CN109743084B - 频谱共存下基于lpi的分布式组网雷达功率分配方法 - Google Patents

频谱共存下基于lpi的分布式组网雷达功率分配方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种频谱共存下基于LPI的分布式组网雷达功率分配方法，分布式MIMO雷达具有MT个发射天线和MR个接收天线，且分布式MIMO雷达与通信系统发射信号频谱共存；功率分配方法包括以下步骤：S1：获取先验知识；S2：根据给定的目标参数估计性能互信息门限ε，建立频谱共存环境下基于LPI的分布式MIMO雷达功率分配数学模型；S3：通过对分布式MIMO雷达功率分配数学模型进行计算，得到分布式MIMO雷达系统的最优辐射功率分配。本发明能够提升射频隐身性能。

Description

频谱共存下基于LPI的分布式组网雷达功率分配方法
技术领域
本发明涉及雷达功率优化分配技术领域，特别是涉及一种频谱共存下基于LPI的分布式组网雷达功率分配方法。
背景技术
频谱拥塞是一个日益严重的问题。由于无线通信中不断增加的配置和带宽，以及网络中心和无人驾驶系统的使用，频谱越来越多地限制了作战能力，雷达和通信频谱需要更高的灵活性。在这种背景下，雷达与通信频谱共存旨在提高雷达与通信共享频谱的能力，使雷达和通信系统达到共赢。
然而，现有技术中尚未有频谱共存下基于LPI的分布式组网雷达功率分配方法。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种频谱共存下基于LPI的分布式组网雷达功率分配方法，能够提升射频隐身性能。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的频谱共存下基于LPI的分布式组网雷达功率分配方法，所述分布式MIMO雷达具有MT个发射天线和MR个接收天线，且分布式MIMO雷达与通信系统发射信号频谱共存；所述功率分配方法包括以下步骤：
S1：获取先验知识；
S2：根据给定的目标参数估计性能互信息门限ε，建立频谱共存环境下基于LPI的分布式MIMO雷达功率分配数学模型；
S3：通过对分布式MIMO雷达功率分配数学模型进行计算，得到分布式MIMO雷达系统的最优辐射功率分配。
进一步，所述步骤S1中的先验知识包括目标相对于雷达系统的散射特性矩阵H、雷达发射信号矩阵S以及雷达接收机处加性高斯白噪声W。
进一步，所述雷达发射信号矩阵
Figure BDA0001964995230000011
其中，第i部天线的发射信号si为K×1维矢量，K为雷达发射信号长度，且满足K≥MT，K≥MR；目标相对于雷达系统的散射特性矩阵
Figure BDA0001964995230000012
服从零均值复高斯随机分布，且满足
Figure BDA0001964995230000013
其中，RH为目标散射特性协方差矩阵；雷达接收机处加性高斯白噪声
Figure BDA0001964995230000014
服从零均值复高斯随机分布，且满足
Figure BDA0001964995230000015
其中，RW为高斯白噪声协方差矩阵。
进一步，所述步骤S2中的分布式MIMO雷达功率分配数学模型根据式(1)得到：
Figure BDA0001964995230000021
式(1)中，tr(·)表示矩阵的迹，上标(·)H表示矩阵的共轭转置，上标(·)-1表示矩阵的逆，TI表示分布式MIMO雷达对通信系统干扰功率的上限，RH表示目标散射特性协方差矩阵，RW表示高斯白噪声协方差矩阵，RI表示分布式MIMO雷达对通信系统干扰的信号矩阵，I为单位对角矩阵。
进一步，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S3.1：采用特征值分解，将式(1)的数学模型转化为：
Figure BDA0001964995230000022
式(2)中，αs,i为雷达发射信号矩阵S的第i个特征值，αh,i为RH的第i个特征值，αI,i为RI的第i个特征值；
S3.2：引入拉格朗日乘子ψ1和ψ2，构建如下拉格朗日乘子式：
Figure BDA0001964995230000023
式(3)中，Υ(·)为拉格朗日乘子符号；
Figure BDA0001964995230000024
为雷达发射信号矩阵S的特征值集合，
Figure BDA0001964995230000025
为RH的特征值集合，
Figure BDA0001964995230000026
为RI的特征值集合；
S3.3：对
