[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

说明书

本发明公开了一种基于检测概率约束的雷达通信一体化波形优化方法，步骤为：设定发射端双功能雷达通信基站配备的天线数量、服务用户数量、雷达检测角度；根据下行链路中的信号干扰噪声比，确定用户的总传输速率；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，利用二者为约束条件，建立对于雷达波形设计的优化方程，得到最优的雷达通信波形矩阵。本发明假设信道状态信息和检测目标的位置是已知的，通过选择合适的波形来提高用户的传输速率，并采用半定松弛技术来求解非凸二次规划二次型雷达通信波形矩阵，在保证雷达检测概率较高的条件下，提高了下行链路中用户的传输速率。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是一种基于检测概率约束的雷达通信一体化波形优化方法。

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。

通常有两种方法来实现雷达和通信频谱共享(RCSS)：第一种是雷达和通信共存(Radar-Communication Coexistence，RCC)，通过设计有效的干扰消除和管理技术，使两者不应相互干扰；第二种是双功能雷达通信(Dual-functional Radar-Communication，DFRC)系统，其特点是雷达和通信系统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，其能够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。对于DFRC系统来说雷达通信一体化波形设计具有极其重要的意义，然而现有的信号矩阵设计存在以下问题：在大信噪比的情况下，雷达性能饱和将造成不必要的资源浪费；下行链路的信号干扰噪声比较大，导致下行链路的通信性能较低；用户间干扰较大，下行链路的速率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于检测概率约束的雷达通信一体化波形优化方法，利用双功能雷达的特点，同时结合检测概率和功率约束，通过建立二次规划二次型问题，利用CVX工具包得到最优的发射信号，从而在雷达检测概率较高的条件下提高下行链路中用户的传输速率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于检测概率约束的雷达通信一体化波形优化方法，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。

进一步地，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。

进一步地，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_∈