一种基于互信息的雷达通信一体化系统性能分析方法技术方案

本发明专利技术提出了一种基于互信息的雷达通信一体化系统性能分析方法，属于雷达技术领域。本发明专利技术首先对接收信号进行建模，再根据接收到的雷达信号与通信信号的重叠程度，将雷达信号、通信信号频带共存的方式分为两类，即传统独立共存方式和部分频带共存方式，然后制定系统的性能表征指标，分别采用加性高斯白噪声下目标与接收信号之间的互信息和通信率来对雷达功能和通信功能的性能进行表征，并推导了互信息和通信率的理论表达式，最后，通过互信息、通信率推导了两种频带共存方式下系统性能，实现了系统性能的分析估计，克服了在雷达和通信共用一个发射机/接收机，且雷达、通信频带共存的情况下，雷达通信一体化系统的性能难以估计的问题。

A Performance Analysis Method of Radar Communication Integration System Based on Mutual Information

The invention presents a performance analysis method of radar communication integration system based on mutual information, which belongs to the radar technology field. According to the overlap degree of received radar signal and communication signal, the method of radar signal and communication signal band coexistence is divided into two categories: traditional independent coexistence mode and partial frequency band coexistence mode. Then the performance indicators of the system are formulated, and the mutual trust between the target and the received signal under additive white Gauss noise is adopted, respectively. Information and communication rate characterize the performance of radar function and communication function, and deduce the theoretical expression of mutual information and communication rate. Finally, through mutual information and communication rate, the performance of the system is deduced under two frequency band coexistence modes. The analysis and estimation of system performance is realized, and the sympathy of sharing a transmitter/receiver in radar and communication is overcome, and the coexistence of radar and communication band is also overcome. In this case, the performance of radar communication integrated system is difficult to estimate.

