CN109672488B - 基于射频隐身的雷达-通信一体化系统最优功率控制方法 - Google Patents

基于射频隐身的雷达-通信一体化系统最优功率控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于射频隐身的雷达‑通信一体化系统最优功率控制方法，所述雷达‑通信一体化系统包括MT部发射机、一部雷达接收机和一部通信接收机；所述方法包括以下步骤：S1：表征目标检测性能；S2：表征通信性能；S3：根据给定的通信速率门限rcom、虚警概率门限δFA和目标检测概率门限δD，建立雷达‑通信一体化系统最优功率控制模型，得到最优雷达信号发射功率；S4：构建拉格朗日乘子式，得到最优通信信号发射功率；S5：将步骤S3得到的最优雷达信号发射功率与步骤S4得到的最优通信信号发射功率相加，得到雷达‑通信一体化系统的最小总发射功率。本发明提升了系统的射频隐身性能。

Description

基于射频隐身的雷达-通信一体化系统最优功率控制方法
技术领域
本发明涉及雷达信号处理领域，特别是涉及基于射频隐身的雷达-通信一体化系统最优功率控制方法。
背景技术
在现代高技术战争条件下，任何单一电子装备或多种电子装备的简单叠加都难以对付敌方综合性高科技电子兵器，难以确保实施有效和可靠的通信、探测和压制。为适应现代战争环境的要求，需要将现代作战平台上众多电子装备进行综合一体化设计。电子装备一体化不仅有助于把不同类型、不同用途的电子设备进行有机结合，便于实时协调和控制作战平台上电子设备的工作，合理地分配系统资源，而且也有助于实现装备的通用性、小型化和多功能化。而雷达和通信作为作战平台的两个重要组成部分，实现二者的一体化设计具有重要意义。
雷达-通信一体化系统可以实现两者能力的相互增强：一方面，可以最大限度地利用电子设备，并使用雷达的优良性能为通信系统服务；另一方面，可实现雷达和通信系统的自动化和网络化，从而进一步实现指挥、控制、通信、情报及监视与侦察系统的有机整合。雷达-通信一体化系统也具有物理机理上的可实现性，雷达和通信系统的构成原理相同，在硬件系统资源上有很大部分的重叠性，同时雷达信号和通信信号变得越来越趋于相同，两者的频率范围互有重叠，信号特征也不再明显不同。
因此，雷达-通信一体化系统将原本互相独立的雷达和通信系统整合成一个综合的一体化作战平台，不仅可以满足新时代新场景下的作战需求，而且可以基于现有技术条件完成实现，具有重要应用价值。
然而，针对由多部发射机、一部雷达接收机和一部通信接收机组成的雷达-通信一体化系统，现有技术中尚未有基于射频隐身的雷达-通信一体化系统最优功率控制方法。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于射频隐身的雷达-通信一体化系统最优功率控制方法。
技术方案：本发明所述的基于射频隐身的雷达-通信一体化系统最优功率控制方法，所述雷达-通信一体化系统包括MT部发射机、一部雷达接收机和一部通信接收机；所述方法包括以下步骤：
S1：表征目标检测性能；
S2：表征通信性能；
S3：根据给定的通信速率门限rcom、虚警概率门限δFA和目标检测概率门限δD，建立雷达-通信一体化系统最优功率控制模型，得到最优雷达信号发射功率；
S4：构建拉格朗日乘子式，得到最优通信信号发射功率；
S5：将步骤S3得到的最优雷达信号发射功率与步骤S4得到的最优通信信号发射功率相加，得到雷达-通信一体化系统的最小总发射功率。
进一步，所述步骤S1具体为：采用式(1)所示的雷达目标检测概率上限解析表达式来表征目标检测性能：
Figure GDA0002987807740000021
式(1)中，pD表示系统的目标检测概率；δ表示目标检测判决门限，虚警概率由pFA＝exp(-δ)求出；σ2表示雷达接收机和通信接收机的背景噪声功率，且背景噪声服从零均值高斯白噪声；MT表示系统中发射机的数目；γsur,i表示第i条路径的信噪比，所述第i条路径为第i部发射机到目标、目标再到雷达接收机的路径；Prad,i表示第i部发射机的雷达信号发射功率；K表示雷达信号长度。
进一步，所述步骤S2具体为：采用式(2)所示的通信速率解析表达式来表征通信性能：
Figure GDA0002987807740000022
式(2)中，Rcom表示系统的通信速率；Pcom,i表示第i部发射机的通信信号发射功率；γcom,i表示第i部发射机到通信接收机的路径的信噪比。
