一种基于相位约束优化的雷达通信一体化波形设计方法与流程

本发明属于雷达与通信信号处理领域，特别是指一种基于相位约束优化的雷达通信一体化波形设计方法。

背景技术：

1、当今，无线设备和移动服务的飞速增长带来了电磁频谱资源紧缺和设备间严重干扰等问题。传统的雷达与通信系统资源的分配和管理相对独立，面临瓶颈，难以实现系统性能的最优化，同时还会浪费各种资源。随着科技的发展，雷达与无线通信的发展要求具备更高的性能和灵活性，传统单一应用已经无法满足需求。雷达通信一体化设计能够将探测与通信整合在一起，通过协同优化实现整体性能的提升，同时还能降低成本、减少资源消耗，提高系统的可操作性。

2、在雷达领域中，多功能一体化雷达系统正逐渐成为发展趋势，主要研究包括：

3、1)基于mimo雷达的多功能一体化波形设计：利用mimo雷达架构实现多功能一体化波形设计，可以同时实现通信、导航、干扰等多种功能；

4、2)基于压缩感知的多功能一体化雷达：通过压缩感知技术对雷达信号进行采样和重构，可以在满足不同应用场景要求的情况下，实现多种功能的集成；

5、3)基于智能算法的多功能一体化雷达设计：利用深度学习、强化学习等智能算法，对雷达信号进行处理和分析，实现多种功能的集成和优化；

6、4)基于天线阵列的多功能一体化雷达设计：通过天线阵列的设计和优化，实现多功能雷达的集成和优化。

7、但是，当前算法存在计算复杂度过高的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于相位约束优化的雷达通信一体化波形设计方法。本发明实现了雷达通信一体化波形设计的优化模型和算法，在保证通信性能的前提下将雷达探测能力最大化，设计的波形可用于各类资源和空间受限的平台。

2、本发明解决技术问题所采用的技术方案为：

3、一种基于相位约束优化的雷达通信一体化波形设计方法，包括以下步骤：

4、步骤1，用户参数输入：令表示m个发射天线发射波形(序列)的集合，lp范数的阶数p，通信波形长度nc，波形长度n，权值向量波形的初始化值

5、步骤2，根据下式计算第m个波形与其他m个波形的加权相关函数

6、

7、其中，(·)(t)表示第t次迭代，⊙表示hadamard乘积，(·)*表示共轭，为元素为0的向量，表示元素全为0的向量，上标t表示转置，上标h表示共轭转置，表示离散傅里叶变换矩阵，且有：

8、

9、对于周期波形设计，对于非周期波形设计，并计算中间变量

10、步骤3，根据下式计算中间变量

11、

12、其中，

13、均为中间变量；

14、步骤4，计算中间变量

15、

16、

17、上式中均为中间变量；

18、此外，引入中间变量z(t)(m)，并令

19、

20、

21、其中，1表示元素全为1的列向量；

22、步骤5，根据如下公式计算中间变量

23、

24、

25、

26、并令为中间变量；

27、步骤6，更新

28、步骤7，计算中间变量

29、

30、其中，为中间变量，σm为用户指定的相似性约束，通常取0≤σm≤0.5；

31、步骤8，根据下式更新波形的估计值

32、

33、步骤9，更新拉格朗日乘子

34、

35、循环迭代步骤2至步骤9，直至

36、步骤10：输出最终设计出的m个波形x(m)＝x(t+1)(m),m＝1,...,m。

37、本发明的有益效果在于：

38、1、本发明利用mimo雷达系统多个发射天线提供的自由度，实现了雷达与通信一体化波形自适应灵活设计的新方法，能够提升系统资源的综合利用效率和任务协同能力。

39、2、本发明以mimo雷达波形自相关峰值旁瓣和互相关峰值电平最小化为优化目标，以雷达波形与通信波形的相关性为约束，建立了基于mimo雷达体制的一体化波形设计模型。

40、3、本发明根据上界最小化(majorization-minimization,mm)和交替方向乘子法(alternating direction method ofmultipliers,admm)框架推导了高效的求解算法(majorization-admm)。仿真实例表明，本发明方法可以在保证通信性能的前提下，提高雷达的抗干扰性能。

技术特征：

1.一种基于相位约束优化的雷达通信一体化波形设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于相位约束优化的雷达通信一体化波形设计方法，属于雷达与通信信号处理领域。本发明利用MIMO雷达系统多个发射天线提供的自由度，以MIMO雷达波形自相关峰值旁瓣和互相关峰值电平最小化为优化目标，以雷达波形与通信波形的相关性为约束，建立了基于MIMO雷达体制的一体化波形设计模型，根据上界最小化和交替方向乘子法框架推导了高效的求解算法。本发明能够提升系统资源的综合利用效率和任务协同能力，可以在保证通信性能的前提下，提高雷达的抗干扰性能。

技术研发人员：范文,李淳泽,张航,耿虎军
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29