CN117411524A - 一种雷达通信一体化发射信号的确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷达通信一体化发射信号的确定方法及装置，涉及雷达通信技术领域。先根据最大化信漏噪比获得能量归一化的通信预编码矩阵，再根据通信目标确定能量分配准则对每路通信数据流进行能量分配，得到最终通信预编码矩阵。然后再优化一体化发射信号方向图与期望方向图之间的误差，得到雷达预编码矩阵，最后生成雷达通信一体化发射信号。本发明将雷达通信一体化预编码矩阵的求解过程进行拆分，由于信漏噪比仅包含通信数据流对应的通信预编码矩阵，与雷达预编码相解耦，于是可先基于信漏噪比确定归一化通信预编码矩阵再为每路通信数据流进行能量分配，然后再进一步求解雷达数据流对应的雷达预编码矩阵，降低了预编码算法复杂度。

Description

一种雷达通信一体化发射信号的确定方法及装置

技术领域

本申请涉及雷达通信技术领域，特别涉及一种雷达通信一体化发射信号的确定方法及装置。

背景技术

目前，随着移动通信技术的发展，无线通信设备数量骤增的同时频谱资源极度稀缺，为了缓解通信设备数骤增和频谱资源稀缺的矛盾，网络设备商和相关政策制定者都在考虑通信设备共享被其他设备占用的频段。由于雷达与通信在硬件设备，信号处理，实现原理等方面存在高度的相似性，两者的频段也不断接近甚至可能相互干扰，另外将雷达功能引入通信设备还能赋予通信设备以往不具有的感知能力，雷达通信一体化正成为通信领域的研究热点。另一方面，现有的军用作战平台电子设备繁杂，雷达相关设备与通信相关设备的分离式设计电磁干扰严重，占据平台空间而且能耗巨大，对不同功能设备实现更高程度的一体化是现代军用设备集成化综合化的趋势，因此实现雷达通信一体化对推动军事装备发展具有重要意义。综上所述，基于未来无线通信网络的雷达通信一体化系统具有广泛的应用前景与重要的研究意义。

雷达通信一体化系统是雷达系统和通信系统共用硬件平台，通过发射一体化波形同时进行目标探测和无线通信。其中一体化波形设计是实现一体化的关键性技术，通过设计一体化信号，可最大化利用可重复资源，并且完全消除雷达功能与通信功能之间的干扰。考虑到通信技术与雷达技术一体化的平滑演变，需要从其技术上的相似部分来开展其一体化的研究。随着雷达技术与通信技术的发展，多用户MIMO通信技术与MIMO雷达在各自的领域内具有相似性的优势。多用户MIMO通信利用预编码技术可以消除发射信号经过信道之后多用户之间的干扰同时降低接收端的复杂度。MIMO雷达则需要根据场景利用波束赋形技术来实现满足时域波形和能量分布的发射信号波束图设计。在现在数字信号处理角度来看，波束赋形过程也可以视为对原始波形的预编码过程。两者的不同之处在于，通信预编码期望生成多个独立子信道，理想情况下每个用户仅收到自己需要的信息，而雷达预编码期望不同天线上的发射波形尽量不相关，并生成指定方向的波束。因此结合多用户MIMO通信系统和MIMO雷达的关键是设计一体化预编码方案，使其能够消除用户间的信息与雷达信息干扰的同时，生成期望的发射波形方向图。

现有技术中，存在基于迫零准则的一体化预编码方案或者基于信干噪比阈值的一体化预编码方案。但是，其中的基于迫零准则的一体化预编码方案仅在用户数较少和信道良好时性能较优，适用范围较小。而基于信干噪比阈值的一体化预编码方案求解预编码的过程计算复杂度很高，这给雷达通信一体化系统带来额外的资源消耗和性能损失。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种雷达通信一体化发射信号的确定方法及装置。

本说明书采用下述技术方案：

本说明书提供了一种雷达通信一体化发射信号的确定方法，包括：

获取多路雷达数据流和多路通信数据流；

以用户通信的信漏噪比最大为优化目标，计算通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵；

将通信信道容量最大或每路通信功率相同作为通信目标，根据通信目标对每路通信数据流进行能量分配；根据能量归一化的通信预编码矩阵和为每路通信数据流分配的能量，确定最终通信预编码矩阵；

构造雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差，并以最小化偏差为优化目标，确定雷达预编码矩阵；

根据多路雷达数据流和雷达预编码矩阵，以及多路通信数据流和最终通信预编码矩阵，确定雷达通信一体化发射信号。

可选地，所述以用户通信的信漏噪比最大为优化目标，计算通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵，具体包括：

通过下式计算信漏噪比：

当用户通信的信漏噪比最大时，通过下式计算每路数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵：

其中，SLNR_k为信漏噪比，H_k为下行第k个用户对应的信道矩阵，K为通信数据流的路数，对应下行K个通信用户，k为通信数据流中的第k路，k＝1,2,......K，w_c,k为第k路通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵，H_j为下行第j个用户对应的信道矩阵，为噪声方差，I为单位矩阵，(·)^H表示取共轭转置，P_k为第k路通信数据流分配的能量，为的最大特征值对应的特征向量，的模为1。

可选地，所述根据通信目标对每路通信数据流进行能量分配，具体包括：

当通信目标为通信信道容量最大时，根据最大信道容量准则对每路通信数据流进行能量分配；

当通信目标为每路通信功率相同时，根据信道衰落抵消准则对每路通信数据流进行能量分配。

可选地，所述根据最大信道容量准则对每路通信数据流进行能量分配，具体包括：

通过下式计算总信道容量：

根据通信能量不能取负和发射天线功率约束，当总信道容量取到最大时，通过下式计算每路通信数据流分配的能量：

其中，H_k为下行第k个用户对应的信道矩阵，K为通信数据流的路数，对应下行K个通信用户，k为通信数据流中的第k路，k＝1,2,......K，(·)^H表示取共轭转置，为噪声方差，P_k为第k路通信数据流分配的能量，L_k为雷达通信一体化发射信号满足期望方向图下的下行第k个用户接收到的信号总能量与接收的通信信号能量之比，R₀为雷达通信一体化发射信号满足期望方向图下的协方差矩阵，C为总信道容量，P_k为第k路通信数据流分配的能量，β为缩放系数，H_i为下行第i个用户对应的信道矩阵，P_all/N_t为每根天线最大发射功率，为预编码后通信信号的协方差矩阵。