进一步，所述步骤S3具体为：根据给定的通信速率门限rcom、虚警概率门限δFA和目标检测概率门限δD，建立雷达-通信一体化系统最优功率控制模型：
Figure GDA0002987807740000031
式(3)中，δ表示目标检测判决门限，由虚警概率pFA＝exp(-δ)求出；σ2表示雷达接收机和通信接收机的背景噪声功率，且背景噪声服从零均值高斯白噪声；MT表示系统中发射机的数目；γsur,i表示第i条路径的信噪比，所述第i条路径为第i部发射机到目标、目标再到雷达接收机的路径；Prad,i表示第i部发射机的雷达信号发射功率；K表示雷达信号长度；Pcom,i表示第i部发射机的通信信号发射功率；γcom,i表示第i部发射机到通信接收机的路径的信噪比；Ptot,i为第i部发射机的总发射功率；
当雷达-通信一体化系统中第i部发射机的总发射功率Ptot,i足以满足设定的目标检测性能和通信速率要求时，式(3)等价转化为式(4)和(5)：
Figure GDA0002987807740000032
Figure GDA0002987807740000033
当式(4)和(5)中约束条件C1、C2、C3均取等号时，Prad,i+Pcom,i即为雷达-通信一体化系统的最优功率控制结果；采用线性规划算法对式(4)进行求解，获取雷达-通信一体化系统第i部发射机的最优雷达信号发射功率
Figure GDA0002987807740000041
进一步，所述步骤S4具体为：引入拉格朗日乘子
Figure GDA0002987807740000042
与
Figure GDA0002987807740000043
构建如式(6)的拉格朗日乘子式
Figure GDA0002987807740000044
Figure GDA0002987807740000045
得到如下卡罗需-库恩-塔克必要条件：
Figure GDA0002987807740000046
式(7)中，L为
Figure GDA0002987807740000047
Figure GDA0002987807740000048
为雷达-通信一体化系统第i部发射机的最优通信信号发射功率，
Figure GDA0002987807740000049
为
Figure GDA00029878077400000410
的最优解，
Figure GDA00029878077400000411
为
Figure GDA00029878077400000412
的最优解，
Figure GDA00029878077400000413
为
Figure GDA00029878077400000414
的最优解；通过求解式(7)，得到雷达-通信一体化系统第i部发射机的最优通信信号发射功率
Figure GDA00029878077400000415
如式(8)所示；
Figure GDA00029878077400000416
Figure GDA00029878077400000417
是一个常数，其大小由式(8)代入式(9)中迭代计算得到：
Figure GDA0002987807740000051
式中，rcom表示给定的通信速率门限。
进一步，所述步骤S5具体为：将步骤S3得到的
Figure GDA0002987807740000052
与步骤S4得到的
Figure GDA0002987807740000053
相加，得到雷达-通信一体化系统的最小总发射功率。
有益效果：本发明公开了一种基于射频隐身的雷达-通信一体化系统最优功率控制方法，既满足了雷达-通信一体化系统对通信速率和目标检测性能的要求，而且还使得雷达-通信一体化系统总发射功率最小化，提升了系统的射频隐身性能。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中方法对应的系统的示意图。
具体实施方式
本具体实施方式公开了一种基于射频隐身的雷达-通信一体化系统最优功率控制方法，雷达-通信一体化系统如图1所示，包括MT部发射机、一部雷达接收机和一部通信接收机。本方法包括以下步骤：
S1：表征目标检测性能；
S2：表征通信性能；
S3：根据给定的通信速率门限rcom、虚警概率门限δFA和目标检测概率门限δD，建立雷达-通信一体化系统最优功率控制模型，得到最优雷达信号发射功率；
S4：构建拉格朗日乘子式，得到最优通信信号发射功率；
S5：将步骤S3得到的最优雷达信号发射功率与步骤S4得到的最优通信信号发射功率相加，得到雷达-通信一体化系统的最小总发射功率。
步骤S1具体为：采用式(1)所示的雷达目标检测概率上限解析表达式来表征目标检测性能：
