一种合作的MIMO雷达和MIMO通信系统性能计算方法技术方案

该发明专利技术公开了一种合作的MIMO雷达和MIMO通信系统性能计算方法，属于雷达通信一体化技术领域，它特别涉及关于雷达通信一体化信号处理中的参数估计性能界克拉美罗界的计算和通信互信息的计算。利用如上步骤计算得到的雷达参数估计CRB和通信互信息MI，用来评估合作的MIMO雷达和MIMO通信一体化系统的性能。由于本方法是基于合作的方式，因此雷达系统和通信系统可以相互利用，提升雷达和通信系统整体的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种合作的MIMO雷达和MIMO通信系统性能计算方法
本专利技术属于雷达通信一体化
，它特别涉及关于雷达通信一体化信号处理中的参数估计性能界克拉美罗界(CRB)的计算和通信互信息(MI)的计算。
技术介绍
无线通信对有用频谱的需求日益增加，导致与传统合法频谱的主要用户(如雷达)发生冲突。因此，人们对雷达通信一体化系统中雷达和通信之间共享频谱的方法进行了许多新的研究。多输入多输出技术(MultipleInputMultipleOut)是一种多天线收发技术，可以大大提高雷达系统的检测性能，估计性能和跟踪性能，并增加通信系统的容量。将MINO技术应用到雷达通信一体化系统中可以极大的提升系统的整体性能。克拉美罗界(CRB)作为参数无偏估计误差的下限，是雷达参数估计问题中常用的估计性能评价指标。互信息(MI)作为反映信道质量的一个量，是通信系统中常用的性能衡量指标。因此，雷达通信一体化系统中，可以选择CRB和MI来评价一体化系统的性能。大部分雷达通信一体化系统中，雷达系统和通信系统都是将相互发射的信号作为干扰，而在文献1(M.Bica,K.W.Huang,U.Mitra,andV.Koivunen,“Opportunisticradarwaveformdesigninjointradarandcellularcommunicationsystems,”inProceedingsofthe2015IEEEGlobalCommunicationsConference(GLOBECOM),Dec2015,pp.1–7)和文献2(M.BicaandV.Koivunen,“Delayestimationmethodforcoexistingradarandwirelesscommunicationsystems,”inProceedingsofthe2017IEEERadarConference(RadarConf),May2017,pp.1557–1561)中，考虑利用通信信号来提升单天线雷达系统的目标检测和时延估计性能。同理，通过与雷达系统合作，通信系统的性能也可以得到提升。因此，在MIMO雷达和MIMO通信一体化系统中，考虑合作的雷达和通信系统的性能增益是十分有必要的。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
的不足解决的技术问题是,获得一种考虑合作的MIMO雷达和MIMO通信系统的性能计算方法，计算了雷达目标参数估计的克拉美罗界(CRB)和通信系统互信息(MI)。本专利技术的技术方案为一种合作的MIMO雷达和MIMO通信系统性能计算方法，该方法包括：步骤1：针对MIMO雷达系统将NR个接收机接收到的信号采样值按顺序排列成一列，构成接收信号rR；rR＝URtsRt+URsR+UCtsCt+UCsC+wR，其中，rR,n＝(rR,n[1],…,rR,n[K])T，URt,n＝Diag{uRt,n(1),…,uRt,n(K)}，sRt,n＝[sRt,n(1)T,…,sRt,n(K)T]T，wR,n＝[wR,n(1),…,wR,n(K)]T，前四项分别表示目标反射的雷达信号，直达的雷达信号，目标反射的通信信号，直达的通信信号，最后一项为雷达接收端的杂波加噪声；MR为雷达系统的单天线雷达发射机个数和NR为单天线雷达接收机个数，MC为通信系统单天线通信发射机个数和NC为单天线通信接收机个数，第m个雷达发射机和第m'个通信发射机在kTs时刻的采样值分别为和其中ER,m和EC,m'为发射信号功率，Ts为采样间隔，k(k＝1,…,K)是采样数字，τRt,nm,τR,nm,τCt,nm′,τC,nm′代表相应的时延，ζRt,nm,ζCt,nm′表示相应的目标反射系数，可以通过预处理得到，wR,n[k]表示杂波加噪声，UR，sR，UCt，sCt，UC，sC采用类似的方式定义；噪声wR假设服从0均值复高斯随机分布，协方差矩阵为QR；步骤2：根据下式求得θ的估计值其中：θ为我们要估计的目标位置x,y，表示为：θ＝[x,y]T；步骤3：设获得矩阵其中,MR表示雷达发射机的个数，MC表示通信发射机的个数，NR表示雷达接收机的个数，F为雷达信号时延对目标位置x,y的导数，τRt,nm(n＝1,...,NR,m＝1,...,MR)表示第m个雷达发射机到第n个雷达接收机的时延，G为通信信号时延对目标位置x,y的导数，τCt,nm'(m'＝1,…,MC)表示第m'个通信发射机到第n个雷达接收机的时延；步骤4：得到矩阵的第ij个元素为：其中：为取实部；步骤5：根据公式：计算出J(θ)，J(θ)为对应于x,y的费歇尔信息矩阵，▽θ为梯度操作，最终可得：CRB＝J(θ)-1，CRB的对角元素分别为目标位置x,y的克拉美罗下界；步骤6：根据公式：得到雷达系统总的估计性能度量平均根克拉美罗下界，CRB1,1和CRB2,2分别为CRB的第一个对角元素和第二个对角元素；步骤7：针对MIMO通信系统将NC个通信接收机接收到的信号采样值按顺序排列成一列，构成接收信号rC；其中，rC,n′＝(rC,n′(1),...,rC,n′(K))T，wC,n′＝[wC,n′(1),...,wC,n′(K)]T，前四项分别为目标反射的通信信号，直达的通信信号，目标反射的雷达信号，直达的雷达信号，最后一项为通信接收端的杂波加噪声，代表相应的时延，ζCt,n′m′,ζRt,n′m表示相应的目标反射系数(假设可以通过预处理得到)，wC,n'[k]表示杂波加噪声。采用类似的方式定义。噪声wC假设服从0均值复高斯随机分布，协方差矩阵为QC；步骤8：确定通信接收信号的协方差矩阵C用于最大似然估计其中，表示接收直达通信信号的自相关矩阵，表示接收直达通信信号和目标反射的通信信号的互相关矩阵，表示目标反射的通信信号的自相关矩阵，QC表示杂波加噪声的协方差矩阵；步骤9：根据下式求得θ的估计值表示为其中θ为估计的目标位置x,y，表示为：θ＝[x,y]T；步骤10：根据公式计算时延和其中表示第n'(n'＝1,…,NC)个通信接收机在一个二维的笛卡尔坐标系中位置，表示第m(m＝1,…,MR)个雷达发射机位置，表示第m'(m'＝1,…,Mc)个通信发射机位置，nCt,n′m′,nRt,n′m为服从高斯分布的估计误差；将代入的表达式，进而得到通信端雷达的回波信号估计值利用雷达共享的信号信息和位置信息得到直达的雷达信号步骤11：消除通信接收信号中的雷达信号干扰，其中为消除目标反射的雷达信号后的残余误差，表示sR,m(t)对t求导；步骤11：根据公式，计算通信系统的互信息其中I为单位矩阵，表示求数学期望。利用如上步骤计算得到的雷达参数估计CRB和通信互信息MI，用来评估合作的MIMO雷达和MIMO通信一体化系统的性能。由于本方法是基于合作的方式，因此雷达系统和通信系统可以相互利用，提升雷达和通信系统整体的性能。附图说明图1是MIMO雷达和MIMO通信系统结构示意图。图2是在不同的αE下计算的共存MIMO雷达和MIMO通信系统的雷达定位RCRB示意图。图3是在不同的αE下计算的共存MIMO雷达和MIMO通信系统的通信互信息MI示意图。具体实施方式为了方便描述，首先进行如下定义：()T为转置，()H为共轭转置，为取实部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种合作的MIMO雷达和MIMO通信系统性能计算方法，该方法包括：步骤1：针对MIMO雷达系统将NR个接收机接收到的信号采样值按顺序排列成一列，构成接收信号rR；rR＝URtsRt+URsR+UCtsCt+UCsC+wR，其中，

