OFDM雷达信号低PMEPR设计(2)
3.1 引言 18
3.2 PMEPR 和 PAPR 的定义及其关系 . 18
3.3 CCDF 曲线 . 19
3.4 峰均功率比抑制方法 20
3.4.1 对原始 OFDM 信号时域直接削峰 . 20
3.4.2 对原始 OFDM 信号进行峰值加窗 . 24
3.4.3 对原始 OFDM 信号进行峰值抵消 . 25
3.5 限幅滤波对信号处理影响的总结 28
3.6 本章小结 28
4 基于MCPC 的低 PMEPR 信号波形的设计 . 30
4.1 引言 30
4.2 MCPC 雷达信号的基本原理 . 30
4.2.1 MCPC 信号的数学模型 30
4.2.2 MCPC 信号的频谱特性 31
4.2.3 MCPC 信号的 PMPER 计算 32
4.3 基于相同编码序列（IS）的 MCPC 信号波形设计. 33
4.3.1 子载波幅度加权 35
4.3.2 子载波初始相位 36
4.3.3 子载波幅度加权（加窗）+初始相位 . 38
4.3.4 IS_MCPC 信号的性能分析. 39
4.3.4.1 自相关函数定义. 39
4.3.4.2 子载波数N变化对自相关函数的影响. 40
4.3.4.3 载波幅度加权（加窗）. 40
4.3.4.4 载波初始相位. 41
4.3.4.5 载波幅度和相位同时加权. 42
4.4 基于循环移位序列（COCS）的 MCPC 信号波形设计. 42
4.4.1 循环移位编码序列（COCS）的生成 42
4.4.2 COCS_MCPC 信号的性能分析. 44
4.5 本章小结 45
结 论 . 46
致 谢 . 47
参考文献 48
附录A 50
1 引言 1.1 研究背景及意义 雷达(Radar)是一种无线电探测装置，主要利用电磁波对目标的回波进行跟踪、定位和探测,是二战期间军事上的需要而被发明创造出的一项技术，继而得到了发展和应用，雷达的出现给人类带来了便利，它存在很多优势，不受时间、天气等外在环境影响，并可用于远距离探测等[6]。迄今为止，由于国防、军事上的高度重视，雷达系统可说正全速发展，当然还由于其种类繁多，用途广泛的特点，除军事领域外，还拥有民事用途，主要应用于获取目标的各种信息。此外，雷达被装备在现代火炮、军用卫星、各类飞机导弹等现代几乎全部的新式武器上以获得目标的距离、速度等信息并用于实时控制，不仅如此，雷达还被广泛的应用在了科学研究和民用方面，比如：射电天文、汽车的自动驾驶、空中管制交通以及观测气象等。要全面发展并壮大我国的国防事业，那么研究雷达技术特别是雷达对抗技术是非常有必要的，而且由于雷达的种类丰富多样，所以不同的雷达信号形式决定了雷达系统的距离和多普勒分辨率的不同，并导致了获取的信息的不同，这也决定了为何雷达具备不同的功能和用途[9]。 雷达的体制及处理信号的方法由雷达的信号形式决定，并且信号形式的不同将直接干扰雷达系统抑制杂波的能力，同时距离、多普勒分辨率和测距、测速精度等均会受到影响。因此为方便雷达更好更优的研究，准确牢固地掌握雷达原理和特性及雷达信号波形的设计、分析与处理的方法是不可避免的[10]。 为了完成信号的检测、估计与提取，不得不采取一定的实施手段，即雷达信号处理技术，但是要想完美获取信号的各种信息，必须掌握如何设计雷达信号波形，早期雷达一般采用简单恒定的矩形脉冲信号，之后由于雷达技术得到的不断发展，雷达系统中出现了越来越多的多载波调制技术，而本文所涉及的OFDM和MCPC雷达信号便是这些运用中的一种情况。Prasad最先在雷达系统中引入正交频分复用（OFDM） 的概念， 并在其中运用多载波这一框架，然后对各子模块分别进行分析、建模与仿真，由此发现了OFDM雷达系统优良的抗干扰、抗噪声、LPI与探测的能力。这对之后OFDM概念在雷达系统中得到广泛研究与应用奠定了坚实的基础[12]。 