Figure GDA0002987807740000054
式(1)中，pD表示系统的目标检测概率；δ表示目标检测判决门限，虚警概率由pFA＝exp(-δ)求出；σ2表示雷达接收机和通信接收机的背景噪声功率，且背景噪声服从零均值高斯白噪声；MT表示系统中发射机的数目；γsur,i表示第i条路径的信噪比，所述第i条路径为第i部发射机到目标、目标再到雷达接收机的路径；Prad,i表示第i部发射机的雷达信号发射功率；K表示雷达信号长度。
步骤S2具体为：采用式(2)所示的通信速率解析表达式来表征通信性能：
Figure GDA0002987807740000061
式(2)中，Rcom表示系统的通信速率；Pcom,i表示第i部发射机的通信信号发射功率；γcom,i表示第i部发射机到通信接收机的路径的信噪比。
步骤S3具体为：根据给定的通信速率门限rcom、虚警概率门限δFA和目标检测概率门限δD，建立雷达-通信一体化系统最优功率控制模型：
Figure GDA0002987807740000062
式(3)中，δ表示目标检测判决门限，由虚警概率pFA＝exp(-δ)求出；σ2表示雷达接收机和通信接收机的背景噪声功率，且背景噪声服从零均值高斯白噪声；MT表示系统中发射机的数目；γsur,i表示第i条路径的信噪比，所述第i条路径为第i部发射机到目标、目标再到雷达接收机的路径；Prad,i表示第i部发射机的雷达信号发射功率；K表示雷达信号长度；Pcom,i表示第i部发射机的通信信号发射功率；γcom,i表示第i部发射机到通信接收机的路径的信噪比；Ptot,i为第i部发射机的总发射功率；
当雷达-通信一体化系统中第i部发射机的总发射功率Ptot,i足以满足设定的目标检测性能和通信速率要求时，式(3)等价转化为式(4)和(5)：
Figure GDA0002987807740000071
Figure GDA0002987807740000072
当式(4)和(5)中约束条件C1、C2、C3均取等号时，Prad,i+Pcom,i即为雷达-通信一体化系统的最优功率控制结果；采用线性规划算法对式(4)进行求解，获取雷达-通信一体化系统第i部发射机的最优雷达信号发射功率
Figure GDA0002987807740000073
步骤S4具体为：引入拉格朗日乘子
Figure GDA0002987807740000074
与
Figure GDA0002987807740000075
构建如式(6)的拉格朗日乘子式
Figure GDA0002987807740000076
Figure GDA0002987807740000077
得到如下卡罗需-库恩-塔克必要条件：
Figure GDA0002987807740000078
卡罗需-库恩-塔克必要条件是Karush-Kuhn-Tucker的中文译名，简称为KKT必要条件。
式(7)中，L为
Figure GDA0002987807740000081
Figure GDA0002987807740000082
为雷达-通信一体化系统第i部发射机的最优通信信号发射功率，
Figure GDA0002987807740000083
为
Figure GDA0002987807740000084
的最优解，
Figure GDA0002987807740000085
为
Figure GDA0002987807740000086
的最优解，
Figure GDA0002987807740000087
为
Figure GDA0002987807740000088
的最优解；通过求解式(7)，得到雷达-通信一体化系统第i部发射机的最优通信信号发射功率
Figure GDA0002987807740000089
如式(8)所示；
Figure GDA00029878077400000810
Figure GDA00029878077400000811
是一个常数，其大小由式(8)代入式(9)中迭代计算得到：
Figure GDA00029878077400000812
式中，rcom表示给定的通信速率门限。
步骤S5具体为：将步骤S3得到的
Figure GDA00029878077400000813
与步骤S4得到的
Figure GDA00029878077400000814
相加，得到雷达-通信一体化系统的最小总发射功率。

Claims (1)

