WO2022033050A1 - 一种机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计方法，包括S1、确定机载雷达通信一体化系统，该系统同时发射多个波束完成目标跟踪与通信数据传输功能；S2、构建表征机载雷达通信一体化系统目标跟踪性能的距离跟踪误差与角度跟踪误差表达式，并构建表征机载雷达通信一体化系统通信性能的数据传输速率表达式；S3、建立机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型；S4、对步骤S3建立的机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型进行求解。本发明方法降低了机载雷达通信一体化系统的射频辐射资源消耗，有效提升了机载雷达通信一体化系统的射频隐身性能。

Description

一种机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计方法 技术领域

本发明涉及雷达信号处理的技术，具体涉及一种机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计方法。

背景技术

当今战场环境下，任何单一的电子装备或多种电子装备的简单叠加都难以应对敌方综合性高科技电子兵器，难以确保实施有效和可靠的探测跟踪、数据通信与干扰压制。因此，必须把不同种类、不同用途的电子设备与当代先进的电子信息技术和微波光子技术有机结合，构成综合性的电光信息技术体系。随着信息技术和武器攻防系统的迅速发展，为适应当今及未来战争的需要，机载雷达通信一体化系统应运而生。有了机载雷达通信一体化系统，不但可以随时收集、分析不同作战区域的动态信息，而且可以安全、精确地传递作战指令和跟踪目标，以便从任何地点对敌方目标实施火力打击。

随着技术的发展，作战平台面临的威胁日益增多，其工作的电磁环境也日趋复杂。为了提高机载雷达通信一体化系统的战场生存能力，射频隐身技术受到了越来越多的关注。射频隐身技术是指机载有源电子设备射频辐射信号的目标特征减缩控制技术，目的是增大敌方无源探测系统截获、分选、识别的难度，实现机载有源电子设备射频辐射信号相对于敌方无源探测系统的“隐身”。

然而，现有技术中尚未有机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计方法，降低了机载雷达通信一体化系统的射频辐射资源消耗，有效提升了机载雷达通信一体化系统的射频隐身性能。

技术方案：本发明的机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计方法，包括以下步骤：

S1、确定机载雷达通信一体化系统，该系统同时发射多个波束完成目标跟踪与通信数据传输功能；

S2、构建表征机载雷达通信一体化系统目标跟踪性能的距离跟踪误差与角度跟踪误差表达式，并构建表征机载雷达通信一体化系统通信性能的数据传输速率表达式；

S3、建立机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型；

S4、对步骤S3建立的机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型进行求解。

进一步的，步骤S2中构建表征机载雷达通信一体化系统目标跟踪性能的距离跟踪误差与角度跟踪误差表达式，具体为：

距离跟踪误差δ _R表示为：

其中，c为光速，B ₀为等效噪声带宽，f _r为雷达信号脉冲重复频率，T _d为雷达信号驻留时间，P _r为雷达信号辐射功率，N ₀为噪声功率；

角度跟踪误差δ _θ表示为：

其中，θ ₃为3dB波束宽度，K _AM为角灵敏度函数斜率，τ为雷达信号脉冲宽度。

进一步的，步骤S2中构建表征机载雷达通信一体化系统通信性能的数据传输速率表达式，具体为：

数据传输速率表达式为：

其中，B为信道带宽，P _c为通信信号辐射功率。

进一步的，步骤S3具体为：

根据给定的距离跟踪误差阈值γ _R、角度跟踪误差阈值γ _θ、数据传输速率阈值γ _c，建立机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型，如下所示：

其中，

为雷达信号辐射功率的上限，

为通信信号辐射功率的上限。

进一步的，步骤S4具体为：

由机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型中的第一个约束条件可知，为满足给定的距离跟踪误差阈值，则有：

通过代数运算，雷达信号辐射功率需满足下式：

由机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型中的第二个约束条件可知，为满足给定的角度跟踪误差阈值，则有：

通过代数运算，雷达信号辐射功率需满足下式：

结合式(5)、式(7)及雷达信号辐射功率的上限

满足机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型的雷达信号辐射功率最优值为：

其中，(·) ^*表示参数的最优值，min[a,b,…]表示取a,b,…中的最小值；max[c,d,…]表示取c,d,…中的最大值。

由机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型中的第三个约束条件可知，为 满足给定的数据传输速率阈值，则有：