可选地，所述根据信道衰落抵消准则对每路通信数据流进行能量分配，具体包括：

由信道衰落抵消准则可得每路通信的能量分配满足下式：

通过下式计算每路通信数据流分配的能量：

其中，H_k为下行第k个用户对应的信道矩阵，K为通信数据流的路数，对应下行K个通信用户，k为通信数据流中的第k路，k＝1,2,......K，为第k路通信数据流对应的通信用户接收到的信号功率，P_k为第k路通信数据流分配的能量，P_c为通信总功率，H_i为下行第i个用户对应的信道矩阵，为第i路通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵。

可选地，所述构造雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差，并以最小化偏差为优化目标，确定雷达预编码矩阵，具体包括：

将雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图的偏差，映射为生成信号的协方差矩阵与雷达通信一体化发射信号满足期望方向图下的协方差矩阵之间的偏差；

通过下式计算雷达协方差矩阵最优解：

对雷达协方差矩阵最优解进行特征值分解得到：

通过下式计算通信预编码矩阵和雷达预编码矩阵：

其中，为雷达协方差矩阵最优解，为通信协方差矩阵，σ_i为第i个正特征值，u_i为σ_i对应的特征向量，w_c,k为第k路通信数据流的最终通信预编码矩阵，η为功率缩放系数，w_r,i为第i路雷达数据流的雷达预编码矩阵，M为雷达数据流的路数。

可选地，所述构造雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差，并以最小化偏差为优化目标，确定雷达预编码矩阵，具体包括：

在发射天线功率约束下，通过下式表示优化目标：

R_r≥0；

对优化目标进行求解得到雷达协方差矩阵，通过下式对雷达协方差矩阵进行特征值分解并确定雷达预编码矩阵：

其中，α为归一化因子，L为考虑角度范围划分的网格数量，P_Total为系统总功率，φ(θ)为雷达通信一体化发射信号的期望方向图，a(θ_n)为导向矢量，R_c为通信协方差矩阵，R_r为雷达协方差矩阵，N_t为基站发射端配置的天线数量，σ_i为第i个正特征值，u_i为σ_i对应的特征向量，w_r,i为第i路雷达数据流的雷达预编码矩阵。

可选地，所述构造雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差，并以最小化偏差为优化目标，确定雷达预编码矩阵，具体包括：

将雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图的偏差，映射为生成信号的协方差矩阵与雷达通信一体化发射信号满足期望方向图下的协方差矩阵之间的偏差；

通过下式计算通信协方差矩阵：

通过下式计算雷达协方差矩阵最优解：

对雷达协方差矩阵最优解进行特征值分解得到：

通过下式计算通信预编码矩阵和雷达预编码矩阵：

其中，为雷达协方差矩阵最优解，为通信协方差矩阵，(·)^H表示取共轭转置，σ_i为第i个正特征值，u_i为σ_i对应的特征向量，w_c,k为第k路通信数据流的最终通信预编码矩阵，η为功率缩放系数，w_r,i为第i路雷达数据流的雷达预编码矩阵，M为雷达数据流的路数。

可选地，所述构造雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差，并以最小化偏差为优化目标，确定雷达预编码矩阵，具体包括：

在发射天线功率约束和信干噪比阈值约束下，通过下式表示优化目标：

SINR_k≥γ,k＝1,…,K

P_c＜P_Total

R_r≥0；

对优化目标进行求解得到雷达协方差矩阵，通过下式对雷达协方差矩阵进行特征值分解并确定雷达预编码矩阵：

其中，(·)^H表示取共轭转置，α为归一化因子，L为考虑角度范围划分的网格数量，P_Total为系统总功率，φ(θ)为雷达通信一体化发射信号的期望方向图，a(θ_n)为导向矢量，R_c为通信协方差矩阵，R_r为雷达协方差矩阵，N_t为基站发射端配置的天线数量，σ_i为第i个正特征值，u_i为σ_i对应的特征向量，w_r,i为第k路雷达数据流的雷达预编码矩阵。

本说明书提供了一种雷达通信一体化发射信号的确定装置，包括：

获取模块，用于获取多路雷达数据流和多路通信数据流；

通信预编码模块，用于以用户通信的信漏噪比最大为优化目标，计算通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵；

能量分配模块，用于将通信信道容量最大或每路通信功率相同作为通信目标，根据通信目标对每路通信数据流进行能量分配；根据能量归一化的通信预编码矩阵和为每路通信数据流分配的能量，确定最终通信预编码矩阵；

雷达预编码模块，用于构造雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差，并以最小化偏差为优化目标，确定雷达预编码矩阵；

信号确定模块，用于根据多路雷达数据流和雷达预编码矩阵，以及多路通信数据流和最终通信预编码矩阵，确定雷达通信一体化发射信号。

本说明书提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述雷达通信一体化发射信号的确定方法。

本说明书提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述雷达通信一体化发射信号的确定方法。

本说明书采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

在获取雷达数据流和通信数据流后，先基于分配能量计算当用户通信的信漏噪比最大时，通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵，并根据通信目标确定能量分配准则对每路通信数据流进行能量分配，从而确定最终通信预编码矩阵。在得到最终通信预编码矩阵后，再通过求解最小化雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差的优化问题，得到雷达预编码矩阵。最后通过对应的数据流和预编码矩阵确定雷达通信一体化发射信号。

本发明将雷达通信一体化预编码矩阵的求解过程进行拆分，由于信漏噪比仅包含通信数据流对应的通信预编码矩阵，即信漏噪比与雷达预编码矩阵相解耦，因此可先基于信漏噪比确定能量归一化的通信预编码矩阵，再为每路通信数据流进行能量分配从而得到分配能量后的最终通信预编码矩。然后再进一步求解雷达数据流对应的雷达预编码矩阵，无需同时对通信预编码矩阵和雷达预编码矩阵进行求解，降低了预编码的计算复杂度，从而节省了雷达通信一体化系统的资源消耗和性能损失。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本说明书提供的一种雷达通信一体化发射信号的确定方法流程示意图；

