一种合作式MIMO雷达的检测概率和互信息计算方法技术

本发明专利技术公开了一种合作式MIMO雷达通信一体化系统互信息和检测概率的计算方法，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中的目标检测问题和互信息的计算。本发明专利技术计算得到一体化MIMO系统通信端的互信息和雷达端的目标检测概率，可以用来评估合作式MIMO雷达通信一体化系统的性能。由于本方法MIMO雷达系统和MIMO通信系统不再视另一方信号为干扰，而是通过合作加以利用，从而可以提升双方的性能。升双方的性能。升双方的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种合作式MIMO雷达的检测概率和互信息计算方法


[0001]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的目标检测问题和互信息的计算。

技术介绍

[0002]随着电子技术的发展，不论在军事领域还是民用领域，雷达通信一体化都将是一个必然的趋势。比如军用领域的无人战斗机不仅需要完成空中侦察以及战场环境的监视等任务，还需要将获得的数据及时地传回地面。在民用领域的智能交通系统中，智能车辆在感知周围交通环境的同时还需与其他车辆或者融合中心进行通信，这些都需要设备同时具备雷达和通信的功能。在一体化系统中，因为需要监控的环境比较复杂且通信任务较重等原因，单天线已经很难满足需求。多输入多输出技术(Multiple-input multiple-output,MIMO)在雷达系统和通信系统中都已体现出明显的优势，在一体化的研究中也受到研究者的关注。因此，研究MIMO雷达通信一体化系统的性能具有重要意义。
[0003]目标检测作为雷达系统的主要功能之一，在一体化系统中也经常是雷达端需要完成的任务，所以很多文献都将检测性能作为衡量雷达系统性能的指标。通信系统的互信息作为衡量通信信道质量的重要指标，在一体化系统中也常被用作通信端的性能度量。互信息越大，则相应的信道容量也越大。因此，雷达通信一体化系统中，可以选择检测性能和互信息来评价一体化系统的性能。
[0004]雷达和通信系统共存作为一体化研究的重要任务，得到了学者们的广泛关注。从现有的研究情况来看，共存一体化系统的研究大致可分为三类。第一类是在发射端通过合理设计发射波形等手段来减小两个系统间的相互干扰。第二类是在接收端利用连续干扰消除等技术去掉两个系统间的干扰。第三类是两个系统通过合作，利用另外一个系统来辅助完成本系统的任务，例如文献1(M Bica,Kuanwen Huang,U Mitra,et al.Opportunistic radar waveform design in joint radar and cellular communication systems[C]//2015IEEE Global Communications Conference(GLOBECOM)，2015：1-7.)、文献2(M Bica,V Koivunen.Delay estimation method for coexisting radar and wireless communication systems[C]//2017IEEE Radar Conference(RadarConf)，2017：1557-1561.)、文献3(Chenguang Shi,Yijie Wang,Fei Wang,et al.Low probability of intercept-based OFDM radar waveform design for target time delay estimation in a cooperative radar-communications system[J].IET Radar,Sonar&Navigation，2019，13(10)：1697-1704.)考虑了单天线雷达系统利用通信信号来提升目标检测性能和参数估计性能。因此，在一体化系统，雷达系统和通信系统不再将相互发射的信号作为干扰，而是通过合作加以利用，从而使双方的性能都获得增益的研究是十分有必要的。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对
技术介绍
的不足解决的技术问题是,获得一种考虑合作给MIMO雷达通
信一体化系统带来性能增益的性能计算方法，计算了通信端的互信息(MI)和雷达端的目标检测概率。
[0006]本专利技术的技术方案为一种合作式MIMO雷达通信一体化系统互信息和检测概率的计算方法,该方法包括：
[0007]步骤1：在通信端的接收机处，得到第n
′
，n
′
＝1,
…
,N
C
个通信接收机收到的kT
s
时刻的接收信号r
C,n
′
[k]为：
[0008][0009]其中和分别表示通信发射信号对应的目标反射路径和直达路径的回波信号，分别表示雷达发射信号对应的目标反射路径和直达路径的回波信号；w
C,n'
[k]代表k时刻的杂波加噪声分量；M
