线性调频共享信号设计及USRP RIO的实现

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随着现代信息技术不断发展,现代社会中所应用电子设备种类与数量不断增加,由于采用不同通信协议的电子设备都要占用一定的频谱资源,这导致频谱资源紧张。同时,现代电子设备平台上可能存在多种设备,当多种设备同时工作时,各设备间会产生相互干扰,从而导致设备间协调工作困难。为解决上述问题,同时考虑到雷达设备和通信设备之间的相同点,我们可以在雷达设备上增加通信功能,使设备同时具有通信功能和雷达功能。本文在这样的背景下进行了雷达通信共享信号的应用研究。首先,介绍了雷达通信共享波形设计研究现状。现在常见的波形设计方案分为波形复用方案和波形融合方案两种:波形复用方案在发射端将雷达信号和通信信号进行混叠,在接收端使用不同信号处理算法;波形融合方案在发射端将雷达信号作为载波信号,将通信信息调制到雷达信号上,在接收端通过相应的解调算法处理共享信号。除此之外,我们还将共享方案分为单载波方案和多载波方案:常用的单载波信号为线性调频信号(Linear Frequency Modulation,LFM)信号,该信号具有大时宽积、优良的分辨力等优点;常见多载波信号为正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)信号,该信号具有抗选择性衰落、有效对抗码间干扰等优点。本文主要讨论基于LFM信号的单载波共享信号设计方案。然后,通过分析上述各种设计方案的实现流程,了解各方案的优缺点,结合研究过程需要兼顾共享信号的雷达性能和通信性能,选择合适的共享信号设计方案。主要从信号的工作机制,误码率、频谱利用率、模糊函数等几个方面进行仿真实验验证。最终选取线性调频-二进制相移键控(Linear Frequency Modulation-Binary Phase Shift Keying,LFM-BPSK)复合调制信号作为共享信号设计方案。根据该信号的特点,从调相角度和调制码元数量两方面分析该共享信号的雷达性能和通信性能。最后,基于通用软件无线电外设(Universal Software Radio Peripheral,USRP)平台搭建实验平台,该实验平台由硬件部分和软件部分两方面构成。在排除实验环境的干扰后,先利用LFM信号进行测距实验,再采用LFM-BPSK信号进行测距实验。将最终的实验结果和仿真结果进行对比,分析该信号的实际性能与预测性能是否存在较大差异,即测距是否存在较大误差,通过实验验证该信号方案设计的可行性。针对可能存在的问题,提出进一步改善的方法。本文的工作重点在于平衡设计的共享信号的雷达性能和通信功能,使其在特定环境下达到最优,并通过实际信道实验进行验证。为达到上述目的,我们主要通过更改LFM-BPSK信号中的调制相位和调制码元数量来实现,具体数值通过USRP RIO硬件测试实验来验证。
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