图2为本说明书提供的一种基于最大信道容量准则得到的不同通信用户数下的方向图与仅考虑雷达性能的方向图比较示意图，其中，(a)是特征值分解得到的方向图，(b)是凸优化逼近得到的方向图；

图3为本说明书提供的一种基于信道衰落抵消准则得到的不同通信用户数下的方向图与仅考虑雷达性能的方向图比较示意图，其中，(a)是特征值分解得到的方向图，(b)是凸优化逼近得到的方向图；

图4为本说明书提供的一种不同通信用户数下各一体化预编码方案复杂度比较示意图，其中，(a)是不同通信用户数下的理论复杂度比较，(b)是不同通信用户数下实际计算时间比较；

图5为本说明书提供的一种雷达通信一体化发射信号的确定装置示意图；

图6为本说明书提供的一种实现雷达通信一体化发射信号的确定方法的计算机设备示意图。

具体实施方式

为使本说明书的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

目前的预编码方案存在缺陷，例如基于迫零准则的一体化预编码方案仅在用户数较少和信道良好时性能较优，而基于信干噪比阈值的一体化预编码方案虽然在不同情况下都能保持较好的性能，但由于预编码过程中引入了优化误差与构造误差，存在进一步优化的空间。由于求解预编码的过程计算复杂度很高，优化过程中也带来相应的误差，这给雷达通信一体化系统带来额外的资源消耗和性能损失。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本说明书中一种雷达通信一体化发射信号的确定方法流程示意图，通感一体化基站发射端执行该方法流程，具体包括以下步骤：

S101：获取多路雷达数据流和多路通信数据流。

一般的，在雷达通信一体化系统中，通感一体化基站发射端可先确定多路要发射的雷达数据流和通信数据流，然后通过通感一体化基站的服务器确定一体化发射信号的预编码矩阵后，再通过两种数据流和预编码矩阵确定基站的一体化发射信号并完成信号发射，从而同时实现雷达探测和用户通信。

于是，通感一体化基站发射端的服务器可获取到基站发射端输入的多路雷达数据流和多路通信数据流，并基于两种数据流进行后续步骤。

具体的，在本说明书一个或多个实施例中，服务器可考虑多用户场景下MIMO雷达通信一体化下行传输，基站发射端配置可以是N_t根天线组成的间距为半波长的均匀线性阵列，接收端可为K个不同位置的用户，每个用户可配置1根天线。

则发射端输入可为K路通信数据流s_c,i∈C^1×N(i＝1,2,......K)，与M路雷达数据流s_r,m∈C^1×N(m＝1,2,......K)，第k个用户对应第k路通信数据流s_c,k，N为符号数量。对基站来说，数据流均为已知。可假设通信数据流与雷达数据流都是零均值广义平稳随机过程，每路数据流之间均是无关的。

例如，假设天线数N_t为8，通信数据流数与用户数K依情况设置为2～8，通信数据流为随机生成比特流并采用QPSK调制而成的通信符号。雷达数据流数M设为8，利用伪随机序列生成。目标所在角度为波束宽度为Δθ＝±5°，系统总功率为1，噪声为均值为0，方差为的加性高斯白噪声，噪声功率为0.001。记发射端基站到第k个用户的信道矩阵为并假设信道为瑞利平坦衰落信道，即信道矩阵内每个元素均是服从均值为零，方差为1的独立同分布复高斯分布的随机变量。考虑角度范围划分的网格数量L为181，仿真的蒙特卡洛次数设为1000。

本说明书中提到的服务器可以是设置于基站的服务器，或能执行本说明书方案的诸如台式机、笔记本电脑等设备。为了方便说明，下面仅以服务器为执行主体进行说明。

S102：以用户通信的信漏噪比最大为优化目标，计算通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵。

S103：将通信信道容量最大或每路通信功率相同作为通信目标，根据通信目标对每路通信数据流进行能量分配；根据能量归一化的通信预编码矩阵和为每路通信数据流分配的能量，确定最终通信预编码矩阵。

在获取到多路雷达数据流和多路通信数据流后，服务器可根据信噪比最小化每个通信用户信息对其他用户的干扰。在本说明书一个或多个实施例中，服务器可计算当用户通信的信漏噪比最大时，通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵。其中，服务器可将多路通信数据输入通信预编码器，使得通信预编码器根据下行各用户对应的信道矩阵最大化信漏比，计算得到通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵。信漏噪比的定义为通信用户接收到属于自己数据流的能量比上自身数据流对其他用户造成的干扰与噪声之和，即通过下式计算信漏噪比：

式中，SLNR_k为信漏噪比，H_k为下行第k个用户对应的信道矩阵，K为通信数据流的路数，对应下行K个通信用户，k为通信数据流中的第k路，w_c,k为第k路通信数据流的通信预编码矩阵，H_j为下行第j个用户对应的信道矩阵。

与信干噪比相比，信漏噪比仅包含该数据流的预编码矩阵w_c,k，与其他用户的预编码相解耦，也就意味着在得到信道矩阵H后，即可计算每个数据流对应的预编码矩阵。为了减少对其他用户的干扰，即求使SLNR_k最大的w_c,k，SLNR_k表达式为：

其中，I为单位矩阵，(·)^H表示取共轭转置。显然可逆，则上式为广义瑞丽熵函数，其最大值为的最大特征值，为最大特征值对应的特征向量。由上式可知，缩放不影响SLNR_k的大小，令的模为1。记第k路数据流的能量为P_k，则第k路数据流的预编码矩阵为

式中，w_c,k为第k路通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵，P_k为第k路通信数据流分配的能量，为的最大特征值对应的特征向量。

需要注意的是，通信预编码阶段还未考虑雷达数据流，故每路通信数据流的能量并不能确定。

在确定通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵后，服务器可进一步确定通信侧的能量分配，并优先确定通信预编码矩阵，然后再确定雷达预编码矩阵。