Figure BDA0001964995230000027
分别关于αs,i、ψ1和ψ2求偏导，得到式(4)：
Figure BDA0001964995230000028
S3.4：根据式(4)得到非线性最优化求解的卡罗需-库恩-塔克必要条件为：
Figure BDA0001964995230000031
式(5)中，
Figure BDA0001964995230000032
为αs,i的最优解；
Figure BDA0001964995230000033
为雷达发射信号矩阵S的最优特征值集合，也即分布式MIMO雷达的最优辐射功率集合；
Figure BDA0001964995230000034
为ψ1的最优解，
Figure BDA0001964995230000035
为ψ2的最优解；
S3.5：通过求解式(5)中的卡罗需-库恩-塔克必要条件，获取分布式MIMO雷达的最优辐射功率
Figure BDA0001964995230000036
的表达式为：
Figure BDA0001964995230000037
将式(6)代入式(7)中，求得
Figure BDA0001964995230000038
和
Figure BDA0001964995230000039
Figure BDA00019649952300000310
有益效果：本发明公开了一种频谱共存下基于LPI的分布式组网雷达功率分配方法，在获取目标散射特性矩阵、通信发射信号矩阵与高斯白噪声矩阵的特征值的基础上，以最小化分布式MIMO雷达总辐射功率为优化目标，以给定目标参数估计性能以及对通信系统干扰功率为约束条件，建立频谱共存环境下基于LPI的分布式MIMO雷达功率分配模型，既满足了分布式MIMO雷达的目标参数估计性能，有效控制了雷达系统对通信系统的干扰，还进一步提升了分布式MIMO雷达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的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种频谱共存下基于LPI的分布式组网雷达功率分配方法，分布式MIMO雷达具有MT个发射天线和MR个接收天线，且分布式MIMO雷达与通信系统发射信号频谱共存。如图1所示，本功率分配方法包括以下步骤：
S1：获取先验知识；
S2：根据给定的目标参数估计性能互信息门限ε，建立频谱共存环境下基于LPI的分布式MIMO雷达功率分配数学模型；
S3：通过对分布式MIMO雷达功率分配数学模型进行计算，得到分布式MIMO雷达系统的最优辐射功率分配。
步骤S1中的先验知识包括目标相对于雷达系统的散射特性矩阵H、雷达发射信号矩阵S以及雷达接收机处加性高斯白噪声W。
雷达发射信号矩阵
Figure BDA0001964995230000041
其中，第i部天线的发射信号si为K×1维矢量，K为雷达发射信号长度，且满足K≥MT，K≥MR；目标相对于雷达系统的散射特性矩阵
Figure BDA0001964995230000042
服从零均值复高斯随机分布，且满足
Figure BDA0001964995230000043
其中，RH为目标散射特性协方差矩阵；雷达接收机处加性高斯白噪声
Figure BDA0001964995230000044
服从零均值复高斯随机分布，且满足
Figure BDA0001964995230000045
其中，RW为高斯白噪声协方差矩阵。
步骤S2中的分布式MIMO雷达功率分配数学模型根据式(1)得到：
Figure BDA0001964995230000046
式(1)中，tr(·)表示矩阵的迹，上标(·)H表示矩阵的共轭转置，上标(·)-1表示矩阵的逆，TI表示分布式MIMO雷达对通信系统干扰功率的上限，RH表示目标散射特性协方差矩阵，RW表示高斯白噪声协方差矩阵，RI表示分布式MIMO雷达对通信系统干扰的信号矩阵，I为单位对角矩阵。
步骤S3具体包括以下步骤：
S3.1：采用特征值分解，将式(1)的数学模型转化为：
Figure BDA0001964995230000047
式(2)中，αs,i为雷达发射信号矩阵S的第i个特征值，αh,i为RH的第i个特征值，αI,i为RI的第i个特征值；
S3.2：引入拉格朗日乘子ψ1和ψ2，构建如下拉格朗日乘子式：
Figure BDA0001964995230000051
式(3)中，Υ(·)为拉格朗日乘子符号；
Figure BDA0001964995230000052
为雷达发射信号矩阵S的特征值集合，
Figure BDA0001964995230000053