【技术实现步骤摘要】
一种基于互信息的雷达通信一体化系统性能分析方法
本专利技术属于雷达
，特别涉及一种基于互信息的雷达通信一体化系统性能分析方法。
技术介绍
如何将雷达与通信设备结合成一个一体化的系统，解决资源合理利用的问题，是近年来国内外研究的热点。雷达、通信频谱共享是一种新兴的雷达和通信共存的技术，这是一项很有意义的研究，但需要进行大量的研究来解决雷达信号和通信信号相互之间的干扰，同时，雷达通信一体化系统性能评价指标的开发已经成为国内外专家的重点研究课题。由于雷达通信一体化系统将雷达系统、通信系统结合成一个系统，传统单一的雷达系统性能指标或通信系统性能指标无法对该一体化系统进行性能表征。而雷达对目标的探测可以看作是目标在不情愿地向雷达传递其参数信息(距离，目标截面积等)，雷达信道具有非合作通信信道的特征，基于信息论的理论即能够衡量通信功能的性能，又能衡量雷达功能的性能，从而实现雷达通信一体化系统性能的估计。现有技术中，利用信息论研究了雷达系统与多个通信系统共存的情况下，基于功率最小化的正交频分复用(OFDM)雷达波形设计问题，但没有考虑雷达、通信频带共存时二者信号相互干扰的问题。从目前的现有技术来看，使用互信息对雷达通信一体化系统性能界限进行估计还未有研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对
技术介绍
存在的缺陷，提出一种基于互信息的雷达通信一体化系统性能分析方法，解决在雷达和通信共用一个发射机/接收机，且雷达、通信频带共存的情况下，雷达通信一体化系统的性能难以估计的问题。一种基于互信息的雷达通信一体化系统性能分析方法，包括以下步骤：S1、雷达通信一体化系统接收雷达信号和通信信号并进行建模，得到复合信号；S2、根据所述雷达信号和通信信号的频带是否重合选择频带共存方式；S3、分别计算雷达系统和通信系统的性能表征，得到雷达通信一体化系统的性能表征；S4、根据所述步骤S2中选择的频带共存方式，选择相应的性能分析方式对雷达通信一体化系统进行性能分析。进一步地，其特征在于，所述步骤S1包括：雷达通信一体化系统可同时接收雷达信号和通信信号并进行处理，得到复合信号；给定高斯目标集合，其脉冲回波为g(t)，频谱方差为传输带宽为Br的雷达发射信号sr(t)被用于扫描感兴趣区域确定目标的特性其中，pr为功率，fr为雷达信号载频，srl(t)为等效基带信号；雷达通信一体化系统接收到的雷达回波信号zr(t)包含接收窗口内感兴趣区域的扫描信息其中，g、τr分别表示雷达信号的传播增益和传播延时，φr满足φr＝-2πfrτr；nr(t)是方差为σ2＝κTsysB的零均值高斯白噪声，κ表示玻尔兹曼常数，Tsys表示系统噪声温度；雷达通信一体化系统接收到的通信信号为其中，scl(t)表示等效基带信号，fc表示通信信号载频，h、τc分别表示通信信号的传播增益和传播延时，φc满足φc＝-2πfcτc；雷达通信一体化系统接收到的复合信号为z(t)＝zr(t)+zc(t)。进一步地，所述步骤S2包括：S21、对于接收到的信号，判断雷达频带Br和通信频带Bc是否存在重叠；S22、若雷达频带Br和通信频带Bc不存在重叠，雷达和通信频带共存方式为传统独立共存方式，总频带被划分为雷达频带Br和通信频带Bc，雷达通信一体化系统可以分别在两个独立频带运行雷达和通信功能，互不干扰；S23、若雷达频带Br和通信频带Bc存在重叠，雷达和通信频带共存方式为部分频带共存方式，总频带被划分为雷达独立频带Nro和混合频带Nmix，雷达通信一体化系统可以在雷达独立频带Nro和混合频带Nmix上运行雷达功能，在混合频带Nmix上运行通信功能，对于混合频带Nmix的复合信号，采用串行干扰消除进行处理。进一步地，所述步骤S3包括：S31、雷达系统的性能表征；目标脉冲响应g(t)和接收到的雷达信号zr(t)中包含目标信息，g(t)和zr(t)之间的互信息I(g(t)；zr(t))表征了zr(t)提供的关于g(t)的信息量；给定雷达发射信号sr(t)，互信息I(g(t)；zr(t))在功率谱密度为pnn(f)的加性高斯白噪声下的最大值为x(t)幅度平方谱其中，Tp为脉冲持续时间；求解以下方程得到A由Br＝[f0,f0+Br]，互信息I(zr(t)；g(t)|sr(t))的数学表达式为S32、通信系统的性能表征；采用通信率来衡量通信功能的性能，根据香农定理其中，T0表示通信系统绝对温度。进一步地，所述步骤S4包括：S41、将雷达频带、通信频带分为间距为Δf的N个子频带，根据所述步骤S2中选择的频带共存方式，选择相应的性能分析方式对雷达通信一体化系统进行性能分析，对于同频段的复合信号，采用串行干扰消除方法；S42、传统独立共存方式下的雷达通信一体化系统性能分析；将通信带宽和雷达频带分别定义为Bc＝αB,Br＝βB其中，α和β为带宽调整因子，满足α+β＝1(0≤α≤1,0≤β≤1)；传统独立共存方式下的目标与接收雷达信号之间的互信息为传统独立共存方式下的通信频带中不存在雷达信号，第n个子频带的信噪比为其中，pcl,n为传统独立共存方式下第n个子频带中的通信分配功率，相应子频带的通信率为其中，N＝αB/Δf表示传统独立共存方式下通信子频带的数量；为使通信率CI最大化，根据N个子频带的信道状态自适应分配通信功率PcI，其表达式为maxCIPcI,n≥0,n＝1,2,…,N功率分配问题为一个凸优化问题，其最优解采用KKT条件进行表征，其对应的拉格朗日函数为其中，μn,(n＝1,2,…,N)和ν为拉格朗日乘子；KKT条件为μnPcI,n＝0,PcI,n≥0,μn≥0,n＝1,2,…,N求解KKT条件得到最优解p*c,n其中，(·)+＝max(·,0)；S42、部分频带共存方式下的雷达通信一体化系统性能分析；部分频带共存方式下，雷达通信一体化系统可在同一频段运行雷达和通信功能，Br和Bc有重叠，即1＜α+β≤2；只含雷达信号的雷达独立频带Nro和包含雷达、通信信号的混合频带Nmix有雷达独立频带中的子频带nroth,(nro＝1,2,…,Nro)中没有通信信号的干扰，相应子频带的互信息为混合频带中的子频带nmixth,(nmix＝1,2,…,Nmix)中存在相互干扰雷达信号和通信信号，定义pcM,n表示部分频带共存方式下混合频带子频带nmixth中分配的功率，相应子频带nmixth接收到的能量为混合频带子频带nmixth对应的互信息为部分频带共存方式下的总互信息为采用串行干扰消除对接收到的复合信号进行处理，对雷达信号进行解码后，将其从观测波形中去除，得到无雷达信号干扰的原始通信信号，得到部分频带共存方式下通信率。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种基于互信息的雷达通信一体化系统性能分析方法，本专利技术首先对接收信号进行建模，再根据接收到的雷达信号与通信信号的重叠程度，将雷达信号、通信信号频带共存的方式分为两类，即传统独立共存方式和部分频带共存方式，然后制定雷达通信一体化系统的性能表征指标，分别采用加性高斯白噪声下目标与接收信号之间的互信息和通信率来对雷达功能和通信功能的性能进行表征，并推导了互信息和通信率的理论表达式，最后，通过互信息、通信率推导了两种频带共存方式下雷达通信一体化系统性能，实现了雷达通信一体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于互信息的雷达通信一体化系统性能分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、雷达通信一体化系统接收雷达信号和通信信号并进行建模，得到复合信号；S2、根据所述雷达信号和通信信号的频带是否重合选择频带共存方式；S3、分别计算雷达系统和通信系统的性能表征，得到雷达通信一体化系统的性能表征；S4、根据所述步骤S2中选择的频带共存方式，选择相应的性能分析方式对雷达通信一体化系统进行性能分析。