通过代数运算，通信信号辐射功率需满足下式：

结合式(11)及通信信号辐射功率的上限

满足机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型的通信信号辐射功率最优值为：

有益效果：与现有技术相比，本发明不仅能够满足预先设定的目标跟踪性能要求与通信性能要求，而且有效降低了机载雷达通信一体化系统的射频辐射资源消耗，从而提升了机载雷达通信一体化系统的射频隐身性能。产生该优点的原因是本发明采用了一种机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计方法，该方法以满足给定的距离跟踪误差阈值、角度跟踪误差阈值、数据传输速率阈值与辐射功率资源为约束条件，以最小化机载雷达通信一体化系统的总辐射功率为优化目标，建立机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型。通过求解该优化模型，得到在满足给定的距离跟踪误差阈值、角度跟踪误差阈值、数据传输速率阈值与辐射功率资源条件下，使得机载雷达通信一体化系统总辐射功率最小的雷达信号辐射功率与通信信号辐射功率作为最优解，从而有效提升了机载雷达通信一体化系统的射频隐身性能。

附图说明

图1是本发明方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明从实际工程应用需求出发，提出了一种机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计方法，降低了机载雷达通信一体化系统的射频辐射资源消耗，有效提升了机载雷达通信一体化系统的射频隐身性能。首先，考虑一部机载雷达通信一体化系统，该系统可通过同时发射多个波束完成目标跟踪与通信数据传输功能。其次，构建表征机载雷达 通信一体化系统目标跟踪性能的距离跟踪误差与角度跟踪误差表达式，并构建表征机载雷达通信一体化系统通信性能的数据传输速率表达式。再次，以满足给定的距离跟踪误差阈值、角度跟踪误差阈值、数据传输速率阈值与辐射功率资源为约束条件，以最小化机载雷达通信一体化系统的总辐射功率为优化目标，建立机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型，从而降低机载雷达通信一体化系统的射频辐射资源消耗，提升其射频隐身性能。

如图1所示，本发明的一种机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计方法，包括以下步骤：

S1、考虑一部机载雷达通信一体化系统，该系统可以同时发射多个波束完成目标跟踪与通信数据传输功能；

S2、构建表征机载雷达通信一体化系统目标跟踪性能的距离跟踪误差与角度跟踪误差表达式，并构建表征机载雷达通信一体化系统通信性能的数据传输速率表达式；如下所示：

距离跟踪误差δ _R可以表示为：

其中，c为光速，B ₀为等效噪声带宽，f _r为雷达信号脉冲重复频率，T _d为雷达信号驻留时间，P _r为雷达信号辐射功率，N ₀为噪声功率。

角度跟踪误差δ _θ可以表示为：

式中，θ ₃为3dB波束宽度，K _AM为角灵敏度函数斜率(通常取值为1.57)，τ为雷达信号脉冲宽度。

数据传输速率表达式为：

其中，B为信道带宽，P _c为通信信号辐射功率。

S3、建立机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型；

根据给定的距离跟踪误差阈值γ _R、角度跟踪误差阈值γ _θ、数据传输速率阈值γ _c，建立机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型，如下所示：

其中，

为雷达信号辐射功率的上限，

为通信信号辐射功率的上限。

S4、对模型(4)进行求解；

由模型(4)中的第一个约束条件可知，为满足给定的距离跟踪误差阈值，则有：

通过代数运算，雷达信号辐射功率需满足下式：

由模型(4)中的第二个约束条件可知，为满足给定的角度跟踪误差阈值，则有：

通过代数运算，雷达信号辐射功率需满足下式：

结合式(5)、式(7)及雷达信号辐射功率的上限

满足模型(4)的雷达信号辐射功率最优值为：

其中，(·) ^*表示参数的最优值，min[a,b,…]表示取a,b,…中的最小值，max[c,d,…]表示取c,d,…中的最大值。

由模型(4)中的第三个约束条件可知，为满足给定的数据传输速率阈值，则有：

通过代数运算，通信信号辐射功率需满足下式：

结合式(11)及通信信号辐射功率的上限

满足模型(4)的通信信号辐射功率最优值为：

本发明创造的工作原理及工作过程：

本发明首先考虑一部机载雷达通信一体化系统，该系统可通过同时发射多个波束完成目标跟踪与通信数据传输功能。其次，构建表征机载雷达通信一体化系统目标跟踪性能的距离跟踪误差与角度跟踪误差表达式，并构建表征机载雷达通信一体化系统通信性能的数据传输速率表达式。再次，以满足给定的距离跟踪误差阈值、角度跟踪误差阈值、数据传输速率阈值与辐射功率资源为约束条件，以最小化机载雷达通信一体化系统的总辐射功率为优化目标，建立机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型。最后，通过代数运算对所建立的优化模型进行求解。通过求解该优化模型，得到在满足给定的距离跟踪误差阈值、角度跟踪误差阈值、数据传输速率阈值与辐射功率资源条件下，使得机载雷达通信一体化系统总辐射功率最小的雷达信号辐射功率

