MIMO雷达通感一体化波形设计方法和装置

本发明涉及雷达通信一体化波形设计，尤其涉及一种mimo雷达通感一体化波形设计方法和装置。

背景技术：

1、由于多输入多输出(multiple-input multiple-output,mimo)雷达工作过程中各发射天线可以独立地发射探测信号，因此mimo雷达可以获取到更高的分集增益。与传统体制的雷达相比，mimo雷达除了在发射波束赋型，目标检测跟踪方面有着一定的优势外。多天线独立发射信号也为通信信息嵌入雷达波形提供了更多潜在的可能，从而给基于mimo雷达的通信感知一体化波形设计带来更多自由度。所以基于mimo雷达的通感一体化波形设计是目前mimo雷达领域一个极其重要的研究方向。

2、设计通感一体化波形的目的是设计一种波形可以同时完成数据传输和目标感知，从而达到降低硬件成本，节约空间以及提高频谱利用率的效果。一体化波形设计的核心是通信信息嵌入到雷达波形中的策略。目前基于mimo雷达波形的通信信息嵌入通常需要利用mimo雷达发射方向图在通信接收端所在方向上的特性，幅移键控，相移键控，正交振幅调制等常规的数字调制方式都可以通过控制发射方向图在指定方位的幅度和相位来实现。在一些杂波影响较大的场景还可以考虑利用多组正交码方向图的差异来实现信息的嵌入。

3、上述这类基于方向图特性的通感一体化波形具有实现原理简单，可扩展性强等优点，但是使用这些方法同时实现通感功能的前提是通信接收端和一体化波形发射机的角度关系已知。此外，这些方法只能应用于集中式mimo，对于各个收发通道相互独立，无法实现发射波束赋型的分布式mimo雷达来说，这种通感一体化波形并不能完全适用。

4、综上，现有技术存在通感一体化波形适用场景限制大的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种mimo雷达通感一体化波形设计方法和装置，用以解决现有技术中通感一体化波形适用场景限制大的缺陷，实现降低一体化波形的适用条件，使其可以应用于更多应用场景。

2、本发明提供一种mimo雷达通感一体化波形设计方法，包括：

3、根据待传递通信信号和预先选择的目标mimo雷达初始化相位编码序列，以得到初始相位编码集；其中，所述初始相位编码集由目标数量个初始相位编码序列构成；所述目标数量为所述目标mimo雷达中单元雷达的数量；

4、根据预先构建的代价函数建立目标优化问题，根据所述初始相位编码集对所述代价函数进行计算，以得到所述目标优化问题的初值，利用所述初值对所述目标优化问题进行求解，以得到目标相位编码信号集；所述代价函数是根据目标应用场景构建得到的；

5、根据所述目标相位编码信号集得到目标一体化波形。

6、根据本发明提供的一种mimo雷达通感一体化波形设计方法，根据待传递通信信号和预先选择的目标mimo雷达初始化相位编码序列，以得到初始相位编码集，具体包括：

7、将所述待传递通信信号进行串并转换，得到目标数量个通信信号；

8、将每个所述通信信号按照预先构建的映射规则确定所述目标mimo雷达中对应单元雷达不同脉冲上所调制的相位编码序列，以得到初始相位编码序列；

9、所有所述初始相位编码序列构成初始相位编码集。

10、根据本发明提供的一种mimo雷达通感一体化波形设计方法，所述初始相位编码集包括一个n×mk维矩阵；

11、

12、其中，

13、

14、

15、其中，n表示待传递通信信号的码长，m表示目标mimo雷达中单元雷达的数量；k表示单元雷达包括的发射波形的种类；m表示单元雷达的编号；表示第m部雷达的初始相位编码序列；k表示发射序列编号；表示第m部单元雷达发射的第k个序列。

16、根据本发明提供的一种mimo雷达通感一体化波形设计方法，根据目标应用场景构建代价函数，具体包括：

17、以所有发射信号的各发射波形间的互相关函数在时延为0处的结果优化为目标，构建通信代价函数；

18、以发射信号的归一化自相关函数和互相关函数的的性质优化为目标，构建感知代价函数；

19、所述通信代价函数和所述感知代价函数加权得到所述代价函数；

20、其中，所述发射信号是根据所述初始相位编码序列调制得到的。

21、根据本发明提供的一种mimo雷达通感一体化波形设计方法，所述代价函数包括：

22、

23、

24、

25、

26、其中，ewhole表示代价函数；λcom表示通信加权因子；ecom表示通信代价函数；λra表示感知加权因子；ai(p)表示发射信号的归一化自相关函数；m表示单元雷达的数量；k表示每个单元雷达包括的脉冲的种类；ci,j(p)表示第i和第j个发射信号的归一化互相关函数；rec(j-1)k+j,(i-1)k+k(0)表示归一化互相关函数在0时延位置取值的实部；n表示发射信号的码长；表示目标相位编码信号集中第i列的第n个元素。

27、根据本发明提供的一种mimo雷达通感一体化波形设计方法，根据预先构建的代价函数建立目标优化问题，具体包括：

28、将所述代价函数转化成约束非线性规划问题，以得到目标优化问题；

29、所述目标优化问题包括：

30、

31、其中，t表示是辅助变量也是代价函数的上界，e表示代价函数。

32、根据本发明提供的一种mimo雷达通感一体化波形设计方法，根据所述目标相位编码信号集得到目标一体化波形，具体包括：

33、根据离散相位编码规则对所述目标相位编码信号集进行约束，以得到目标一体化波形；

34、所述离散相位编码规则包括：

35、

36、其中，表示第m部单元雷达第n个发射序列上第k个码相位的取值；l为整数。

37、本发明还提供一种mimo雷达通感一体化波形设计装置，包括：

38、初始化单元，用于根据待传递通信信号和预先选择的目标mimo雷达初始化相位编码序列，以得到初始相位编码集；其中，所述初始相位编码集由目标数量个初始相位编码序列构成；所述目标数量为所述目标mimo雷达中单元雷达的数量；

39、优化单元，用于根据预先构建的代价函数建立目标优化问题，根据所述初始相位编码集对所述代价函数进行计算，以得到所述目标优化问题的初值，利用所述初值对所述目标优化问题进行求解，以得到目标相位编码信号集；所述代价函数是根据目标应用场景构建得到的；

40、结果单元，用于根据所述目标相位编码信号集得到目标一体化波形。

41、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述mimo雷达通感一体化波形设计方法。

42、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述mimo雷达通感一体化波形设计方法。

43、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述mimo雷达通感一体化波形设计方法。

44、本发明提供的一种mimo雷达通感一体化波形设计方法和装置，通过根据待传递通信信号和预先选择的目标mimo雷达初始化相位编码序列，以得到初始相位编码集；其中，所述初始相位编码集由目标数量个初始相位编码序列构成；所述目标数量为所述目标mimo雷达中单元雷达的数量；根据预先构建的代价函数建立目标优化问题，根据所述初始相位编码集对所述代价函数进行计算，以得到所述目标优化问题的初值，利用所述初值对所述目标优化问题进行求解，以得到目标相位编码信号集；所述代价函数是根据目标应用场景构建得到的；根据所述目标相位编码信号集得到目标一体化波形。本发明通过改变通信信息嵌入的方式降低一体化波形的适用条件，通过构建目标优化问题并求解的方式得到目标一体化波形，用一种波形同时实现了通信和感知的功能，从而在使用时不需要对雷达发射的方向图进行控制。