[发明专利]一种RIS辅助的雷达通信一体化系统波形设计方法

说明书

本发明涉及一种RIS辅助的雷达通信一体化系统波形设计方法，属于雷达通信一体化波束赋形技术领域。包括1)初始化RIS辅助的DFRC系统架构及输入条件；2)初始化收敛精度、黎曼梯度收敛阈值及最大迭代次数；3)初始化相位变换矩阵；4)基于Cholesky分解和奇异值分解初始化波形样板矩阵；5)固定相位变换矩阵和波形样板矩阵，通过特征值分解和黄金分割搜索计算发射信号矩阵；6)固定发射信号矩阵，基于Cholesky分解和奇异值分解计算波形样板矩阵；7)固定发射信号矩阵，通过黎曼最陡下降计算相位变换矩阵；8)判断优化函数是否收敛或达最大迭代次数，是则结束本方法，否则跳至5)。所述方法能缓解干扰，平衡雷达与通信性能，使波形更好地匹配所需雷达波束。

技术领域

本发明涉及一种RIS辅助的雷达通信一体化系统波形设计方法，属于雷达通信一体化波束赋形技术领域。

背景技术

雷达通信一体化(Dual-functional radar communications,DFRC)系统可以在作为基站服务用户的同时通过接收回波信号检测目标，其以集成雷达和通信功能的潜力在多个领域引起了广泛兴趣，例如车联网、无人机通信和传感以及多功能射频系统等等。为了同时支持信息传输和目标检测，许多工作致力于DFRC的波形设计。雷达通信联合波形设计的目标是实现预期雷达波形的同时满足信干噪比(signal-to-interference-plus-noiseratio,SINR)的要求。F.Liu等研究了联合MIMO雷达检测和多用户多输入单输出(MU MISO)通信的波束成形设计。考虑到恒模约束，F.Liu等提出了一种有效的分支定界方法和基于流形优化的方法来设计DFRC波形。进一步，F.Liu等考虑了旁瓣抑制问题，开发了梯度下降方法来优化在每个天线功率预算下的通信和雷达指标的加权总和。上述研究表明可以通过适当设计DFRC波形来实现雷达和通信性能(例如雷达波束图和多用户干扰)之间的平衡。

最近，可重构智能表面(reconfigure intelligent surface,RIS)作为一项革命性的技术，因其在减少多用户干扰方面的潜力而备受关注。K.Huang等设计了一种低复杂度的方法来优化RIS的无源波束成形向量，以在多播和多用户下行链路传输中最大化用户的最小SNR/SINR。J.Wang等研究了在非精确信道状态信息下RIS辅助的MU-MISO系统的鲁棒波束成形和相移设计，并提出了一种基于交替优化的方法，以在中断概率约束下将发射功率降至最低。但是，在DFRC系统中使用RIS缓解多用户干扰仍然是一个未解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对雷达通信一体化系统中存在的多用户干扰较大以及雷达和通信性能难以平衡、通信性能可能会受到严重损失的技术缺陷，提出了一种RIS辅助的雷达通信一体化系统波形设计方法，通过基于流形优化的交替方法，联合设计DFRC波形和RIS相位变换矩阵，并通过加权设计以发挥RIS在缓解多用户干扰的作用，从而提高系统吞吐量；且能平衡雷达与通信功能的性能，使获得的波形更好地匹配所需的雷达波束图，并同时满足通信性能要求。

所述雷达通信一体化系统波形设计方法依托于一个RIS辅助DFRC系统，该RIS辅助DFRC系统包括一个N天线的均匀线性阵列组成的基站，K个单天线的用户以及一个有L个反射元件的可重构智能表面，在本系统中使用的通信帧的长度为M，即每一个通信帧包含M个符号；

具体包括以下步骤：

步骤1、初始化RIS辅助的DFRC系统的组成架构及输入条件，具体包括如下子步骤：

步骤1.A：初始化RIS辅助DFRC系统的组成架构；

其中，RIS辅助DFRC系统的组成架构即通信系统模型，包括发射信号矩阵、RIS辅助DFRC系统的输出、基站到用户间的基带等效信道、RIS到用户间的基带等效信道、RIS的相位变换矩阵以及用户处的噪声，通过公式(1)表示：