[发明专利]基于物理层安全的雷达通信一体化波束成形方法

说明书

本发明公开了一种基于物理层安全的雷达通信一体化波束成形方法，该方法为：利用双功能雷达通信基站在T1时刻发射带有人工噪声的信号，检测给定目标范围是否存在窃听者；根据基站所接收的雷达回波进行分析，得到雷达的性能指标即检测概率β和虚警概率α，根据在T1时刻的雷达性能指标，设计T2时刻所发射信号的波束成型向量：建立物理层安全的优化问题模型；通过忽略秩‑1，并利用matlab的cvx工具箱，根据半正定松弛SDR技术进行求解，再利用高斯随机化近似，得到最优的雷达通信一体化波束成形矩阵。本发明在秘密通信的速率方面得到较大的提升，能够有效的抑制Eve的窃听速率，增强下行链路用户的传输速率。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是一种基于物理层安全的雷达通信一体化波束成形方法。

背景技术

随着连接设备数量的增加和频谱分配的低效，必须找到一个合适的额外频谱资源来满足用户的基本需求，其中雷达频段被广泛认为是最佳候选之一。

目前有两种方法来实现雷达和通信频谱共享(RCSS)：第一种是雷达-通信共存(RCC)，通过设计有效的干扰消除和管理技术，使雷达-通信两者相互不干扰。另一种是双功能雷达-通信系统(DFRC)，其特点是雷达和通信除了共享同一个频谱外，还共享同一个硬件平台，通过设计一个综合信号处理方案，同时实现通信和雷达感知功能。

DFRC技术的意义和应用远远超出了频谱利用率的提高，能够进一步应用于各种新的民用和军用场景，包括车联网、室内定位隐蔽通信。目前对于雷达通信一体化物理层安全的问题，主要是对于人工噪声的优化和对于传输信号波束成型向量和雷达波形矩阵的设计，但是现有的波束成型设计，存在秘密通信速率较低的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于物理层安全的雷达通信一体化波束成形方法，能够有效的抑制Eve的窃听速率，增强下行链路用户的传输速率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于物理层安全的雷达通信一体化波束成形方法，利用双功能雷达通信基站在T1时刻发射长度为m带有人工噪声的信号，对给定目标范围进行雷达检测，检测是否存在窃听者Eve；根据基站所接收的雷达回波进行分析，得到雷达的性能指标即检测概率β和虚警概率α，根据在T1时刻的雷达性能指标，设计T2时刻所发射信号的波束成型向量。

进一步地，具体步骤如下：

步骤1、利用雷达通信一体化的特性来得到回波的二元假设；

步骤2、利用二元假设得出雷达的技术指标，即检测概率β和虚警概率α；

步骤3、根据所得到的雷达的技术指标，得到所使用的物理层安全的技术指标；

步骤4、根据技术指标，建立物理层安全的优化问题模型；

步骤5、通过忽略秩-1，并利用matlab的cvx工具箱，根据半正定松弛SDR技术进行求解，再利用高斯随机化近似，得到最优的雷达通信一体化波束成形矩阵。

进一步地，所述步骤1，具体为：

雷达通信基站会先发射一组带有人工噪声的波形矩阵，用于防止在未知是否存在窃听者的情况之下被窃听者窃听，利用回波的特性做出雷达的二元假设。

进一步地，所述步骤3，具体为：

所使用的物理层安全的技术指标为：

SR＝mSR₁+1/2(M-m)((α+β)SR₁+(1-α)SR₂)

其中SR代表着总的安全速率，SR₁代表在T1时刻的安全速率，SR₂代表在T2时刻的安全速率，M代表总的发射符号长度，m代表T1时刻发射符号长度。