C
和N
C
分别为通信端的发射机和接收机个数，M
R
为雷达端的发射机个数；第m，m＝1,
…
,M
R
个雷达发射机和m
′
，m
′
＝1,
…
,M
C
个通信发射机的发射信号分别为s
R,m
(kT
s
)和s
C,m
′
(kT
s
)，E
R,m
和E
C,m
′
代表发射功率，T
s
为采样周期，k，k＝1,
…
,K表示时间序号；,K表示时间序号；和则表示相应路径的时延，和为相应的目标反射系数；
[0010]步骤2：将通信端第n
′
个接收机收到的K个时间样本排成矢量r
C,n
′
；
[0011][0012]其中[
·
]T
表示转置，表示转置，表示转置，表示转置，表示转置，表示转置，表示转置，表示转置，w
C,n
′
＝[w
C,n
′
[1],
…
,w
C,n
′
[K]]T
，Diag{
·
}表示块对角化；和分别表示相应发射信号的延时信号；
[0013]步骤3：将通信端N
C
个接收机收到的K个时间样本排成矢量r
C
[0014][0015]其中，其中，其中，且假设向量w
C
服从零均值协方差矩阵为Q
C
的复高斯随机分布；
[0016]步骤4：确定通信接收信号的协方差矩阵C用于最大似然估计
[0017][0018]其中，(
·
)
H
表示共轭转置，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，Q
C
表示杂波加噪声的协方差矩阵；
[0019]步骤5：根据下式
[0020][0021]求得雷达目标未知位置θ＝(x,y)
T
的估计值表示为
[0022]步骤6：利用估计得到的计算目标反射的通信信号的时延估计值和雷达信号的时延估计值
[0023][0024][0025]其中和分别表示第m
′
个通信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种合作式MIMO雷达通信一体化系统互信息和检测概率的计算方法,该方法包括：步骤1：在通信端的接收机处，得到第n
′
，n
′
＝1,
…
,N
C
个通信接收机收到的kT
s
时刻的接收信号r
C,n
′
[k]为：其中和分别表示通信发射信号对应的目标反射路径和直达路径的回波信号，和分别表示雷达发射信号对应的目标反射路径和直达路径的回波信号；w
C,n'
[k]代表k时刻的杂波加噪声分量；M
C
和N
C
分别为通信端的发射机和接收机个数，M
R
为雷达端的发射机个数；第m，m＝1,
…
,M
R
个雷达发射机和m
′
，m
′
＝1,
…
,M
C
个通信发射机的发射信号分别为s
R,m
(kT
s
)和s
C,m
′
(kT
s
)，E
R,m
和E
C,m
′
代表发射功率，T
s
为采样周期，k，k＝1,...,K表示时间序号；为采样周期，k，k＝1,...,K表示时间序号；和则表示相应路径的时延，和为相应的目标反射系数；步骤2：将通信端第n
′
个接收机收到的K个时间样本排成矢量r
C,n
′
；其中[
·
]
T
表示转置，表示转置，表示转置，表示转置，表示转置，表示转置，表示转置，表示转置，w
C,n
′
＝[w
C,n
′
[1],...,w
C,n
′
[K]]
T
，Diag{
·
}表示块对角化；和分别表示相应发射信号的延时信号；步骤3：将通信端N
C
个接收机收到的K个时间样本排成矢量r
C
其中，其中，
且假设向量w
C
服从零均值协方差矩阵为Q
C
的复高斯随机分布；步骤4：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，(
·
)
H
表示共轭转置，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，Q
C
表示杂波加噪声的协方差矩阵；步骤5：根据下式求得雷达目标未知位置θ＝(x,y)
T
的估计值表示为步骤6：利用估计得到的计算目标反射的通信信号的时延估计值和雷达信号的时延估计值估计值其中和分别表示第m
′
个通信发射站，第m个雷达发射站和第n
′
个通信接收站的位置，c表示光速，n
Ct,n
′
m
′
和n
Rt,n
′
m
表示估计误差，可假设其服从高斯分布。则雷达回波信号中包含的可替换为估计值得到的估计值，将其表示为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7：消除通信接收信号中的雷达信号干扰，得到通信接收信号向量为其中，表示消除雷达干扰后的残差，表示消除雷达干扰后的残差，表示消除雷达干扰后的残差，表示s
R,m
(t)关于t的导数，s
R,m
(t)表示雷达发射信号s
R,m
(kT
s
)的连续时间表达形式；步骤8：根据公式计算通信系统的互信息，其中det(
·
)表示求行列式，log(
·
)表示求以2为底的对数，I
为单位矩阵，为单位矩阵，表示求数学期望；步骤9：在一体化系统雷达端的接收机处，得到第n，n＝1,
…
,N
...

【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：