其中，在对通信侧的每路通信数据流进行能量分配时，可根据具体的通信场景中的通信目标来确定能量分配准则，然后基于所确定的能量分配准则进行每路的能量分配。所说的能量分配总则至少包括最大信道容量准则和信道衰落抵消准则。

于是，在本说明书一个或多个实施例中，当某通信场景中，通信目标为通信信道容量最大时，服务器可根据最大信道容量准则对每路通信数据流进行能量分配。具体的，服务器可根据信道矩阵确定用户接收端信干噪比与能量分配的关系，并计算系统总信道容量。然后通过分配信道能量使得系统容量最大以保证雷达通信一体化系统的通信性能。

首先，服务器可通过下式计算总信道容量：

其中，R₀为雷达通信一体化发射信号满足期望方向图下的协方差矩阵，C为总信道容量，P_k为第k路通信数据流分配的能量，可假设一体化预编码后的信号协方差能实现相同的效果，上式已将带宽归一化。

可记L_k为雷达通信一体化发射信号满足期望方向图下的下行第k个用户接收到的信号总能量与接收的通信信号能量之比：

则总信道容量可简化为：

记通信所占总功率为P_c，则满足：

可利用拉格朗日乘数法，构造函数：

对上式关于P_k求偏导可得：

令上式偏导等于0，可得到P_k与L_k、λ的条件关系为：

通过上述各式可以得到λ的取值为：

消去λ，从而得到P_k与L_k的关系为：

观察可以发现L_k越大，即信道增益越大，第k个用户对应的通信数据流分配到的能量越多。这是合乎直觉的，当用户受到干扰越强时自然应该分配更多能量保证通信性能。由于：

则每路通信数据流的功率需满足：

可得通信所占总功率为P_c需满足：

为使系统信道容量最大，通信信号总能量取上式最大值，代入P_k可得每路通信数据流的能量表达式。考虑实际，通信能量不能为负数，则第k路通信数据流分配的能量表达式为：

故预编码后通信信号的协方差矩阵为：

由于发射天线存在功率限制，每根天线最大发射功率为P_all/N_t，为了防止预编码后的通信信号能量超过限制导致信号失真，需对通信预编码矩阵再次进行放缩，放缩系数为：

可得到通信预编码矩阵与协方差矩阵为：

其中，P_k为第k路通信数据流分配的能量，β为缩放系数，H_i为发射端到第i个用户的信道矩阵。

此外，在本说明书一个或多个实施例中，当某通信场景中，通信目标为每路通信功率相同时，服务器可根据信道衰落抵消准则对每路通信数据流进行能量分配。具体的，服务器可根据信道衰落抵消准则，对信道衰减大数据流分配更多功率以抵消衰落的影响，信道衰减小则分配更少功率，使得信道等效接近于加性高斯白噪声信道，每个用户接收到的信号功率相同。

对应的，可得每路通信的能量分配满足下式：

可记通信总功率为：

联立式上述两式可得第k路通信数据流所占功率为：

可记：

则P_k可简记为：

则预编码后的通信信号协方差矩阵R_c为：

其中，为第k路通信数据流对应的通信用户接收到的信号功率，P_k为第k路通信数据流分配的能量，P_c为通信总功率，为第i路通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵。

之后，服务器可根据能量归一化的通信预编码矩阵和为每路通信数据流分配的能量得到最终的通信预编码矩阵。

S104：构造雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差，并以最小化偏差为优化目标，确定雷达预编码矩阵。

通过上述先确定最终通信预编码矩阵后，服务器可基于最终通信预编码矩阵来确定雷达预编码矩阵。在确定雷达预编码矩阵时，服务器可采用特征值分解或者凸优化逼近优化雷达通信一体化发射信号的生成方向图与期望方向图的均方误差以保证雷达性能，确定雷达预编码矩阵和通信预编码矩阵。

当然了，对应于步骤S103中不同的通信场景，服务器可基于步骤S103中不同的思路对雷达预编码矩阵进行求解。

在本说明书一个或多个实施例中，服务器可基于最大信道容量准则分配通信数据流能量，利用特征值分解得到雷达预编码矩阵。根据探测应用场景，雷达通信一体化发射信号满足期望方向图下的协方差矩阵为R₀和通信协方差矩阵为雷达通信一体化发射信号的生成方向图和雷达波形期望方向图的偏差越小，生成信号的协方差矩阵与R₀越接近，因此，为方便计算，可将雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差映射为生成信号的协方差矩阵与雷达通信一体化发射信号满足期望方向图下的的协方差矩阵之间的偏差。即，将优化目标改为生成信号的协方差矩阵尽量接近R₀。则可通过下式计算雷达协方差矩阵最优解：

但是，两个正定矩阵相减仅能保证结果为对称矩阵，可能存在负特征值，不符合实际。对进行特征值分解可得：

其中，σ_i为从大到小排列的第i个特征值，u_i为对应的标准特征向量。若前M个特征值为正，取：

由于舍弃了负数特征值及其特征向量，会导致得到协方差矩阵对角线上的值超过仅考虑雷达性能时的协方差矩阵对角线的值，即信号功率超过天线功率限制，因此需要进行缩放，缩放系数为：

最终通信和雷达预编码矩阵及其协方差矩阵为：

其中，w_c,k为第k路通信数据流的最终通信预编码矩阵，w_r,i为第i路雷达数据流的雷达预编码矩阵。

此外，在本说明书一个或多个实施例中，服务器可基于最大信道容量准则分配通信数据流能量，利用凸优化逼近得到雷达预编码矩阵。在发射天线功率约束下最小化雷达波形生成方向图和雷达波形期望方向图的偏差，于是，优化问题可描述为：

R_r≥0

其中，α为归一化因子，L为考虑角度范围划分的网格数量，P_Total为系统总功率，φ(θ)为期望方向图，考虑半双工系统即接收和发射使用同一阵列，a(θ_n)为导向矢量。

