基于单信号接收通道LTE小区专用参考信号的被动雷达目标检测方法

《Digital Signal Processing》：Target Detection in Passive Radar Based on LTE CSR signal with a Signal Receive Channel

　　

研究人员提出了一种基于长期演进（Long-Term Evolution，LTE）小区专用参考（Cell Specific Reference，CSR）信号的单通道被动雷达目标检测方法，验证了LTE CSR作为新兴高质量照射源在雷达应用中的显著潜力。该研究摒弃了传统被动雷达中的专用参考通道，转而依据已知协议在本地生成参考信号，有助于实现被动雷达的小型化与低成本部署。研究人员从雷达监视角度全面分析了CSR信号的特性，并针对LTE CSR单通道架构的固有挑战提出了处理方案，这些挑战包括本地生成信号与实际接收信号之间的时频及相位偏差、同频基站干扰，以及由CSR信号固有梳状时频分布导致的弱目标信号积累问题。通过真实商用LTE网络的现场实验，验证了所提方法的有效性。本研究为被动雷达在低空安全、交通检测等新兴地球观测应用场景中的广泛渗透提供了关键技术支撑。

研究背景与意义

被动雷达技术凭借利用环境中已有的机会照射源（Illumination of Opportunity，IoO）、无电磁污染、部署灵活、成本低及军事隐蔽性强等优势，在交通管理、自动驾驶、物联网及地球观测等领域受到广泛关注。可用的IoO包括调频广播、数字广播电视、蜂窝通信（GSM/LTE/5G）、无线局域网及全球导航卫星系统信号等。其中，LTE CSR信号因最大可达20 MHz的系统带宽带来高距离分辨率、基站密集部署带来的广覆盖、不受用户业务状态影响的持续传输特性，以及在多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）模式下不同天线CSR信号正交可降低信号处理复杂度等优势，成为极具潜力的雷达照射源。传统LTE被动雷达多采用双通道架构，需独立参考通道接收直射信号，导致硬件资源消耗大、数据处理负担重；且在MIMO模式下，单参考通道无法分离多发射天线的混合信号，造成直达与多径干扰抑制及目标能量积累性能下降。现有基于部分LTE信号的研究多依赖简化场景与自制收发设备，未深入考虑真实商用网络环境下的信号结构、调制特性及同频基站干扰等问题，限制了单通道被动雷达的实际应用。为此，研究人员开展了基于单接收通道（仅监视通道）的LTE CSR被动雷达目标检测方法研究，相关成果发表于《Digital Signal Processing》。

关键技术方法

研究人员采用真实商用LTE网络信号开展研究，实验选用频分双工（Frequency Division Duplexing，FDD）普通循环前缀（Cyclic Prefix，CP）模式的LTE系统。首先依据LTE协议本地生成参考CSR信号，无需专用参考通道；针对单通道架构的时频相位偏差、同频基站干扰及CSR梳状时频分布导致的弱目标积累难题，设计了包含信号同步、干扰抑制与目标检测的完整处理流程；通过外场实验验证方法有效性，实验采用增益15 dBi的八木天线接收信号，使用USRP-B210采集数据并搭配外部高精度时钟源保障采样稳定性。

研究结果

LTE帧结构

研究人员详细阐述了FDD普通CP模式LTE系统的帧结构，明确CSR信号在时频资源中的固定位置与正交设计特性，为本地参考信号的精准生成提供依据。分析表明，LTE CSR信号在时域和频域呈周期性梳状分布，不同天线端口的CSR信号通过频分复用实现正交，可支持单通道架构下的多天线信号分离。

信号模型

建立了单通道LTE CSR被动雷达的信号模型，推导了第i个发射天线的正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）信号表达式，明确子载波间隔Δf、循环前缀长度T_cp、有用信号长度T_us等关键参数对接收信号的影响。模型涵盖直射信号、同频基站干扰、目标回波及噪声分量，为后续信号处理算法设计奠定理论基础。

信号处理

提出完整的单通道信号处理流程：首先对接收信号与本地生成的参考CSR信号进行时频同步，补偿两者间的时偏、频偏及相位偏差；其次通过空域滤波与频域滤波联合抑制同频基站干扰；最后针对CSR梳状时频分布导致的能量分散问题，采用跨子载波非相干积累方法增强弱目标信号，并通过恒虚警率检测实现目标判决。

真实外场实验

基于真实商用LTE网络开展实验，成功检测到运动目标。实验结果表明，所提方法在单通道架构下可有效克服时频相位偏差与同频基站干扰影响，实现对弱目标的稳定检测，验证了方法的工程可行性。

讨论与结论

研究人员指出，该研究首次将本地生成参考CSR信号的方法应用于真实商用LTE网络环境下的单通道被动雷达目标检测，突破了传统双通道架构的硬件限制。研究证实，LTE CSR信号的确定性结构与正交特性可支持单通道架构下的高效干扰抑制与目标积累，为被动雷达的小型化、低成本部署提供了可行路径。研究成果解决了LTE CSR单通道架构的核心技术难题，为被动雷达在低空安全监测、智能交通感知等场景的规模化应用奠定了技术基础，具有重要的工程推广价值与学术研究意义。