与通信信号辐射功率

作为最优解，即可得到符合约束条件的机载雷达通信一体化系统最优辐射功率设计结果。

本发明创造的发明点：

1、针对机载雷达通信一体化系统，构建表征机载雷达通信一体化系统目标跟踪性能的距离跟踪误差与角度跟踪误差表达式，并构建表征机载雷达通信一体化系统通信 性能的数据传输速率表达式。

2、以满足给定的距离跟踪误差阈值、角度跟踪误差阈值、数据传输速率阈值与辐射功率资源为约束条件，以最小化机载雷达通信一体化系统的总辐射功率为优化目标，建立机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型。通过求解该优化模型，得到在满足给定的距离跟踪误差阈值、角度跟踪误差阈值、数据传输速率阈值与辐射功率资源条件下，使得机载雷达通信一体化系统总辐射功率最小的雷达信号辐射功率

与通信信号辐射功率

作为最优解。

Claims (5)

1. 一种机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

   S1、确定机载雷达通信一体化系统，该系统同时发射多个波束完成目标跟踪与通信数据传输功能；

   S2、构建表征机载雷达通信一体化系统目标跟踪性能的距离跟踪误差与角度跟踪误差表达式，并构建表征机载雷达通信一体化系统通信性能的数据传输速率表达式；

   S3、建立机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型；

   S4、对步骤S3建立的机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型进行求解。
2. 根据权利要求1所述的机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计方法，其特征在于，步骤S2中构建表征机载雷达通信一体化系统目标跟踪性能的距离跟踪误差与角度跟踪误差表达式，具体为：

   距离跟踪误差δ _R表示为：

   

   其中，c为光速，B ₀为等效噪声带宽，f _r为雷达信号脉冲重复频率，T _d为雷达信号驻留时间，P _r为雷达信号辐射功率，N ₀为噪声功率；

   角度跟踪误差δ _θ表示为：

   

   其中，θ ₃为3dB波束宽度，K _AM为角灵敏度函数斜率，τ为雷达信号脉冲宽度。
3. 根据权利要求1所述的机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计方法，其特征在于，步骤S2中构建表征机载雷达通信一体化系统通信性能的数据传输速率表达式，具体为：

   数据传输速率R _c表达式为：

   

   其中，B为信道带宽，P _c为通信信号辐射功率，N ₀为噪声功率。
4. 根据权利要求1所述的机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计方法，其特征在于，步骤S3具体为：

   根据给定的距离跟踪误差阈值γ _R、角度跟踪误差阈值γ _θ、数据传输速率阈值γ _c，建立机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型，如下所示：

   

   其中，P _r为雷达信号辐射功率，P _c为通信信号辐射功率，δ _R为距离跟踪误差，δ _θ为角度跟踪误差，R _c为数据传输速率，

   

   为雷达信号辐射功率的上限，

   

   为通信信号辐射功率的上限。
5. 根据权利要求1所述的机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计方法，其特征在于，步骤S4具体为：

   由机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型中的第一个约束条件可知，为满足给定的距离跟踪误差阈值，则有：

   

   其中，c为光速，B ₀为等效噪声带宽，f _r为雷达信号脉冲重复频率，T _d为雷达信号驻留时间，P _r为雷达信号辐射功率，N ₀为噪声功率，γ _R为给定的距离跟踪误差阈值；

   通过代数运算，雷达信号辐射功率需满足下式：

   

   由机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型中的第二个约束条件可知，为 满足给定的角度跟踪误差阈值，则有：

   

   其中，θ ₃为3dB波束宽度，K _AM为角灵敏度函数斜率，τ为雷达信号脉冲宽度，γ _θ为角度跟踪误差阈值；

   通过代数运算，雷达信号辐射功率需满足下式：

   

   结合式(5)、式(7)及雷达信号辐射功率的上限

   

   满足机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型的雷达信号辐射功率最优值

   

   为：

   

   其中，(·) ^*表示参数的最优值，min[a,b,…]表示取a,b,…中的最小值；max[c,d,…]表示取c,d,…中的最大值。

   由机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型中的第三个约束条件可知，为满足给定的数据传输速率阈值，则有：

   

   其中，B为信道带宽，P _c为通信信号辐射功率，N ₀为噪声功率，γ _c为数据传输速率阈值；

   通过代数运算，通信信号辐射功率需满足下式：

   

   结合式(11)及通信信号辐射功率的上限

   

   满足机载雷达通信一体化系统辐射功率优化设计模型的通信信号辐射功率最优值

   

   为：

   

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