[发明专利]双功能MIMO雷达通信系统物理层安全性联合波束赋形方法

说明书

双功能MIMO雷达通信系统物理层安全性联合波束赋形方法，涉及雷达通信技术领域，针对现有技术中存在的两个设计缺陷，即只设计AN协方差矩阵和采用性能较差的松弛算法导致系统保密率低的问题，本方法首先在利用雷达传输波束方向图的代价函数，依次添加MIMO雷达性能约束、QoS(通信服务质量约束)、PLS(物理层安全性约束)，对系统每个天线约束以及系统总功率约束，构造优化问题，然后利用SDR松弛实现对优化问题的求解，并证明了松弛问题的优化解也是原问题的最优解。通过仿真分析可知在考虑到双功能雷达与通信系统的多用户通信安全性问题下，利用SDRPLS以及ZFPLS算法都能够较好的保证原系统的雷达性能的同时提高系统保密率。

技术领域

本发明涉及雷达通信技术领域，具体为双功能MIMO雷达通信系统物理层安全性联合波束赋形方法。

背景技术

DFRC(双功能雷达通信)技术在功耗、物理硬件和频谱利用等方面都具有优势，是一种很有前途的无线通信方案，能够支持自动驾驶、物联网等。DFRC系统从单一硬件平台传输双功能信号，用于同时探测目标和通信，通过实时合作可以用于联合传感和信号操作。一般来说，DFRC设计分为两类：信息嵌入和发送波赋形。前一种一般是将通信数据通过如相位、频率调制等方式嵌入到雷达波形中，但是这类方法有明显的低信息率缺陷，其信息率与雷达脉冲重复频率同阶。，与信息嵌入不同，发送波束赋形的主要思想则是利用相关的空间自由度，对多个通信用户和目标合成多个波束。

文献(MU-MIMO communications with MIMO radar:from co-existence tojoint transmission,IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.17,no.4,pp.2755-2770,Apr.2018)作者认为雷达目标是虚拟下行链路的视距信道，因此在保证下行通信用户SINR(信干噪比)的同时，设计波束赋形矩阵与所要求的雷达波束图紧密匹配。另外文献(Constrained waveform design for dual-functional MIMO radar-communicationsystem,Signal Process.,vol.171,no.107530,pp.1-11,Feb.2020)研究了相关波形电平探测信号的设计，在雷达波形中施加相似性约束和恒模约束，使得多用户干扰能量最小。然而，上述方案仅利用通信波形作为DFRC信号来实现目标探测，导致雷达信号设计自由度降低，从而导致雷达性能下降。为此文献(Joint transmit beamforming formultiuser MIMOcommunications and MIMO radar,IEEE Trans.Signal Process.,vol.68,pp.3929-3944,Jun.2020)提出一种通信信号和雷达波形联合设计方案，其中单一的通信波形可以被视为雷达预编码为零的特殊情况。特别是针对下行链用户较少时，这种联合预编码设计方案可以有效补偿雷达波形设计自由度损失，从而提高目标检测性能。