一种雷达通信一体化保密系统的资源分配方法

本发明涉及雷达通信一体化技术，特别涉及雷达通信一体化保密系统的资源分配技术。

背景技术：

1、雷达通信一体化将通信和雷达功能集成在相同的硬件和软件中，且两种功能通过同一波形同时实现。雷达通信一体化系统旨在向接收器发送信息，同时从回波信号中探测与目标的距离等参数。雷达通信一体化技术极大地减轻舰船、飞机等作战单位的载荷重量，也可以减小电磁散射面积，增大敌方侦测难度；雷达通信系统的融合，也能降低经济成本，减小功耗。因此，在军用领域，雷达通信一体化有非常好的应用前景。

2、基于正交频分复用ofdm(orthogonal frequency division multiplexing)的雷达通信一体化系统采用ofdm波形来同时进行目标的探测以及发送通信数据给合法用户，由于ofdm系统各个子载波在雷达探测与通信中的信道条件不同，需要合理的对子载波进行分配，否则可能导致无法实现目标探测和保密通信功能，也会增加功率消耗。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，提供一种在保证雷达最小互信息量和通信保密速率的前提下，实现雷达通信一体化功能的方法。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种用于基于ofdm的雷达通信一体化系统的资源分配方法，包括步骤：

3、步骤1：设置雷达通信一体化dfrc设备的子载波总数ns，第k个子载波上信号的最大功率pmax,k；输入探测信道频率响应向量hrad、通信信道频率响应向量hcom和窃听目标信道频率响应向量heve；输入探测信道、通信信道和窃听目标信道的高斯随机噪声方差和

4、步骤2：计算第k个子载波上探测信道的信噪比βr,k，第k个子载波上的通信信道的信噪比αb,k，第k个子载波上的窃听信道的信噪比αe,k，其中，hrad[k]、hcom[k]、heve[k]分为hrad、hcom、heve中第k个元素；

5、步骤3：初始化子载波分配向量u：当第k个子载波上的通信信道的信噪比大于窃听信道的信噪比时，设置子载波分配向量u中第k个元素uk为1，表示第k个子载波被分配给通信功能使用，否则设置uk为-1，表示第k个子载波被分配给雷达功能使用；设置第一拉格朗日乘子γ和第二拉格朗日乘子ζ；

6、步骤4：根据当前的子载波分配向量，计算雷达子载波功率分配向量与通信子载波的功率分配向量：

7、

8、

9、其中，为雷达子载波功率分配向量的第k个元素，为通信子载波的功率分配向量的第k个元素；θr,k为第k个子载波的雷达分配变量，当θr,k＝1时表示第k个子载波被用作雷达用途，当θr,k＝0时表示第k个子载波不被用作雷达用途；θc,k为第k个子载波的通信分配变量，当θc,k＝1时表示第k个子载波被用作保密通信用途，当θc,k＝0时表示第k个子载波不被用作保密通信用途；

10、再对雷达子载波功率分配向量与通信子载波功率分配向量进行投影，得到雷达子载波功率分配向量与通信子载波的功率分配向量的最优解：

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13、其中，为雷达子载波功率分配向量最优解的第k个元素，为通信子载波的功率分配向量最优解的第k个元素，为雷达子载波功率分配向量的第k个元素，为通信子载波的功率分配向量的第k个元素，为在区间[0,pmax,k]上的投影；

14、步骤5：判断步骤4得到的雷达子载波功率分配向量的最优解x＊与通信子载波的功率分配向量的最优解y＊是否满足要求，如是，进入步骤6，否则，通过更新γ和ζ后，返回步骤4；

15、步骤6：将分配给通信功能使用的子载波的序号k放入索引集合，并按照通信子载波的功率分配向量最优解中的各子载波被分配的功率大小进行降序排列，初始化迭代次数l＝1，设置ul＝u,(x＊)l＝x＊,(y＊)l＝y＊,pmin＝pl＝∑((x＊)l+(y＊)l)，ul、pl、(x＊)l和(y＊)l分别表示第l次迭代的子载波分配向量、总分配功率、雷达子载波的功率分配向量的最优解与通信子载波的功率分配向量的最优解，pmin为最小分配功率；

16、步骤7：设kl为索引集合中的第l个元素的序号，先利用第l次迭代的ul对ul+1赋值，再更新ul+1中第kl个元素为-1；

17、步骤8：将ul+1作为根据当前的子载波分配向量带入步骤4得到(x＊)l+1,(y＊)l+1，判断是否满足如是，则通过设置ul+1中第kl个元素为1来更新ul+1，进入步骤9；如否，令pmin＝pl+1，进入步骤9；

18、步骤9：判断第kl个元素是否为索引集合的最后一个元素，如否，更新l＝l+1，返回步骤7；如是，当pl+1≥pmin时，输出第l+1次迭代的子载波分配向量ul+1，第l次迭代的雷达子载波的功率分配向量和通信子载波的功率分配向量(x＊)l,(y＊)l作为最终的资源分配方案；当pmin＝pl+1时，输出第l+1次迭代的子载波分配向量ul+1，第l+1次迭代的雷达子载波的功率分配向量和通信子载波的功率分配向量(x＊)l+1,(y＊)l+1作为最终的资源分配方案。

19、系统中有雷达通信一体化dfrc设备、合法接收者以及窃听目标。dfrc设备向接收器发送信息，同时从回波信号中探测与目标的距离等参数，并防止信息泄露至目标。采用物理层安全技术，dfrc设备的最优发射波束，在保证目标估计速率的前提下，最大化系统安全速率。

20、本发明的有益效果是，在保证雷达最小互信息量和通信保密速率的前提下，以最小化系统总功率为目的，采用资源联合分配技术，实现雷达通信一体化功能。

技术特征：

1.一种雷达通信一体化保密系统的资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤2：计算第k个子载波上探测信道的信噪比βr,k，第k个子载波上的通信信道的信噪比αb,k，第k个子载波上的窃听信道的信噪比αe,k，其中，hrad[k]、hcom[k]、heve[k]分为hrad、hcom、heve中第k个元素；hrad为输入的探测信道频率响应向量，hcom为通信信道频率响应向量，heve为窃听目标信道频率响应向量；和分别为输入的探测信道、通信信道和窃听目标信道的高斯随机噪声方差。

3.如权利要求2所述方法，其特征在于，步骤4中根据当前的子载波分配向量，计算雷达子载波分配向量与通信子载波的功率分配向量的具体方法为：

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤5中雷达子载波分配向量的最优解x★与通信子载波的功率分配向量的最优解y★满足要求具体为满足通信雷达一体化系统的互信息以及高斯白噪声信道下的系统的保密容量的要求。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤5中通过二分搜索的方法更新γ和ζ。

技术总结
本发明提供一种用于基于OFDM的雷达通信一体化系统的资源分配方法，根据计算子载波上探测信道、通信信道和窃听信道的信噪比初始化子载波分配向量；根据当前的子载波分配向量，计算雷达子载波分配向量与通信子载波的功率分配向量最优解；再对子载波分配向量、雷达子载波分配向量与通信子载波的功率分配向量最优解进行迭代优化输出最终的资源分配方案。雷达通信一体化设备向接收器发送信息，同时从回波信号中探测与目标的距离等参数，并防止信息泄露至目标。采用物理层安全技术，DFRC设备的最优发射波束，在保证目标估计速率的前提下，最大化系统安全速率。

技术研发人员：利强,曾进,邵怀宗,潘晔,林静然,孙国敏
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15