一种合作MIMO雷达和通信系统计算目标定位和互信息的方法技术方案

技术编号:21889602 阅读:23 留言:0更新日期:2019-08-17 13:39
本发明专利技术公开了一种合作MIMO雷达和通信系统计算目标定位和互信息的方法,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中雷达参数估计性能平均克拉美罗界(ECRB)和通信互信息(MI)的计算。通过本发明专利技术计算方法得到的雷达定位ECRB和通信互信息MI,可以用来评估合作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,且本方法假设雷达系统只知道通信信号的统计特性,更加符合实际场景。

A Method for Computing Target Location and Mutual Information in Cooperative MIMO Radar and Communication System

【技术实现步骤摘要】
一种合作MIMO雷达和通信系统计算目标定位和互信息的方法
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中雷达参数估计性能平均克拉美罗界(ECRB)和通信互信息(MI)的计算。
技术介绍
随着新技术的发展,无论是在民用领域还是军用领域,雷达通信一体化都成为一个必然的趋势,比如智能交通系统和无人战斗机等。因此,研究雷达通信共存系统具有重要意义。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,通过发射端的波形设计或接收端的干扰消除等方式消除干扰。然而,共存的雷达通信一体化系统可以利用相互的信号来提升性能。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,分别考虑了单天线雷达系统利用通信信号来提升目标检测和时延估计性能。文献3(Q.He,Z.Wang,J.Hu,andR.S.Blum,“PerformancegainsfromcooperativeMIMOradarandMIMOcommunicationsystems,”IEEESignalProcessingLetters,Jan2019,pp.194–198)中,同时利用雷达信号和通信信号来提升合作雷达通信一体化系统的性能。对共存的雷达通信一体化系统,雷达系统可以采用两种方式来处理通信信号,一是雷达系统可以正确的译码通信信号,另一种方式是通信信号的统计特性与雷达系统共享。文献3研究了雷达接收机可以正确译码通信信号的情况,雷达系统利用译码的通信信号可以提高参数估计性能。因此,在MIMO雷达和MIMO通信一体化系统中,考虑雷达系统知道通信信号统计特性的情况是十分有必要的。
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,获得一种考虑雷达系统仅知道通信信号统计特性时的合作MIMO雷达和MIMO通信系统性能计算方法,计算了雷达目标定位的平均克拉美罗界(ECRB)和通信系统互信息(MI)。本专利技术的技术方案为一种合作MIMO雷达和通信系统计算目标定位和互信息的方法,该方法包括:步骤1:在MIMO雷达系统接收端,将NR个接收机收到的信号表示为矢量形式rR其中,rR,n=(rR,n[1],...,rR,n[K])T,URt,n=Diag{uRt,n(1),...,uRt,n(K)},UR,n=Diag{uR,n(1),...,uR,n(K)},UCt,n=Diag{uCt,n(1),...,uCt,n(K)},UC,n=Diag{uC,n(1),...,uC,n(K)}sRt,n=[sRt,n(1)T,...,sRt,n(K)T]T,sR,n=[sR,n(1)T,...,sR,n(K)T]T,sCt,n=[sCt,n(1)T,...,sCt,n(K)T]T,sC,n=[sC,n(1)T,...,sC,n(K)T]T,URtsRt表示经目标反射的雷达回波信号,URsR为雷达发射端直达雷达接收端的信号,UCtsCt表示经目标反射的通信回波信号,UCsC是通信发射端直达雷达接收端的信号,wR为雷达接收端的杂波和噪声;MR和NR分别为雷达系统的发射机和接收机个数,MC为通信系统发射机个数,每个收发站都是单天线配置,为第m个雷达发射机的发射信号功率,为第m′个通信发射机的发射信号功率,sR,m(kTs)和sC,m′(kTs)分别为第m个雷达发射机和第m′个通信发射机在kTs时刻的发射信号,k是采样序号其中k=1,…,K,K为样本点数,Ts为采样间隔,τRt,nm和ζRt,nm分别代表第m个雷达发射信号经目标反射后到达第n个雷达接收机的时延和目标反射系数,τR,nm为第m个雷达发射信号直达第n个雷达接收机的时延,τCt,nm′和,ζCt,nm′分别为第m′个通信发射信号经目标反射后到达第n个雷达接收机的时延和目标反射系数,τC,nm′为第m′个通信发射信号直达第n个雷达接收机的时延,wR,n[k]表示第n个雷达接收机的杂波和噪声,且假设噪声向量wR服从零均值协方差矩阵为QR的复高斯随机分布;步骤2:定义发射通信信号矢量为根据下式求得给定通信发射信号矢量s时θ的条件估计值θR,ML|s;其中,θ为待估目标位置x,y,表示为θ=[x,y]T;表示QR的求逆;步骤3:定义中间变量为获得矩阵其中,τRt,nm表示第m个雷达发射机与第n个雷达接收机的时延,其中n=1,...,NR,m=1,...,MR;τCt,nm′表示第m′个通信发射机与n个雷达接收机的时延,其中m′=1,...,MC;F和G分别表示雷达发射机与雷达接收机时延和通信发射机与雷达接收机时延对目标位置x,y的导数;步骤4:计算矩阵矩阵的第ij个元素为:其中,为取实部,表示求偏导,表示向量的第i个元素;步骤5:根据公式计算费歇尔信息矩阵J(θ),为求梯度操作,可得条件克拉美罗界为CRB(θ|s)=J(θ)-1,最终可得平均克拉美罗界为:其中,表示数学期望,平均克拉美罗界的对角元素分别为目标位置x,y的平均克拉美罗下界;步骤6:计算雷达系统的性能度量平均根克拉美罗下界:其中,ECRB(θ|s)1,1和ECRB(θ|s)2,2分别为ECRB的第一个对角元素和第二个对角元素;步骤7:在MIMO通信系统接收端,将NC个通信接收机收到的信号表示为矢量形式rC其中,rC,n′=(rC,n′(1),...,rC,n′(K))T,wC,n′=[wC,n′(1),...,wC,n′(K)]T,表示经目标反射的通信回波信号,为通信发射端直达通信接收端的信号,表示经目标反射的雷达回波信号,是雷达发射端直达通信接收端的信号,wC为通信接收端的杂波噪声;NC为通信系统接收机个数,每个接收站都是单天线配置,和ζCt,n′m′分别代表第m′个通信发射信号经目标反射后到达第n′个通信接收机的时延和目标反射系数,为第m′个通信发射信号直达第n′个通信接收机的时延,和分别为第m个雷达发射信号经目标反射后到达第n′个通信接收机的时延和目标反射系数,为第m个雷达发射信号直达第n′个通信接收机的时延,wC,n′[k]表示第n′个通信接收机的杂波和噪声,且假设向量wC服从零均值协方差矩阵为QC的复高斯随机分布;步骤8:根据下式求得通信端θ的条件估计值;步骤9:利用得到的θ估计值计算时延和其结果近似为nCt,n′m′,nRt,n′m为服从高斯分布的估计误差;利用得到通信端雷达的回波信号的估计值根据共享的雷达信号和位置信本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种合作MIMO雷达和通信系统计算目标定位和互信息的方法,该方法包括:步骤1:在MIMO雷达系统接收端,将NR个接收机收到的信号表示为矢量形式rR

