LFM-CPM雷达通信一体化信号同步技术研究

作     者：翟泰淞 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李晓

授予年度：2023年

学科分类：11[军事学] 080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 1109[军事学-军事装备学] 

主      题：雷达通信一体化 LFM-CPM 信号处理 同步技术 软件无线电平台 

摘      要：随着现代电子技术的蓬勃发展,卫星通信系统、智能交通系统、天地一体化系统、军用电子综合系统等军事与民用领域的典型应用不断提出新的技术要求。在这些复杂系统中存在大量多方协作的场景,资源使用特点朝着去中心化、共享化、智能化的方向发展。其中,雷达通信一体化方案是复杂系统高效协同工作的重要技术手段,但针对雷达通信共享信号及接收系统的同步问题仍待解决。因此,本文以近年来被广泛研究讨论的LFM-CPM信号作为雷达通信共享信号,重点对信号处理过程中的同步技术展开研究,所做的主要工作如下:首先,介绍了LFM-CPM信号的基本模型,其实质是以线性调频信号为基础,通过连续相位调制技术实现通信信息的加载,构造兼具探测与通信功能的一体化信号,并分析了所设计信号的时域与频域特征,其具有包络恒定与相位连续等特点,兼具通信与探测功能。其次,针对一体化信号在通信接收端解调时的定时同步问题,提出了基于数据辅助的匹配相关定时同步算法和非数据辅助的分数阶傅里叶变换定时同步算法,仿真结果表明,所提算法在较低的计算复杂度(log)下均能够实现接收信号的定时同步,且精度较高,前者在-15d B时精度能达到10以上,后者在-10d B之后精度能稳定在10。然后,针对一体化信号在通信接收端解调时的频率同步问题展开研究,通过分析频率失配原因建立一阶频偏与二阶频偏的理论模型,针对该特性提出改进的循环迭代式Fitz算法,使其适用于一体化信号的多参数估计场景;同时利用特殊帧结构设计,提出基于双导频的频率同步算法,通过仿真验证,二者在?∈-3KHz,3KHz与?∈-2 MHz s,2 MHz s范围内,均能实现接收信号的频率同步,其中基于双导频的频率同步算法结构简单,硬件实现较易,且同步精度在信噪比恶劣情况下始终领先于循环迭代式Fitz算法2个数量级以上。之后,对一体化信号在通信接收端解调时的相位同步技术进行研究,一方面从CPM调制信号角度分析了基于PAM分解的最大似然相位同步算法,另一方面利用一体化信号良好的自相关性提出了基于导频序列的相位同步算法,仿真结果表明,前者具有更高的估计精度,但同时非常依赖于维特比解码过程中数据的分支度量信息,估计范围仅为-π2,π2,而基于导频序列的相位同步算法能够完成-π,π的相偏估计,具有更大的估计范围,同时可以与双导频频率同步算法进行模块复用,节省接收机设计资源。最后,综合上述研究,提出一种LFM-CPM雷达通信一体化信号的定时-频率-相位联合同步算法,仿真结果表明,所提算法有效降低了一体化信号接收解调时的误码率;同时,通过软件定义无线电设备搭建的半实物仿真平台验证所提算法的有效性与可工程化,测试得出在实验室的实际信道中平均误码率为1.98×10,为算法的进一步优化与硬件实现奠定基础。