[发明专利]基于检测概率约束的雷达通信一体化波形优化方法

权利要求书

1.一种基于检测概率约束的雷达通信一体化波形优化方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1、假设发射端双功能雷达通信基站配备N根天线，服务用户数为K个，雷达检测角度为θ；

步骤2、根据下行链路中的信号干扰噪声比SINR，确定K个用户的总传输速率；

步骤3、通过对基站接收的回波信息进行二元假设，建立最大似然估计检测方程，分析得到雷达检测性能指标，包括检测概率和虚警概率；

步骤4、利用雷达检测概率和虚警概率为约束条件，建立对于雷达波形设计的优化方程，求解优化方程得到最优的雷达通信波形矩阵。

2.根据权利要求1所述的基于检测概率约束的雷达通信一体化波形优化方法，其特征在于，步骤1中，雷达检测角度θ的范围为[-2/π，2/π]，基站在服务K个用户的同时，通过接收从目标端反射回来的回波，对于角度范围内的目标进行检测。

3.根据权利要求1所述的基于检测概率约束的雷达通信一体化波形优化方法，其特征在于，步骤2所述根据下行链路中的信号干扰噪声比SINR，确定K个用户的总传输速率，具体如下：

基站发射雷达通信信号，用户接收到的信号Y表示为：

Y＝HX+W

其中，表示K行L列的信道矩阵，表示为N行L列的信号矩阵，基站的发射功率L是发射信号长度，被定义为K行L列的加性白高斯噪声AWGN矩阵；

通过用户接收到的信号，得到多用户干扰即MUI功率P_∈

其中，表示F范数，是下行链路用户有一个已知的星座符号矩阵，从而得到第i个用户的信号干扰噪声比γ_i：

其中，N₀表示加性的高斯白噪声，P_∈i代表第i个用户的MUI功率，s_j表示调制符号矩阵的第j列，x_j为所发射的信号矩阵的第j列，代表对时间指数的期望；

下行链路通信中K个用户的总传输速率R为：

4.根据权利要求3所述的基于检测概率约束的雷达通信一体化波形优化方法，其特征在于，步骤3所述通过对基站接收的回波信息进行二元假设，建立最大似然估计检测方程，分析得到雷达检测性能指标，具体如下：

发射信号的协方差矩阵E为

对于基站接收的回波做出二元假设：

其中，代表无效假设，即在雷达的探测范围内没有现有目标；代表备选假设，即在探测范围内确实有目标；

为雷达截面RCS因子，为发射信号矩阵中第i个用户的符号帧向量，z表示基站所接收到的回波向量，v表示为高斯白噪声向量，a_t(θ)和a_r(θ)分别表示信号发射和接收导向矢量，θ则为角度信息；

假设有相等的引导向量：

利用最大似然比估计检测的方法，得到雷达检测概率β和虚警概率α的分布方式：

其中，g表示雷达接收的阈值，λ表示非中心卡方分布的非中心参数，χ表示正态分布的随机变量，表示雷达截面RCS因子。

5.根据权利要求3所述的基于检测概率约束的雷达通信一体化波形优化方法，其特征在于，步骤4所述利用雷达检测概率和虚警概率为约束条件，建立对于雷达波形设计的优化方程，具体如下：

假设虚警概率为定值，通过已知的检测概率的分布方式，得到雷达波形的优化方程：

β≥Γ

优化方程中的目标函数是基站服务的K个下行用户的MUI功率，限制条件是功率以及检测概率的限制，其中0≤Γ≤1表示为雷达检测概率的大小限制，P_t表示为信号的发射功率。

6.根据权利要求5所述的基于检测概率约束的雷达通信一体化波形优化方法，其特征在于，步骤4中，求解优化方程得到最优的雷达通信波形矩阵，具体为：

通过MATLAB的CVX工具箱求解优化方程，得到能够同时满足雷达和用户通信需求的波形矩阵。