【技术特征摘要】
1.一种合作MIMO雷达和通信系统计算目标定位和互信息的方法,该方法包括:步骤1:在MIMO雷达系统接收端,将NR个接收机收到的信号表示为矢量形式rR其中,rR,n=(rR,n[1],...,rR,n[K])T,URt,n=Diag{uRt,n(1),...,uRt,n(K)},UR,n=Diag{uR,n(1),...,uR,n(K)},UCt,n=Diag{uCt,n(1),...,uCt,n(K)},UC,n=Diag{uC,n(1),...,uC,n(K)}sRt,n=[sRt,n(1)T,...,sRt,n(K)T]T,sR,n=[sR,n(1)T,...,sR,n(K)T]T,sCt,n=[sCt,n(1)T,...,sCt,n(K)T]T,sC,n=[sC,n(1)T,...,sC,n(K)T]T,wR,n=[wR,n(1),...,wR,n(K)]T,URtsRt表示经目标反射的雷达回波信号,URsR为雷达发射端直达雷达接收端的信号,UCtsCt表示经目标反射的通信回波信号,UCsC是通信发射端直达雷达接收端的信号,wR为雷达接收端的杂波和噪声;MR和NR分别为雷达系统的发射机和接收机个数,MC为通信系统发射机个数,每个收发站都是单天线配置,为第m个雷达发射机的发射信号功率,为第m'个通信发射机的发射信号功率,sR,m(kTs)和sC,m'(kTs)分别为第m个雷达发射机和第m'个通信发射机在kTs时刻的发射信号,k是采样序号其中k=1,…,K,K为样本点数,Ts为采样间隔,τRt,nm和ζRt,nm分别代表第m个雷达发射信号经目标反射后到达第n个雷达接收机的时延和目标反射系数,τR,nm为第m个雷达发射信号直达第n个雷达接收机的时延,τCt,nm′和,ζCt,nm′分别为第m'个通信发射信号经目标反射后到达第n个雷达接收机的时延和目标反射系数,τC,nm′为第m'个通信发射信号直达第n个雷达接收机的时延,wR,n[k]表示第n个雷达接收机的杂波和噪声,且假设噪声向量wR服从零均值协方差矩阵为QR的复高斯随机分布;步骤2:定义发射通信信号矢量为根据下式求得给定通信发射信号矢量s时θ的条件估计值θR,ML|s;其中,θ为待估目标位置x,y,表示为θ=[x,y]T;表示QR的求逆;步骤3:定义中间变量为获得矩阵其中,τRt,nm表示第m个雷达发射机与第n个雷达接...

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

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