正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称OFDM）技术是多载波概念应用的典型例子，它是一种调制融合复用的技术，受到国内外学者的广泛关注，因其能够很好的避免窄带干扰以及对抗频率的选择性衰落现象[8,14,27]。OFDM雷达系统与传统并行数据传输相比在频谱的利用率上有了很大的提高。因为传统的传输方式是在整个信道的频带上分出两两不重叠的N（N为子载波个数）个频率子信道。然后使每个子信道可以单独简便的传输用于调制信号的符号，然后对这些个子信道进行频率的复用技术，这种使各载波信号的频谱互不重叠的方法尽管可消除信道间的干扰（ICI），但却不利于充分利用频谱资源。然而随着OFDM技术的出现，使得浪费频谱资源这个问题得到很好的解决，因其在频分复用的同时使得子信道的频谱互相重叠固定长度后进行数据的并行传输，重叠固定的长度要求相邻的子信道之间的频谱间隔相同，即相邻子信道中相应的子载波的频率保持相同的间隔，从而有效地对抗窄带脉冲噪声、防止信道间的干扰并避免多径衰落现象，从而达到提高频谱利用率的目的。 除了将多载波这一概念引入雷达系统形成OFDM信号外，我们还可以在各子信道中加入相位编码，形成多载波互补相位编码信号，这也是最近兴起的一种新型的雷达信号，简称为MCPC雷达信号。OFDM雷达的基本思想可概括为：利用调制技术将单个的发射信号调制到各个不同的子信道中，并保持个子载波相互正交然后发射到信道中，有效地使窄带和宽带的性能得以融合，简化了雷达系统并使其整体效率得以提高。OFDM信号能在雷达领域得到如此广泛的应用离不开其存在的巨大优势[16]，主要包括： （1）较高的距离（延迟）分辨率。 （2）有利于实现超大带宽传输。 （3）具有很强的抗衰落能力，因为OFDM将高速信息流转换为低速信息流，分成N个子载波传输，由于被调制到较高频率，所以子载波上的信号时间远超单载波信号的时间，使得对脉冲的抗噪能力和对信号的抗衰落能力均增强。此外，还有另一种增强抗衰落能力的办法，对子载波进行同时编码操作，可使子信道间的频率得以分集。 （4）波形的设计灵活多变。 （5）调制解调非常简单，快速傅立叶逆变换（IFFT）实现调制，快速傅立叶变换（FFT）实现解调，达到快速处理的效果，减小系统工作量。 （6）抗干扰能力强，相位编码形式多样，而MCPC 信号在各子载波中加入了这种编码操作，使信号复杂多变，提高了信号的抗干扰性能。 （7）具有很高的频谱利用率，因为各子载波的频谱可以实现重叠，只要求满足正交特性即可，并非利用传统的分离子信道以保护频带的措施。 （8）模糊函数为图钉型且自相关函数平稳起伏、旁瓣较低。 1.2 国内外研究现状 OFDM意指正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称 OFDM)，OFDM 调制属于多载波并行操作，在数字通讯应用广泛。多载波这一概念最早出现于上世纪 中期，用于实现通信系统的高速调制解调，其基本思路为：将单载波传输时串行发送的高速率的数据流通过串并变换，整合为若干个低速率的数据流，继而对每一路的数据分别使用不同频率的相互正交载波进行调制,最后组合成发射信号。在经过信道传输后，接收端则可用与发射端相对应的载波进行解调，即所谓的相干接收。然后对接收到的低速数据进行信号处理、并串变换以得到我们想要的高速信号。例如可以连续发射M个短调制符号脉冲，每个时长为c t，总的脉宽为bc t Mt 。M个载波互不相同，OFDM相邻两个载波的频率相差1b t，以保证各载波频率间的正交性，同时也保证了相邻的脉冲符号的相位连续性。在 1971 年，Weinstein和 Ebert提出：使用IFFT/FFT即可实现调制/解调，从而完成正交频分复用，需要注意的是，构成子信道的一组子载波要求相互正交以减小子信道间的干扰（ICI）。OFDM 系统的模型