基于黎曼流形的多进制Chirp调制关键技术研究

Radar-Communication Integration, which aims to achieve dual functions of both radar and communication on a single RF system, has been recognized as one of the most important trend for the future technology. Oriented from our prototype work on radar-communication system, an M-ary Chirp signal (MCrFSK) based modulation method has been proposed as the joint waveform, which is expected to maximize the communication capacity while minimizing the interference on radar. Under the understanding that the chirp waveform is essentially a non-stationary waveform, as well as the non-orthogonality among modulated signals that makes the signal space appear as a non-Euclidean manifold space, this proposal analyses the core theoretical problems that limit the usage of the MCrFSK signal: 1) The geometric representation of the MCrFSK signal space; 2) The optimization of the signal constellation on the non-Euclidean manifold space; 3) The nonlinearity compensation of the chirp signal, and the constellation clustering using manifold learning approach. The effective solutions of above problems will bring a well-defined framework to utilize MCrFSK signal, which will guide the development of the next generation radar-communication system, and promote the large-scale application of radar-communication system in the coming network-centric warfare. The research achievements will also benefit other communication areas with enlarged research space and industrial applications, including underwater acoustic communication, UWB communication, and short distance wireless positioning system.

雷达通信一体化，即在同一射频架构上同时实现通信与雷达功能，是未来雷达与通信技术发展的一个重要趋势。在前期研究工作中，申请人提出了利用频率-斜率联合调制的多进制线性调频信号作为雷达与通信系统的共用波形，从而在确保通信容量的同时最大程度地抑制对雷达性能的恶化。该波形是一种非平稳信号，且调制信号间的非理想正交特性决定其信号空间呈现为非欧式的流形空间。有鉴于此，申请人提炼了限制多进制线性调频信号使用的核心理论问题：流形信号空间的几何表征；流形星座图的优化设计；系统及信道的非线性补偿，并利用流形学习算法对接收星座图进行聚类处理。以上问题的有效解决将能提出一个应用多进制线性调频信号的框架性解决方案；进而指导工程技术研究发展，推动下一代雷达在网络化作战中的大规模应用；并辐射水声通信、超宽带通信、短距无线定位在内的其他通信领域，拓展其研究空间与产业应用。

随着人们对资源受限下雷达和通信设备多功能性、小型化、高效性需求的不断提高， 雷达通信一体化(RadCom ， Radar Communication Integration) 将是未来雷达技术发展的一个重要趋势。雷达与通信的结合，可以充分发挥各自的优势，互相弥补不足，从而大大提高整体作战的威力，使得探测雷达变成通信雷达，成为提供信息的网络平台。这将是对战场信息采集、存储和分配所进行的一场革命。在雷达通信一体化技术的支撑下，下一代雷达不仅可以完成对敌目标搜索、探测、跟踪的功能，又可以实现雷达远距离、大容量、高速度的双向数据通信。实现雷达通信一体化后，雷达的优良性能将能够为通信所用，利用雷达的大发射功率和接收机的高灵敏度，可大大增加通信距离，同时雷达天线的强方向性可为通信的保密性提供有力的保证，从而增强了通信的抗干扰能力。雷达与通信一体化使得雷达与通信系统能够共享硬件平台、时间、频谱等资源，极大地降低了电子设备的体积、重量与复杂度，为机载平台提供了宝贵的空间。雷达通信一体化的实质是对信号处理的时频多址转向空分多址和波形复用，其中最大的技术难点就是一体化波形设计。项目从雷达与通信一体化需求出发，研究多进制频率斜率-频移键控(M-ary Chirp-rate Frequency Shift Keying, MCrFSK）信号，揭示其信号空间的基本特性，选题具较重要理论意义和应用前景。主要研究MCrFSK信号基于黎曼流型的星座图几何表征、黎曼流型星座图的优化与解调、MCrFSK信号传输中信道非线性特性及补偿方法、一体化波形设计、一体化干扰信道估计与预编码技术、雷达通信一体化方案及演示验证平台等内容。相关成果不仅可以用于军事和国防，还可惠及水声通信、感知通信一体化等重要研究领域，具有非常大的研究潜力和研究意义。