最终通信预编码矩阵和通信协方差矩阵为：

其中，P_k由中步骤S103确定，对优化目标进行优化求解得雷达预编码矩阵R_r，其为正定或半正定矩阵，可由预编码矩阵完美构造，对R_r进行特征值分解：

取雷达预编码矩阵为：

其中，R_c为通信协方差矩阵，R_r为雷达协方差矩阵，N_t为基站发射端配置的天线数量，σ_i为第i个正特征值，u_i为σ_i对应的特征向量，w_r,i为第i路雷达数据流的雷达预编码矩阵。

另外，在本说明书一个或多个实施例中，服务器可基于信道衰落准则分配通信数据流能量，利用特征值分解得到雷达预编码矩阵。记：

观察可以发现归一化通信协方差矩阵R_c0完全由信道矩阵确定。通信协方差矩阵简记为：

R_c＝P_c·R_c0

第k个用户接收到信号的信干噪比为：

结合步骤S103中内容，第k个用户接收到信号的信干噪比为：

假设一体化系统预编码后的发射信号的协方差矩阵接近仅考虑雷达性能的协方差矩阵，则上式近似为：

记接收端对信干噪比的阈值限制为γ，即：

对上式进行等价转换，可得通信总能量P_c需满足的条件为：

取为满足上式条件的最小值，即上式右边的最大值：

则预编码后的通信信号协方差矩阵为：

与基于最大信道容量准则分配通信数据流能量，利用特征值分解得到雷达预编码矩阵同理，此处可将雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图的偏差，映射为生成信号的协方差矩阵与雷达通信一体化发射信号满足期望方向图下的协方差矩阵之间的偏差。

对进行特征值分解：

其中，σ_i为从大到小排列的第i个特征值，u_i为对应的标准特征向量。若前M个特征值为正，取：

由于舍弃了负数特征值及其特征向量，会导致得到协方差矩阵对角线上的值超过仅考虑雷达性能时的协方差矩阵对角线的值，即信号功率超过天线功率限制，因此需要进行缩放，缩放系数：

最终通信和雷达预编码矩阵为

其中，w_c,k为第k路通信数据流的最终通信预编码矩阵，η为功率缩放系数，w_r,i为第i路雷达数据流的雷达预编码矩阵，M为雷达数据流的路数。

此外，在本说明书一个或多个实施例中，服务器可基于信道衰落抵消准则分配通信数据流能量，利用凸优化逼近得到雷达预编码矩阵。在发射天线功率约束和接收端信干噪比阈值的约束下最小化雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差，优化问题可建模为：

SINR_k≥γ,k＝1,…,K

P_c＜P_Total

R_r≥0

其中α为归一化因子，L为考虑角度范围划分的网格数量，P_Total为系统总功率，φ(θ)为期望方向图，考虑半双工系统即接收和发射使用同一阵列，a(θ_n)为导向矢量，考虑对信干噪比的限制条件，即：

将通信总能量P_c也作为变量，则为了最小化雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图的偏差，P_c在求解过程中会取到满足信干噪比阈值的最小值，但是当最小值也超过系统总功率P_Total时，优化问题没有可行解，优化失败。该问题为凸优化问题，容易求解得到P_c和R_r。则最终通信预编码矩阵和协方差矩阵为

对雷达协方差矩阵R_r做特征值分解

对应的雷达预编码矩阵为

上述在不同的通信场景，分别提供了通过特征值分解和凸优化逼近求解雷达预编码矩阵，其中，特征值分解和凸优化逼近的计算复杂度都低于目前的一体化预编码技术，在保证通信性能与雷达性能良好的情况下，提高了计算效率，降低了资源消耗和性能损失。一方面采用特征值分解的方法其计算复杂度显著较低，另一方面凸优化逼近则更容易求得全局最优解。

当然了，上述特征值分解和凸优化逼近仅为举例说明，实际应用中，构造雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图的偏差，并以最小化偏差为优化目标，可通过多种方式确定雷达预编码矩阵。具体可根据需要确定采用何种方法，本说明书对此不做限制，对于其他优化求解方法此处不再赘述。

S105：根据多路雷达数据流和雷达预编码矩阵，以及多路通信数据流和最终通信预编码矩阵，确定雷达通信一体化发射信号。

通过上述得到最终通信预编码矩阵和雷达预编码矩阵后，对于多路通信数据流和多路雷达数据流，服务器可令：

即满足：

E(S_cS_r)＝0_K×M

每路数据流与对应的预编码矩阵w_c,i,相乘后相加得到发射信号：

定义发射端基站到第k个用户的信道矩阵为假设信道为瑞利平坦衰落，矩阵内每个元素均是服从均值为零，方差为1的独立同分布复高斯分布的随机变量。经过信道后，第k个用户接收到的信号为：

基于图1所示的雷达通信一体化发射信号的确定方法，在获取雷达数据流和通信数据流后，先基于分配能量计算当用户通信的信漏噪比最大时，通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵，并根据通信目标确定能量分配准则对每路通信数据流进行能量分配，从而确定最终通信预编码矩阵。在得到最终通信预编码矩阵后，再通过求解最小化雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差的优化问题，得到雷达预编码矩阵。最后通过对应的数据流和预编码矩阵确定雷达通信一体化发射信号。

本发明将雷达通信一体化预编码矩阵的求解过程进行拆分，由于信漏噪比仅包含通信数据流对应的通信预编码矩阵，即信漏噪比与雷达预编码矩阵相解耦，因此可先基于信漏噪比确定能量归一化的通信预编码矩阵，再为每路通信数据流进行能量分配从而得到分配能量后的最终通信预编码矩。然后再进一步求解雷达数据流对应的雷达预编码矩阵，无需同时对通信预编码矩阵和雷达预编码矩阵进行求解，降低了预编码的计算复杂度，从而节省了雷达通信一体化系统的资源消耗和性能损失。

在应用本说明书提供的雷达通信一体化发射信号的确定方法时，可不根据图1所示的各步骤的顺序执行，具体各步骤的执行顺序可根据需要确定，本说明书对此不做限制。

此外，本说明书还提供了应用雷达通信一体化发射信号的确定方法的实施例，与目前较为成熟的雷达通信一体化方法进行对比，本实例中，对所提的基于信漏噪比的一体化预编码方案进行仿真验证和性能分析。同时与基于迫零准则和信干噪比阈值的一体化预编码方案进行比较。记基于最大信道容量准则的一体化预编码方案下的特征值分解和凸优化逼近方法分别为SR_EIG和SR_OPT，基于信道衰落抵消准则的一体化预编码方案下的特征值分解和凸优化逼近方法分别为FC_EIG和FC_OPT，基于迫零准则和信干噪比阈值的一体化预编码方案为ZF和SINR，基于信干噪比阈值和空时编码扩展数据流的预编码方案为STC。对比结果如图2、图3和图4所示。

