一种雷达通信系统与接收器联合滤波器设计方法及系统

本发明涉及雷达和通信交叉领域，尤其涉及一种雷达通信系统与接收器联合滤波器设计方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、雷达通信一体化系统是指雷达与通信二者结合，旨在频谱拥堵的环境下提升平台雷达和通信设备的性能，因此在实际场景中，雷达通信一体化设备不得不和其他电子设备一起工作。例如雷达通信一体化设备与通信设备的工作在同一时空环境下，此时通信设备发射的信号可能会对一体化系统造成干扰，导致一体化系统性能下降。

3、针对这一问题，许多学者提出采用一种连续干扰消除(successive interferencecancellation,sic)技术对一体化系统接收到的通信干扰信号进行消除。该技术假设一体化系统预先知道通信系统所发射的信号，当接收到通信干扰信号时，将通信干扰信号减去，实现干扰消除。由于实际通信信道往往是频率选择性衰落信道，一体化系统接收到的通信干扰信号与通信系统发射的信号将会存在巨大的差异，若要实现通信干扰信号消除，一体化系统需要极为精确地估计信道状态信息(chanel state information,csi)，以实现对干扰信号的精确估计和消除，因此上述方法在实际中实现难度很大。

4、为了避免精确地估计信道状态信息，如何设计出一种雷达通信一体化互补波形组与接收器联合滤波器，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种雷达通信系统与接收器联合滤波器设计方法及系统，通过构建工作场景和jrc-cwg-rf模型，jrc-cwg-rf模型的滤波器输出具有较低的旁瓣水平，滤波器的参数值根据约束进行调整，让一种雷达通信系统发射波形的papr可以得到有效的限制。

2、实现本发明目的的技术方案如下：

3、一方面，本发明提供了一种雷达通信系统与接收器联合滤波器设计方法，包括：

4、构建雷达通信一体化系统的工作场景和jrc-cwg-rf模型的滤波器；

5、所述工作场景下目标与一体化系统相对运动时，根据所述雷达通信一体化系统的雷达接收端滤波器输出的旁瓣性能设计优化准则；

6、根据所述优化准则构建优化问题；

7、采用ao-kkt-mm算法对所述优化问题进行求解，调节jrc-cwg-rf模型的约束参数，获得适配jrc-cwg-rf模型的滤波器。

8、基于一方面，在本发明的一个实施例中，所述构建雷达通信一体化系统的工作场景和jrc-cwg-rf模型的滤波器，包括：

9、所述通信一体化系统的接收机接收所述jrc-cwg-rf模型发出的信号；

10、所述通信一体化系统的发射机发射jrc-cwg信号对场景内的弱目标和强目标进行探测，同时传递通信信息；

11、所述jrc-cwg-rf模型的滤波器输出具有较低的旁瓣水平，以防所述工作场景中弱目标的回波信号被强目标回波信号的旁瓣淹没；

12、对发射的所述jrc-cwg信号与其接收滤波器进行联合设计，实现目标探测、通信信息传递的同时抑制干扰信号。

13、基于一方面，在本发明的一个实施例中，所述通信一体化系统的接收机接收所述jrc-cwg-rf模型发出的信号中，所述通信一体化系统的接收机接收到的信号表示为：

14、

15、公式(1)中，sm＝[sm(1),sm(2),...,sm(n)]t，表示每组所述jrc-cwg信号的第m个发射波形，一组jrc-cwg中包含m个发射波形，前mr个波形为优化波形(ow)，后mc个波形为雷达通信波形(rcw)，且有m＝mr+mc；(·)t表示转置，n为采样数，fd表示目标与一体化平台相对运动产生的多普勒频移，δ0表示复散射系数，包含路径损失和目标的rcs，nm表示一体化系统雷达接收端接收到的高斯白噪声构成的矢量，其均值为0，方差为σ2，表示第m个发射pri内总的干扰信号，且不同发射pri内的干扰信号不相关；

16、所述通信一体化系统的接收机接收所述jrc-cwg-rf模型发出的信号中，接收机对第m个发射pri内的信号回波采用所述滤波器进行处理，将m个发射pri内的所述滤波器输出信息进行求和，得到公式(2)：

17、

18、公式(2)中，表示归一化多普勒，

19、

20、表示由sm波形构成的卷积矩阵，定义与sm相似，表示所述滤波器输出的高斯白噪声矢量；

21、对发射的所述jrc-cwg信号与其接收滤波器进行联合设计中，发射的所述jrc-cwg信号与所述滤波器的互补互相关函数表示为：

22、

23、公式(3)中，sm表示由sm波形构成的卷积矩阵，表示归一化多普勒，hm表示所述第m个发射pri所采用的滤波器。

24、基于一方面，在本发明的一个实施例中，所述工作场景下目标与一体化系统相对运动时，根据所述雷达通信一体化系统的雷达接收端滤波器输出的旁瓣性能设计优化准则，包括：