1.基于射频隐身的雷达-通信一体化系统最优功率控制方法，其特征在于：所述雷达-通信一体化系统包括MT部发射机、一部雷达接收机和一部通信接收机；所述方法包括以下步骤：
S1：采用式(1)所示的雷达目标检测概率上限解析表达式来表征目标检测性能：
Figure FDA0002987807730000011
式(1)中，pD表示系统的目标检测概率；δ表示目标检测判决门限，虚警概率由pFA＝exp(-δ)求出；σ2表示雷达接收机和通信接收机的背景噪声功率，且背景噪声服从零均值高斯白噪声；MT表示系统中发射机的数目；γsur,i表示第i条路径的信噪比，所述第i条路径为第i部发射机到目标、目标再到雷达接收机的路径；Prad,i表示第i部发射机的雷达信号发射功率；K表示雷达信号长度；
S2：采用式(2)所示的通信速率解析表达式来表征通信性能：
Figure FDA0002987807730000012
式(2)中，Rcom表示系统的通信速率；Pcom,i表示第i部发射机的通信信号发射功率；γcom,i表示第i部发射机到通信接收机的路径的信噪比
S3：根据给定的通信速率门限rcom、虚警概率门限δFA和目标检测概率门限δD，建立雷达-通信一体化系统最优功率控制模型：
Figure FDA0002987807730000013
式(3)中，δ表示目标检测判决门限，由虚警概率pFA＝exp(-δ)求出；σ2表示雷达接收机和通信接收机的背景噪声功率，且背景噪声服从零均值高斯白噪声；MT表示系统中发射机的数目；γsur,i表示第i条路径的信噪比，所述第i条路径为第i部发射机到目标、目标再到雷达接收机的路径；Prad,i表示第i部发射机的雷达信号发射功率；K表示雷达信号长度；Pcom,i表示第i部发射机的通信信号发射功率；γcom,i表示第i部发射机到通信接收机的路径的信噪比；Ptot,i为第i部发射机的总发射功率；
当雷达-通信一体化系统中第i部发射机的总发射功率Ptot,i足以满足设定的目标检测性能和通信速率要求时，式(3)等价转化为式(4)和(5)：
Figure FDA0002987807730000021
Figure FDA0002987807730000022
当式(4)和(5)中约束条件C1、C2、C3均取等号时，Prad,i+Pcom,i即为雷达-通信一体化系统的最优功率控制结果；采用线性规划算法对式(4)进行求解，获取雷达-通信一体化系统第i部发射机的最优雷达信号发射功率
Figure FDA0002987807730000023
S4：引入拉格朗日乘子
Figure FDA0002987807730000024
与
Figure FDA0002987807730000025
构建如式(6)的拉格朗日乘子式
Figure FDA0002987807730000026
Figure FDA0002987807730000027
得到如下卡罗需-库恩-塔克必要条件：
Figure FDA0002987807730000031
式(7)中，L为
Figure FDA0002987807730000032
Figure FDA0002987807730000033
为雷达-通信一体化系统第i部发射机的最优通信信号发射功率，
Figure FDA0002987807730000034
为
Figure FDA0002987807730000035
的最优解，
Figure FDA0002987807730000036
为
Figure FDA0002987807730000037
的最优解，
Figure FDA0002987807730000038
为
Figure FDA0002987807730000039
的最优解；通过求解式(7)，得到雷达-通信一体化系统第i部发射机的最优通信信号发射功率
Figure FDA00029878077300000310
如式(8)所示；
Figure FDA00029878077300000311
Figure FDA00029878077300000312
是一个常数，其大小由式(8)代入式(9)中迭代计算得到：
Figure FDA00029878077300000313
式中，rcom表示给定的通信速率门限；
S5：将步骤S3得到的
Figure FDA00029878077300000314
与步骤S4得到的
Figure FDA00029878077300000315
相加，得到雷达-通信一体化系统的最小总发射功率。
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