图2为本说明书中一种基于最大信道容量准则得到的不同通信用户数下的方向图与仅考虑雷达性能的方向图比较示意图，其中标识(a)的是特征值分解得到的方向图，标识(b)的是凸优化逼近得到的方向图。

图3为本说明书中一种基于信道衰落抵消准则得到的不同通信用户数下的方向图与仅考虑雷达性能的方向图比较示意图，其中标识(a)的是特征值分解得到的方向图，标识(b)的是凸优化逼近得到的方向图。

图4为本说明书中一种不同通信用户数下各一体化预编码方案复杂度比较示意图，其中标识(a)的是不同通信用户数下的理论复杂度比较，标识(b)的是不同通信用户数下实际计算时间比较。

由图2可见，基于最大信道容量的两种方法在不同用户数下得到的方向图都有明显的三个峰，且与设定的方向相同，雷达探测性能良好。但随着用户数上升，方向图的波峰下降，旁瓣上升，雷达性能逐渐下降。此外，凸优化逼近得到的方向图优于特征值分解得到的方向图。

由图3可见，基于信道衰落抵消准则的两种方法在不同用户数下得到的方向图均有明显的三个峰，且与设定的方向相同。随着用户数上升，两种方法的雷达性能都下降。此外，凸优化逼近得到的方向图在用户数较少时优于特征值分解方法，而在用户数较多时，性能快速下降。

由图4可见，最大信道容量准则和基于信道衰落抵消准则下的不同实现方法下的复杂度，并分别从理论时间复杂度量级与实际计算时间两个角度，与基于迫零准则和信干噪比阈值的预编码方案进行比较。图4(a)中两种准则下的凸优化逼近实现方案复杂度与基于迫零准则的预编码方案相当，比基于信干噪比阈值的预编码方案低，用户数越多越明显。两种准则的特征值分解实现方案比基于迫零准则的预编码方案低4个数量级，比基于信干噪比阈值的预编码方案低4到7个数量级，用户数越多越明显。实际计算时间为从信号输入经过预编码矩阵计算到最后生成发射信号所用的时间。计算过程中保持计算机可用资源充足且一致，信干噪比阈值设置相同，每个方案运行500次取平均值，图4(b)中基于最大信道容量准则和基于信道衰落抵消准则下的凸优化逼近方法在不同用户数下的计算时间均快于基于信干噪比阈值的预编码方案，用户数越多越明显。与基于迫零准则预编码方案计算时间接近。基于最大信道容量准则和基于信道衰落抵消准则下的特征值分解方法计算时间显著快于其他方案。

从图2、图3和图4展示结果可见，本发明提供的一体化预编码方式相较于传统一体化预编码方式在保持通信性能与雷达性能良好的情况下，大大降低预编码计算复杂度。

以上为本说明书的一个或多个实施例提供的雷达通信一体化发射信号的确定方法，基于同样的思路，本说明书还提供了相应的雷达通信一体化发射信号的确定装置，如图5所示。

图5为本说明书提供的一种雷达通信一体化发射信号的确定装置示意图，包括：

获取模块201，用于获取多路雷达数据流和多路通信数据流；

通信预编码模块202，用于以用户通信的信漏噪比最大为优化目标，计算通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵；

能量分配模块203，用于将通信信道容量最大或每路通信功率相同作为通信目标，根据通信目标对每路通信数据流进行能量分配；根据能量归一化的通信预编码矩阵和为每路通信数据流分配的能量，确定最终通信预编码矩阵；

雷达预编码模块204，用于构造雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差，并以最小化偏差为优化目标，确定雷达预编码矩阵；

信号确定模块205，用于根据多路雷达数据流和雷达预编码矩阵，以及多路通信数据流和最终通信预编码矩阵，确定雷达通信一体化发射信号。

可选地，所述通信预编码模块202，通过下式计算信漏噪比：

以用户通信的信漏噪比最大为优化目标，通过下式计算每路数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵：

其中，SLNR_k为信漏噪比，H_k为下行第k个用户对应的信道矩阵，K为通信数据流的路数，对应下行K个通信用户，k为通信数据流中的第k路，k＝1,2,......K，w_c,k为第k路通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵，H_j为下行第j个用户对应的信道矩阵，为噪声方差，I为单位矩阵，(·)^H表示取共轭转置，P_k为第k路通信数据流分配的能量，为的最大特征值对应的特征向量，的模为1。

可选地，所述能量分配模块203，当通信目标为通信信道容量最大时，根据最大信道容量准则对每路通信数据流进行能量分配，当通信目标为每路通信功率相同时，根据信道衰落抵消准则对每路通信数据流进行能量分配。

可选地，所述能量分配模块203，通过下式计算总信道容量：

根据通信能量不能取负和发射天线功率制约，当总信道容量取到最大时，通过下式计算每路通信数据流分配的能量：

其中，H_k为下行第k个用户对应的信道矩阵，K为通信数据流的路数，对应下行K个通信用户，k为通信数据流中的第k路，k＝1,2,......K，(·)^H表示取共轭转置，为噪声方差，P_k为第k路通信数据流分配的能量，L_k为雷达通信一体化发射信号满足期望方向图下的下行第k个用户接收到的信号总能量与接收的通信信号能量之比，R₀为雷达通信一体化发射信号满足期望方向图下的协方差矩阵，C为总信道容量，P_k为第k路通信数据流分配的能量，β为缩放系数，H_i为下行第i个用户对应的信道矩阵，P_all/N_t为每根天线最大发射功率，为预编码后通信信号的协方差矩阵。