25、采用模板匹配方法优化目标与一体化系统存在相对运动速度时一体化系统雷达接收端滤波器输出的旁瓣性能。

26、基于一方面，在本发明的一个实施例中，所述采用模板匹配方法优化目标与一体化系统存在相对运动速度时一体化系统雷达接收端滤波器输出的旁瓣性能，包括：

27、所述雷达通信一体化系统的接收机输入干扰加噪声功率表示为：

28、

29、公式(4)中，(·)h表示共轭转置，表示第m个发射pri内总的干扰信号，nm表示一体化系统雷达接收端接收到的高斯白噪声构成的矢量；

30、所述雷达通信一体化系统的接收机输出旁瓣性能中的干扰加噪声功率表示为：

31、

32、公式(5)中，表示所述滤波器输出的高斯白噪声矢量，

33、波形sm的峰值平均功率比papr表示为：

34、

35、公式(6)中，sm表示每组所述jrc-cwg信号的第m个发射波形，(·)h表示共轭转置，n为采样数；

36、波形sm的峰值平均功率比papr约束表示为：

37、γpapr(sm)≤ρ,m＝1,…,mr    公式(7)

38、公式(7)中，ρ表示所述通信一体化系统可接受的波形papr最大值。

39、基于一方面，在本发明的一个实施例中，所述根据所述优化准则构建优化问题，包括：根据下述公式(8)优化准则构建优化问题，

40、

41、s.t. c1:γif≥ε0

42、c2:

43、c3:γpapr(sm)≤ρ,m＝1,…,mr

44、c4:

45、公式(8)中，c1表示约束改善因子，ε0表示γif的最小值，c2表示约束各发射波形功率，c3表示约束papr，ρ表示一体化系统发射机可接受的波形papr最大值，c4约束接收滤波器输出主瓣峰值；sm表示每组所述jrc-cwg信号的第m个发射波形，hm表示所述第m个发射pri所采用的滤波器。

46、基于一方面，在本发明的一个实施例中，结合罚函数法原理改写将所述优化问题，公式(8)改写为公式(9)：

47、

48、s.t. c1:

49、c2:

50、c3:γpapr(sm)≤ρ,m＝1,…,mr

51、公式(9)中，η>0表示罚因子，c1表示约束改善因子，c2表示约束各发射波形功率，c3表示约束papr。

52、基于一方面，在本发明的一个实施例中，所述采用ao-kkt-mm算法对所述优化问题进行求解，包括：

53、设置算法终止门限κ0，将所述优化问题拆分成子问题一和子问题二，其中：所述子问题一表示为：

54、p1:

55、

56、公式(10)中，hm表示所述第m个发射pri所采用的滤波器，(·)h表示共轭转置，sm表示每组所述jrc-cwg信号的第m个发射波形；

57、所述子问题二表示为：

58、p2:

59、

60、γpapr(sm)≤ρ,m＝1,...,mr     公式(11)

61、公式(11)中，hm表示所述第m个发射pri所采用的滤波器，(·)h表示共轭转置，sm表示每组所述jrc-cwg信号的第m个发射波形。

62、基于一方面，在本发明的一个实施例中，所述采用ao-kkt-mm算法对所述优化问题进行求解，包括：

63、设置算法终止门限κ0，将所述优化问题拆分成子问题一和子问题二，其中：所述子问题一表示为：

64、p1:

65、

66、上式中，hm表示所述第m个发射pri所采用的滤波器，(·)h表示共轭转置，sm表示每组所述jrc-cwg信号的第m个发射波形；

67、所述子问题二表示为：

68、p2:

69、

70、γpapr(sm)≤ρ,m＝1,...,mr

71、上式中，hm表示所述第m个发射pri所采用的滤波器，(·)h表示共轭转置，sm表示每组所述jrc-cwg信号的第m个发射波形；

72、基于kkt算法求解所述子问题一得到最优解一，基于mm算法求解所述子问题二得到最优解二，

73、其中，所述最优解一为：

74、

75、公式(10)中，αimn是保证矩阵可逆的对角加载项；

76、

77、其中，所述子问题二等价为：

78、

79、

80、γpapr(sm)≤ρ,m＝1,...,mr

81、所述最优解二采用mm算法计算

82、当时算法终止，输出否则令p＝p+1；

83、根据输出调节jrc-cwg-rf模型的约束参数，获得适配jrc-cwg-rf模型的滤波器。

84、另一方面，本发明提供了一种雷达通信系统与接收器联合滤波器设计系统，包括：构建单元、优化单元和处理单元；

85、所述构建单元构建雷达通信一体化系统的工作场景和jrc-cwg-rf模型的滤波器；所述构建单元还根据所述优化单元的优化准则构建优化问题；

86、所述优化单元在所述工作场景下目标与一体化系统相对运动时，根据所述雷达通信一体化系统的雷达接收端滤波器输出的旁瓣性能设计优化准则；

87、所述处理单元采用ao-kkt-mm算法对所述优化问题进行求解，调节jrc-cwg-rf模型的约束参数，获得适配jrc-cwg-rf模型的滤波器。

88、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

89、本发明通过构建工作场景和jrc-cwg-rf模型，jrc-cwg-rf模型的滤波器输出具有较低的旁瓣水平，滤波器的参数值根据约束进行调整，让一种雷达通信系统发射波形的papr可以得到有效的限制，本发明还在实现通信功能的同时进行雷达探测，通过对雷达通信系统和接收滤波器联合优化提升一体化系统的性能。