为RH的特征值集合，
Figure BDA0001964995230000054
为RI的特征值集合；
S3.3：对
Figure BDA0001964995230000055
分别关于αs,i、ψ1和ψ2求偏导，得到式(4)：
Figure BDA0001964995230000056
S3.4：根据式(4)得到非线性最优化求解的卡罗需-库恩-塔克必要条件为：
Figure BDA0001964995230000057
式(5)中，
Figure BDA0001964995230000058
为αs,i的最优解；
Figure BDA0001964995230000059
为雷达发射信号矩阵S的最优特征值集合，也即分布式MIMO雷达的最优辐射功率集合；
Figure BDA00019649952300000510
为ψ1的最优解，
Figure BDA00019649952300000511
为ψ2的最优解；卡罗需-库恩-塔克必要条件是Karush-Kuhn-Tucker的中文译名，其英文缩写为KKT；
S3.5：通过求解式(5)中的卡罗需-库恩-塔克必要条件，获取分布式MIMO雷达的最优辐射功率
Figure BDA00019649952300000512
的表达式为：
Figure BDA0001964995230000061
将式(6)代入式(7)中，求得
Figure BDA0001964995230000062
和
Figure BDA0001964995230000063
Figure BDA0001964995230000064

Claims (3)

1.频谱共存下基于LPI的分布式组网雷达功率分配方法，其特征在于：包括分布式MIMO雷达；所述分布式MIMO雷达具有MT个发射天线和MR个接收天线，且分布式MIMO雷达与通信系统发射信号频谱共存；所述功率分配方法包括以下步骤：
S1：获取先验知识；
S2：根据给定的目标参数估计性能互信息门限ε，建立频谱共存环境下基于LPI的分布式MIMO雷达功率分配数学模型；
S3：通过对分布式MIMO雷达功率分配数学模型进行计算，得到分布式MIMO雷达系统的最优辐射功率分配；
所述步骤S2中的分布式MIMO雷达功率分配数学模型根据式(1)得到：
Figure FDA0002902443530000011
式(1)中，S为雷达发射信号矩阵，
Figure FDA0002902443530000012
tr(·)表示矩阵的迹，上标(·)H表示矩阵的共轭转置，上标(·)-1表示矩阵的逆，TI表示分布式MIMO雷达对通信系统干扰功率的上限，RH表示目标散射特性协方差矩阵，RW表示高斯白噪声协方差矩阵，RI表示分布式MIMO雷达对通信系统干扰的信号矩阵，I为单位对角矩阵；
所述步骤S3具体包括以下步骤：
S3.1：采用特征值分解，将式(1)的数学模型转化为：
Figure FDA0002902443530000013
式(2)中，αs,i为雷达发射信号矩阵S的第i个特征值，αh,i为RH的第i个特征值，αI,i为RI的第i个特征值；
S3.2：引入拉格朗日乘子ψ1和ψ2，构建如下拉格朗日乘子式：
Figure FDA0002902443530000014
式(3)中，γ(·)为拉格朗日乘子符号；
Figure FDA0002902443530000015
为雷达发射信号矩阵S的特征值集合，
Figure FDA0002902443530000021
为RH的特征值集合，
Figure FDA0002902443530000022
为RI的特征值集合；
S3.3：对
Figure FDA0002902443530000023
分别关于αs,i、ψ1和ψ2求偏导，得到式(4)：
Figure FDA0002902443530000024
S3.4：根据式(4)得到非线性最优化求解的卡罗需-库恩-塔克必要条件为：
Figure FDA0002902443530000025
式(5)中，
Figure FDA0002902443530000026
为αs,i的最优解；
Figure FDA0002902443530000027
为雷达发射信号矩阵S的最优特征值集合，也即分布式MIMO雷达的最优辐射功率集合；
Figure FDA0002902443530000028
为ψ1的最优解，
Figure FDA0002902443530000029
为ψ2的最优解；
S3.5：通过求解式(5)中的卡罗需-库恩-塔克必要条件，获取分布式MIMO雷达的最优辐射功率
Figure FDA00029024435300000210
的表达式为：