可选地，所述能量分配模块203，由信道衰落抵消准则可得每路通信的能量分配满足下式：

通过下式计算每路通信数据流分配的能量：

其中，H_k为下行第k个用户对应的信道矩阵，K为通信数据流的路数，对应下行K个通信用户，k为通信数据流中的第k路，k＝1,2,......K，为第k路通信数据流对应的通信用户接收到的信号功率，P_k为第k路通信数据流分配的能量，P_c为通信总功率，H_i为下行第i个用户对应的信道矩阵，为第i路通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵。

可选地，所述雷达预编码模块204，将雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图的偏差，映射为生成信号的协方差矩阵与雷达通信一体化发射信号满足期望方向图下的协方差矩阵之间的偏差，

通过下式计算雷达协方差矩阵最优解：

对雷达协方差矩阵最优解进行特征值分解得到：

通过下式结算通信预编码矩阵和雷达预编码矩阵：

其中，为雷达协方差矩阵最优解，为通信协方差矩阵，σ_i为第i个正特征值，u_i为σ_i对应的特征向量，w_c,k为第k路通信数据流的最终通信预编码矩阵，η为功率缩放系数，w_r,i为第i路雷达数据流的雷达预编码矩阵，M为雷达数据流的路数。

可选地，所述雷达预编码模块204，在发射天线功率约束下，通过下式表示优化目标：

R_r≥0，

对优化目标进行求解得到雷达协方差矩阵，通过下式对雷达协方差矩阵进行特征值分解并确定雷达预编码矩阵：

其中，α为归一化因子，L为考虑角度范围划分的网格数量，P_Total为系统总功率，φ(θ)为雷达通信一体化发射信号的期望方向图，a(θ_n)为导向矢量，R_c为通信协方差矩阵，R_r为雷达协方差矩阵，N_t为基站发射端配置的天线数量，σ_i为第i个正特征值，u_i为σ_i对应的特征向量，w_r,i为第i路雷达数据流的雷达预编码矩阵。

可选地，所述雷达预编码模块204，将雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图的偏差，映射为生成信号的协方差矩阵与雷达通信一体化发射信号满足期望方向图下的协方差矩阵之间的偏差，

通过下式计算通信协方差矩阵：

通过下式计算雷达协方差矩阵最优解：

对雷达协方差矩阵最优解进行特征值分解得到：

通过下式计算通信预编码矩阵和雷达预编码矩阵：

其中，为雷达协方差矩阵最优解，为通信协方差矩阵，(·)^H表示取共轭转置，σ_i为第i个正特征值，u_i为σ_i对应的特征向量，w_c,k为第k路通信数据流的最终通信预编码矩阵，η为功率缩放系数，w_r,i为第i路雷达数据流的雷达预编码矩阵，M为雷达数据流的路数。

可选地，所述雷达预编码模块204，在发射天线功率约束和信干噪比阈值约束下，通过下式表示优化目标：

SINR_k≥γ,k＝1,…,K

P_c＜P_Total

R_r≥0，

对优化目标进行求解得到雷达协方差矩阵，通过下式对雷达协方差矩阵进行特征值分解并确定雷达预编码矩阵：

其中，(·)^H表示取共轭转置，α为归一化因子，L为考虑角度范围划分的网格数量，P_Total为系统总功率，φ(θ)为雷达通信一体化发射信号的期望方向图，a(θ_n)为导向矢量，R_c为通信协方差矩阵，R_r为雷达协方差矩阵，N_t为基站发射端配置的天线数量，σ_i为第i个正特征值，u_i为σ_i对应的特征向量，w_r,i为第i路雷达数据流的雷达预编码矩阵。

关于雷达通信一体化发射信号的确定装置的具体限定可以参见上文中对于雷达通信一体化发射信号的确定方法的限定，在此不再赘述。上述雷达通信一体化发射信号的确定装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

本说明书还提供了一种计算机可读存储介质，该存储介质存储有计算机程序，计算机程序可用于执行上述图1提供的雷达通信一体化发射信号的确定方法。

本说明书还提供了图6所示的计算机设备的结构示意图，如图6所述，在硬件层面，该计算机设备包括处理器、内部总线、网络接口、内存以及非易失性存储器，当然还可能包括其他业务所需要的硬件。处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，以实现上述图1提供的雷达通信一体化发射信号的确定方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (10)

1.一种雷达通信一体化发射信号的确定方法，其特征在于，通感一体化基站发射端执行以下步骤，包括：

获取多路雷达数据流和多路通信数据流；

以用户通信的信漏噪比最大为优化目标，计算通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵；

将通信信道容量最大或每路通信功率相同作为通信目标，根据通信目标对每路通信数据流进行能量分配；根据能量归一化的通信预编码矩阵和为每路通信数据流分配的能量，确定最终通信预编码矩阵；

构造雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差，并以最小化偏差为优化目标，确定雷达预编码矩阵；

根据多路雷达数据流和雷达预编码矩阵，以及多路通信数据流和最终通信预编码矩阵，确定雷达通信一体化发射信号。

2.如权利要求1所述的雷达通信一体化发射信号的确定方法，其特征在于，所述以用户通信的信漏噪比最大为优化目标，计算通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵，具体包括：

通过下式计算信漏噪比：

以用户通信的信漏噪比最大为优化目标，通过下式计算每路数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵：

其中，SLNR_k为信漏噪比，H_k为下行第k个用户对应的信道矩阵，K为通信数据流的路数，对应下行K个通信用户，k为通信数据流中的第k路，k＝1,2,......K，w_c,k为第k路通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵，H_j为下行第j个用户对应的信道矩阵，为噪声方差，I为单位矩阵，(·)^H表示取共轭转置，P_k为第k路通信数据流分配的能量，为的最大特征值对应的特征向量，的模为1。

