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雷达通信一体化是指利用一个发射平台发射同一频段的调制信号,同时实现雷达与通信功能。从通信角度看,雷达与通信信号融合可以缓解频谱资源紧缺的压力,因为有限的频谱资源已经成为5G、6G通信技术发展中需要面对的关键问题。从雷达角度看,雷达与通信信号波形融合可以减小雷达电子设备体积,降低电磁干扰,提高电路集成度,这正是下一代雷达设计需要解决的难题。此外,雷达与通信信号融合可以解决雷达与通信在应用中对频谱资源的竞争问题。本论文我们从雷达通信一体化的潜在应用入手,结合阵列天线技术和信号调制技术,实现雷达与通信信号与功能融合。本论文的主要贡献归纳如下:1.论文研究了正交频分复用（Orthogonal frequency-division multiplexing,OFDM）信号作为雷达与通信共用发射信号的方案原理,针对OFDM信号的高峰值平均功率比（Peak-to-average power ratio,PAPR）问题,提出基于子载波索引调制正交频分复用（Index modulation for orthogonal frequency-division multiplexing,OFDM-IM）信号的雷达通信一体化方案。从通信角度分析,在OFDM-IM系统中只使用一部分子载波,信息不仅调制在OFDM的子载波上,而且还映射在以符号传输速率更新激活的子载波索引号上。因此,该技术可以降低信号PAPR,进而提高放大器效率。从雷达角度分析,目标的距离-相对速度信息可以用基于压缩感知的调制符号处理算法来获取。仿真数据结果表明:论文提出的基于OFDM-IM信号的雷达通信一体化方法可以有效降低信号PAPR,并在低阶调制方式应用时,例如二进制相移键控（Binary phase shift keying,BPSK）,取得比OFDM信号更高的数据传输速率,同时保持了与OFDM雷达通信一体化方法类似的雷达性能。2.论文研究了可以用于雷达追踪、定位的方向调制（Directional modulation,DM）技术原理。针对二态时间调制阵列（Time-modulated array,TMA）的OFDM-DM信号发射端传输信息有效功率与安全通信性能的矛盾关系:信息的有效功率低而安全性能高的问题,论文提出应用基于三态射频开关的TMA实现OFDM-DM。采用三态射频开关可以实现对注入正交人工干扰噪声更灵活的操作,并且论文首次提出动态和静态的基于三态射频开关的TMA-OFDM-DM概念及方法。误比特率（Bit error rate,BER）仿真结果表明:论文提出的TMA-OFDM-DM方案,可以在不降低信息有效功率的条件下,取得更高的安全性能。3.针对OFDM-DM信号中存在的高PAPR问题,提出采用TMA合成多载波DM信号。在提出的方案中,调制信号波形通过设计射频开关时间序列在射频反馈网络中合成,而不是在数字基带中,因此,该方案合成的多载波DM信号可以取得0d B PAPR。论文用两个经典的例子来检验基于TMA合成多载波DM信号,仿真结果验证了该方案的有效性。针对空间单方向波束的DM信号不能同时追踪多目标的问题,提出应用TMA构建多方向多波束DM信号方案。该方案通过优化TMA的射频开关函数,在不同的谐波频率上合成DM信号。相比较其它的DM信号合成方法,该方案合成的DM信号有如下特点:1)在不同的空间方向上可以同时形成波束;2)具有多址接入功能;3)可以取得0 d B PAPR;4)在不需要移相器条件下,可以实现波束扫描。因此,论文提出的利用TMA合成的多方向多波束DM信号可以实现同时追踪不同方向上的雷达目标,并且可以完成同时和多目标通信的要求。仿真结果验证了该方案的有效性。4.论文研究了频率分集阵列（Frequency diverse array,FDA）原理,介绍并分析了FDA阵列方向图的性质及特点。针对FDA雷达通信一体化调制信号设计问题与FDA辐射图距离-角度耦合问题,论文将索引调制技术引入到FDA中并提出天线阵元索引调制FDA概念及操作原理,利用索引调制技术,将信息映射到选中的天线阵元索引号并关闭相应阵元的频偏选择开关。在传输相同位序列的条件下,该方案可以应用不同的频偏组合形成不同的阵列辐射图,实现解耦FDA雷达距离-角度信息,同时位序列信息通过选择的阵元天线索引号传输实现通信功能。仿真结果验证了该方案的有效性。5.论文研究了随机性频偏对对数增长频偏FDA（Frequency diverse array with logarithmically increasing frequency offset,Log-FDA）波束方向图的影响。论文提出基于频偏索引调制FDA的雷达通信一体化方案,该方案将索引调制技术与FDA频偏索引号结合,在输入二进制位序列与频偏索引号之间建立映射关系,并通过射频开关将选中的频偏随机加载到每个阵元。因此,频偏的选择被赋予了随机性。应用选择的频偏,FDA可以提供图钉状的波束方向图并解决了传统FDA中距离-角度耦合问题,同时信息通过选择的频偏索引号传输实现通信功能。仿真结果验证了该方案的有效性。