【技术特征摘要】
1.一种合作的MIMO雷达和MIMO通信系统性能计算方法，该方法包括：步骤1：针对MIMO雷达系统将NR个接收机接收到的信号采样值按顺序排列成一列，构成接收信号rR；rR＝URtsRt+URsR+UCtsCt+UCsC+wR，其中，rR,n＝(rR,n[1],...,rR,n[K])T，URt,n＝Diag{uRt,n(1),...,uRt,n(K)}，sRt,n＝[sRt,n(1)T,...,sRt,n(K)T]T，wR,n＝[wR,n(1),...,wR,n(K)]T，前四项分别表示目标反射的雷达信号，直达的雷达信号，目标反射的通信信号，直达的通信信号，最后一项为雷达接收端的杂波加噪声；MR为雷达系统的单天线雷达发射机个数和NR为单天线雷达接收机个数，MC为通信系统单天线通信发射机个数和NC为单天线通信接收机个数，第m个雷达发射机和第m'个通信发射机在kTs时刻的采样值分别为和其中ER,m和EC,m'为发射信号功率，Ts为采样间隔，k(k＝1,…,K)是采样数字，τRt,nm,τR,nm,τCt,nm′,τC,nm′代表相应的时延，ζRt,nm,ζCt,nm′表示相应的目标反射系数，可以通过预处理得到，wR,n[k]表示杂波加噪声，UR，sR，UCt，sCt，UC，sC采用类似的方式定义；噪声wR假设服从0均值复高斯随机分布，协方差矩阵为QR；步骤2：根据下式求得θ的估计值其中：θ为我们要估计的目标位置x,y，表示为：θ＝[x,y]T；步骤3：设获得矩阵其中,MR表示雷达发射机的个数，MC表示通信发射机的个数，NR表示雷达接收机的个数，F为雷达信号时延对目标位置x,y的导数，τRt,nm(n＝1,...,NR,m＝1,...,MR)表示第m个雷达发射机到第n个雷达接收机的时延，G为通信信号时延对目标位置x,y的导数，τCt,nm'(m'＝1,...,MC)表示第m'个通信发射机到第n个雷达接收机的时延；步骤4：得到矩阵的第ij个元素为：其中：为取实部；步骤5：根据公式：计...

【专利技术属性】
技术研发人员：何茜，王珍，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51