3.如权利要求1所述的雷达通信一体化发射信号的确定方法，其特征在于，所述根据通信目标对每路通信数据流进行能量分配，具体包括：

当通信目标为通信信道容量最大时，根据最大信道容量准则对每路通信数据流进行能量分配；

当通信目标为每路通信功率相同时，根据信道衰落抵消准则对每路通信数据流进行能量分配。

4.如权利要求3所述的雷达通信一体化发射信号的确定方法，其特征在于，所述根据最大信道容量准则对每路通信数据流进行能量分配，具体包括：

通过下式计算总信道容量：

根据通信能量不能取负和发射天线功率约束，当总信道容量取到最大时，通过下式计算每路通信数据流分配的能量：

其中，H_k为下行第k个用户对应的信道矩阵，K为通信数据流的路数，对应下行K个通信用户，k为通信数据流中的第k路，k＝1,2,......K，(·)^H表示取共轭转置，为噪声方差，P_k为第k路通信数据流分配的能量，L_k为雷达通信一体化发射信号满足期望方向图下的下行第k个用户接收到的信号总能量与接收的通信信号能量之比，R₀为雷达通信一体化发射信号满足期望方向图下的协方差矩阵，C为总信道容量，P_k为第k路通信数据流分配的能量，β为缩放系数，H_i为下行第i个用户对应的信道矩阵，P_all/N_t为每根天线最大发射功率，为预编码后通信信号的协方差矩阵。

5.如权利要求3所述的雷达通信一体化发射信号的确定方法，其特征在于，所述根据信道衰落抵消准则对每路通信数据流进行能量分配，具体包括：

由信道衰落抵消准则可得每路通信的能量分配满足下式：

通过下式计算每路通信数据流分配的能量：

其中，H_k为下行第k个用户对应的信道矩阵，K为通信数据流的路数，对应下行K个通信用户，k为通信数据流中的第k路，k＝1,2,......K，为第k路通信数据流对应的通信用户接收到的信号功率，P_k为第k路通信数据流分配的能量，P_c为通信总功率，H_i为下行第i个用户对应的信道矩阵，为第i路通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵。

6.如权利要求4所述的雷达通信一体化发射信号的确定方法，其特征在于，所述构造雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差，并以最小化偏差为优化目标，确定雷达预编码矩阵，具体包括：

将雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图的偏差，映射为生成信号的协方差矩阵与雷达通信一体化发射信号满足期望方向图下的协方差矩阵之间的偏差；

通过下式计算雷达协方差矩阵最优解：

对雷达协方差矩阵最优解进行特征值分解得到：

通过下式计算通信预编码矩阵和雷达预编码矩阵：

其中，为雷达协方差矩阵最优解，为通信协方差矩阵，σ_i为第i个正特征值，u_i为σ_i对应的特征向量，w_c,k为第k路通信数据流的最终通信预编码矩阵，η为功率缩放系数，w_r,i为第i路雷达数据流的雷达预编码矩阵，M为雷达数据流的路数。

7.如权利要求4所述的雷达通信一体化发射信号的确定方法，其特征在于，所述构造雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差，并以最小化偏差为优化目标，确定雷达预编码矩阵，具体包括：

在发射天线功率约束下，通过下式表示优化目标：

R_r≥0；

对优化目标进行求解得到雷达协方差矩阵，通过下式对雷达协方差矩阵进行特征值分解并确定雷达预编码矩阵：

其中，α为归一化因子，L为考虑角度范围划分的网格数量，P_Total为系统总功率，φ(θ)为雷达通信一体化发射信号的期望方向图，a(θ_n)为导向矢量，R_c为通信协方差矩阵，R_r为雷达协方差矩阵，N_t为基站发射端配置的天线数量，σ_i为第i个正特征值，u_i为σ_i对应的特征向量，w_r,i为第i路雷达数据流的雷达预编码矩阵。

8.如权利要求5所述的雷达通信一体化发射信号的确定方法，其特征在于，所述构造雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差，并以最小化偏差为优化目标，确定雷达预编码矩阵，具体包括：

将雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图的偏差，映射为生成信号的协方差矩阵与雷达通信一体化发射信号满足期望方向图下的协方差矩阵之间的偏差；

通过下式计算通信协方差矩阵：

通过下式计算雷达协方差矩阵最优解：

对雷达协方差矩阵最优解进行特征值分解得到：

通过下式计算通信预编码矩阵和雷达预编码矩阵：

其中，为雷达协方差矩阵最优解，为通信协方差矩阵，(·)^H表示取共轭转置，σ_i为第i个正特征值，u_i为σ_i对应的特征向量，w_c,k为第k路通信数据流的最终通信预编码矩阵，η为功率缩放系数，w_r,i为第i路雷达数据流的雷达预编码矩阵，M为雷达数据流的路数。

9.如权利要求5所述的雷达通信一体化发射信号的确定方法，其特征在于，所述构造雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差，并以最小化偏差为优化目标，确定雷达预编码矩阵，具体包括：

在发射天线功率约束和信干噪比阈值约束下，通过下式表示优化目标：

SINR_k≥γ,k＝1,…,K

P_c＜P_Total

R_r≥0；

对优化目标进行求解得到雷达协方差矩阵，通过下式对雷达协方差矩阵进行特征值分解并确定雷达预编码矩阵：

其中，(·)^H表示取共轭转置，α为归一化因子，L为考虑角度范围划分的网格数量，P_Total为系统总功率，φ(θ)为雷达通信一体化发射信号的期望方向图，a(θ_n)为导向矢量，R_c为通信协方差矩阵，R_r为雷达协方差矩阵，N_t为基站发射端配置的天线数量，σ_i为第i个正特征值，u_i为σ_i对应的特征向量，w_r,i为第i路雷达数据流的雷达预编码矩阵。

10.一种雷达通信一体化发射信号的确定装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取多路雷达数据流和多路通信数据流；

通信预编码模块，用于以用户通信的信漏噪比最大为优化目标，计算通信数据流对应的能量归一化的通信预编码矩阵；

能量分配模块，用于将通信信道容量最大或每路通信功率相同作为通信目标，根据通信目标对每路通信数据流进行能量分配；根据能量归一化的通信预编码矩阵和为每路通信数据流分配的能量，确定最终通信预编码矩阵；

雷达预编码模块，用于构造雷达通信一体化发射信号的生成方向图和期望方向图之间的偏差，并以最小化偏差为优化目标，确定雷达预编码矩阵；

信号确定模块，用于根据多路雷达数据流和雷达预编码矩阵，以及多路通信数据流和最终通信预编码矩阵，确定雷达通信一体化发射信号。