【技术特征摘要】
1.一种基于互信息的雷达通信一体化系统性能分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、雷达通信一体化系统接收雷达信号和通信信号并进行建模，得到复合信号；S2、根据所述雷达信号和通信信号的频带是否重合选择频带共存方式；S3、分别计算雷达系统和通信系统的性能表征，得到雷达通信一体化系统的性能表征；S4、根据所述步骤S2中选择的频带共存方式，选择相应的性能分析方式对雷达通信一体化系统进行性能分析。2.如权利要求1所述的基于互信息的雷达通信一体化系统性能分析方法，其特征在于，所述步骤S1包括：雷达通信一体化系统可同时接收雷达信号和通信信号并进行处理，得到复合信号；给定高斯目标集合，其脉冲回波为g(t)，频谱方差为传输带宽为Br的雷达发射信号sr(t)被用于扫描感兴趣区域确定目标的特性其中，pr为功率，fr为雷达信号载频，srl(t)为等效基带信号；雷达通信一体化系统接收到的雷达回波信号zr(t)包含接收窗口内感兴趣区域的扫描信息其中，g、τr分别表示雷达信号的传播增益和传播延时，φr满足φr＝-2πfrτr；nr(t)是方差为σ2＝κTsysB的零均值高斯白噪声，κ表示玻尔兹曼常数，Tsys表示系统噪声温度；雷达通信一体化系统接收到的通信信号为其中，scl(t)表示等效基带信号，fc表示通信信号载频，h、τc分别表示通信信号的传播增益和传播延时，φc满足φc＝-2πfcτc；雷达通信一体化系统接收到的复合信号为z(t)＝zr(t)+zc(t)。3.如权利要求2所述的基于互信息的雷达通信一体化系统性能分析方法，其特征在于，所述步骤S2包括：S21、对于接收到的信号，判断雷达频带Br和通信频带Bc是否存在重叠；S22、若雷达频带Br和通信频带Bc不存在重叠，雷达和通信频带共存方式为传统独立共存方式，总频带被划分为雷达频带Br和通信频带Bc，雷达通信一体化系统可以分别在两个独立频带运行雷达和通信功能，互不干扰；S23、若雷达频带Br和通信频带Bc存在重叠，雷达和通信频带共存方式为部分频带共存方式，总频带被划分为雷达独立频带Nro和混合频带Nmix，雷达通信一体化系统可以在雷达独立频带Nro和混合频带Nmix上运行雷达功能，在混合频带Nmix上运行通信功能，对于混合频带Nmix的复合信号，采用串行干扰消除进行处理。4.如权利要求3所述的基于互信息的雷达通信一体化系统性能分析方法，其特征在于，所述步骤S3包括：S31、雷达系统的性能表征；目标脉冲响应g(t)和接收到的雷达信号zr(t)中包含目标信息，g(t)和zr(t)之间的互信息I(g(t)；zr(t))表征了zr(t)提供的关于g(t)的信息量；给定雷达发射信号sr(t)，互信...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天贤，邓艳红，田团伟，韩毅，孔令讲，崔国龙，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51