摘要
随着科技的发展，各型电子设备对频谱的需求日益增加，造成了频谱拥挤。雷达与通信设备是无线射频频谱的两个重要应用，实现雷达与通信系统的频谱共享对缓解频谱资源紧张具有重要意义。设计雷达-通信一体化系统是实现雷达-通信系统频谱共享的一个有效手段，雷达-通信一体化信号作为雷达-通信一体化系统的核心，对其进行设计，使其能够同时满足雷达与通信系统的需求成为了当前研究的一个难点。相位调制作为一种基本的数字调制方式，已被广泛应用于通信调制中。将相位调制技术应用于雷达-通信一体化信号设计中，不仅能够解决如何将通信信息调制到雷达信号上的问题，还能够控制随机调制的通信信息对雷达性能造成的影响，在不影响雷达性能的基础上，有效实现通信信息传输。本文主要研究基于相位调制技术的雷达-通信一体化信号设计方法，主要贡献和创新性研究成果可总结为如下内容： 1.针对传统恒包络OFDM信号难以抑制随机调制的通信信息对雷达造成的影响的问题，在现有恒包络OFDM信号的基础上，提出了一种基于相位调制技术的雷达-通信一体化信号设计方法。对恒包络信号进行相位调制，设计相位调制项为相互正交的雷达调制相位项与通信调制相位项的和，调制相位项均保留恒包络OFDM信号的形式，利用雷达调制相位项与通信调制相位项和通信调制相位项内部的正交性在通信接收端分离通信调制相位项并解调通信信息。给出了控制随机调制的通信信息对雷达性能影响的方法，以雷达调制相位项的调制系数为一组随机序列为例，分析了所设计信号的模糊函数、通信调制相位项的上限及解调方案。理论分析和仿真结果表明，所设计的一体化信号具有距离与速度二维高分辨特性，能够通过减小通信调制项的加权系数抑制随机调制的通信信息对雷达造成的影响，在不影响雷达性能的基础上实现高速率/高质量通信传输。 2.针对基于相控阵系统的雷达-通信一体化信号设计不能解决雷达目标探测与通信信息传输在波束扫描与波束覆盖范围之间的矛盾的问题，同时为了避免设计多个正交信号，提出了一种在循环编码阵列各天线单元发射的信号间进行相位调制的雷达-通信一体化信号设计方法。以线性调频信号作为循环编码阵列发射的基准信号，对不同天线单元发射的信号添加相位调制项。无需设计新信号，且空域中任意角度的通信接收机均可接收到包含全部通信信息的信号，实现了任意方向通信。分析了空间合成信号的频谱和多维模糊函数，推导了发射方向图，设计了基于多次匹配滤波及相位提取的解调方案。理论分析和仿真结果表明，采用循环编码阵列后，仅需设计单一信号即可在空间合成全向覆盖的发射方向图，且方向图各向增益一致性较好，能够实现任意方向通信，且通信性能不受通信方向影响。 3.针对现有基于MIMO系统的雷达-通信一体化信号设计方法需要设计多个正交信号，计算复杂度高，无法抑制随机调制的通信信息对雷达造成的影响等问题，提出了一种在循环编码阵列发射的信号上进行通信调制的雷达-通信一体化信号设计方法。利用循环编码阵列发射的基准信号的频带与频带内能量辐射至空域中的角度的对应关系确定通信接收机对应的发射信号的频段，并在该频段进行连续相位调制。仅需设计单一信号，设计复杂度低。分析了空间合成信号的多维模糊函数和基于傅里叶变换的解调方案。理论分析和仿真结果表明，所设计的一体化信号能够在空间合成全向覆盖的发射方向图，且方向图各向增益一致性较好，能够通过控制连续相位调制信号的调制指数抑制随机调制的通信信息对雷达造成的影响，对于非合作通信接收端，通信具有安全性。 4.针对现有基于同时多波束的雷达-通信一体化信号设计需求解复杂优化问题、难以兼容窄波束与宽波束等问题，提出了一种基于循环编码阵列的同时多波束雷达-通信一体化信号设计方法。利用循环编码阵列发射的基准信号的频带与频带内能量辐射至空域中的角度之间的对应关系，在基准信号的带宽内进行频谱规划，实现了灵活的发射方向图设计，并在通信接收机对应的频带内对发射信号进行相位调制，利用相位调制项携带通信信息。仅需对单一信号进行频谱规划，避免了优化求解问题。理论分析和仿真结果表明，所设计的一体化信号能够在空间同时合成多个宽波束与窄波束，在空域实现了雷达与通信功能间的隔离，避免了雷达与通信功能之间的相互影响，发射信号的全部能量均用于在空间中合成期望波束，避免了能量浪费，对于非合作通信接收端，通信具有安全性。
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