题但牺牲了复杂度。提出一种FDDM通感一体化波形,发送端使用频率多普勒域符号进行调制,在通信接收端采用多普勒最大比合并的方式进行解调,在感知接收端采用周期谱以及信道估计等方法对距离和速度进行独立估计。得益于多普勒分集增益,FDDM在高速移动场景下获得了与OTFS相近的通信性能,且复杂度相较于OTFS更低。在感知方面,FDDM性能与OTFS相似并略优于OFDM。

面向多目标多用户的雷达通信一体化恒模波形设计

双功能雷达通信一体化系统可以使硬件和频谱资源得到有效利用,是解决当前无线频谱资源紧张问题的一种有效途径。该文针对同时多目标探测与多用户通信场景,以雷达接收回波的信干噪比(SINR)为指标保障雷达的探测性能,采用通信多用户干扰(MUI)作为通信指标保证通信传输性能。与此同时,为保证发射端功率放大器工作在饱和区域,增加了波形恒模的约束条件。该文通过对波形以及滤波器的联合优化,提出了一种在满足通信MUI功率一定的情况下,最大化雷达多目标探测回波最小信干噪比(SINR)的波形设计优化模型。针对此优化问题,采用了交替迭代优化的方法来求解此问题。仿真结果表明,所设计的波形在多目标探测以及多用户通信场景下,通过调整通信MUI功率门限,可以在保证通信MUI功率性能前提下,实现对多目标回波最小SINR的优化。

基于优化星座图的MIMO雷达通信一体化发射波形设计

针对电子信息设备对空间频谱资源的互相竞争问题,考虑多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达的波形分集优势,提出了一种基于优化星座图的MIMO雷达通信一体化(dual functional radar communication,DFRC)发射波形设计方法。首先,构建了MIMO-DFRC系统的发射波形优化设计模型;其次,基于幅度和相位联合约束设计了通信信息植入策略。同时,为进一步降低通信信息传输误码率(bit error rate,BER),优化了期望通信信号的星座图,并基于一阶泰勒展开的序列线性规划算法(sequential linear programming algorithm based on the first-order Taylor expansion,SLP-FTE)对其BER进行了高效求解。所设计波形能够同时实现雷达目标探测和通信信息传输一体化功能,可以有效解决频谱拥塞问题。最后,仿真分析验证了所提方法的有效性。

低截获MIMO探通一体化波形设计方法

提出了一种多输入多输出(MIMO)雷达通信一体化系统的低截获概率(LPI)波形设计方法,该系统的一体化波形能同时进行目标探测与通信。首先,最小化下行链路中的多用户干扰,以期望LPI截获因子阈值为约束条件,构建了低截获MIMO雷达通信一体化波形优化模型。其次,通过将优化问题归类为正交普鲁克问题(OPP),获得了LPI波形的最优闭式解。最后,理论分析和仿真结果都表明,所设计的LPI波形能同时实现雷达与通信功能;并在保证一定LPI性能的前提下有效提升了通信性能。

多天线感知通信一体化系统低相关性波形设计

为实现多天线无线系统中感知和通信的一体化波形设计问题,提出一种基于加权优化的目标函数,在完成数据通信的同时,降低各天线波形之间的互相关性。利用梯度投影法设计了最优通信波形并作为初始迭代点,而后利用最大化最小化算法得到一体化波形设计结果。仿真结果表明,设计的一体化波形实现了通信性能和感知性能的权衡,可用于多天线感知通信一体化系统之中。

一体化多功能急救包的设计与应用

目的:研发一款携行方便、可迅速展收、取药省时、多功能的急救包,使院前急救简单、快捷。方法:研究基于医院院外不利医疗条件下,根据便携、装载能力强、多功能性、取物方便的设计要求,研发一体化急救功能包。结果:观察护士在相同操作下应用一体化急救功能包及普通急救箱完成相同操作的应答时间比较,护士采用一体化多功能急救包应答所需时间为(217.35±13.11)s,采用普通急救箱单人应答所需时间为(342.85±16.13)s。对护士应用一体化多功能急救包及普通急救箱的使用调查显示:一体化多功能急救包在物品取用满意度、措施落实及时性、护士使用满意度、医护配合使用满意度、多功能满意度等方面均优于普通急救箱组(P<0.05)。结论:一体化多功能急救包携行方便、可迅速展收、多功能、取药省时值得在临床推广。