Figure FDA00029024435300000211
将式(6)代入式(7)中，求得
Figure FDA00029024435300000212
和
Figure FDA00029024435300000213
Figure FDA00029024435300000214
2.根据权利要求1所述的频谱共存下基于LPI的分布式组网雷达功率分配方法，其特征在于：所述步骤S1中的先验知识包括目标相对于雷达系统的散射特性矩阵H、雷达发射信号矩阵S以及雷达接收机处加性高斯白噪声W。
3.根据权利要求2所述的频谱共存下基于LPI的分布式组网雷达功率分配方法，其特征在于：所述雷达发射信号矩阵
Figure FDA0002902443530000031
其中，第i部天线的发射信号si为K×1维矢量，K为雷达发射信号长度，且满足K≥MT，K≥MR；目标相对于雷达系统的散射特性矩阵
Figure FDA0002902443530000032
服从零均值复高斯随机分布，且满足H～CN(0,RH)，其中，RH为目标散射特性协方差矩阵；雷达接收机处加性高斯白噪声
Figure FDA0002902443530000033
服从零均值复高斯随机分布，且满足W～CN(0,RW)，其中，RW为高斯白噪声协方差矩阵。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110261848B (zh) * 2019-07-25 2021-04-30 北京邮电大学 基于波束功率分配的雷达通信一体化协同探测方法及装置
CN111337885B (zh) * 2020-02-18 2022-05-03 南京航空航天大学 一种雷达与通信联合系统射频隐身性能优化方法
CN112054828B (zh) * 2020-08-12 2021-07-27 南京航空航天大学 面向低截获的分布式mimo雷达通信一体化系统功率分配方法
CN113253249B (zh) * 2021-04-19 2023-04-28 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种基于深度强化学习的mimo雷达功率分配设计方法
CN115173903B (zh) * 2022-06-30 2024-03-26 深圳泓越信息科技有限公司 一种通感一体化系统功率分配方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105044689A (zh) * 2015-04-14 2015-11-11 电子科技大学 一种基于频控阵的射频隐身方法及设备
CN106680780A (zh) * 2016-12-09 2017-05-17 南京航空航天大学 频谱共享环境下基于射频隐身的雷达最优波形设计方法
JP2017181276A (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 マツダ株式会社 障害物検出装置
CN107863997A (zh) * 2017-10-25 2018-03-30 中国人民解放军信息工程大学 分布式mimo雷达系统多目标位置估计的功率优化方法
CN109164418A (zh) * 2018-07-12 2019-01-08 南京航空航天大学 一种频谱共享环境下基于lpi的组网雷达稳健ofdm波形设计方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105044689A (zh) * 2015-04-14 2015-11-11 电子科技大学 一种基于频控阵的射频隐身方法及设备
JP2017181276A (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 マツダ株式会社 障害物検出装置
CN106680780A (zh) * 2016-12-09 2017-05-17 南京航空航天大学 频谱共享环境下基于射频隐身的雷达最优波形设计方法
CN107863997A (zh) * 2017-10-25 2018-03-30 中国人民解放军信息工程大学 分布式mimo雷达系统多目标位置估计的功率优化方法
CN109164418A (zh) * 2018-07-12 2019-01-08 南京航空航天大学 一种频谱共享环境下基于lpi的组网雷达稳健ofdm波形设计方法

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