自适应OFDM雷达通信一体化信号生成方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应OFDM雷达通信一体化信号生成方法，包括：生成并发射初始雷达通信一体化信号；接收回波信号并进行解调得到输出信号；基于输出信号通过构建广义最大似然比检测器估计传输过程信息；基于传输过程信息构建并求解使雷达检测概率最大化的第一功率分配优化问题，得到第一功率分配最优解；基于第一功率分配最优解对应的第一最优值和只考虑通信时的最大信道容量，构建并求解第二功率分配优化问题得到最优功率分配结果；基于最优功率分配结果，生成新的OFDM雷达通信一体化信号。本发明专利技术可以在有限的发射功率下，通过优化发射功率分配提高雷达通信一体化系统的通信和雷达检测两方面的性能。

【技术实现步骤摘要】
自适应OFDM雷达通信一体化信号生成方法
本专利技术属于雷达通信一体化
，具体涉及一种自适应OFDM雷达通信一体化信号生成方法。
技术介绍
在雷达通信一体化的系统中，由发射天线发射一体化信号，接收天线对接收信号解调实现通信功能；此外，发射天线还可以利用目标的回波进行测速与测距实现雷达功能。由于通信的对象是合作目标，而雷达探测的目标主要是非合作目标，故雷达通信一体化的主要优势在于与合作目标通信的同时实现对作用距离内非合作目标的探测。OFDM已经在数字广播(DigitalAudioBroadcasting,DAB)，数字视频广播(DigitalVideoBroadcasting,DVB)，数字电视广播(DigitalTelevisionBroadcasting,DTB)和无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork,WLAN)等中得到了广泛的应用。在OFDM已广泛应用的背景下，雷达通信一体化的系统的研究与应用也已成为趋势。目前，已有文献报道利用OFDM波形的分集特性，在有限的发射功率下优化每个子载波上的功率分配，从而提高OFDM雷达的检测性能。但是，对于如何在有限的发射功率下，通过优化发射功率分配来提高雷达通信一体化系统的通信和雷达检测两方面的性能，尚没有较佳的方案。
技术实现思路
为了在有限的发射功率下，通过优化发射功率分配来提高雷达通信一体化系统的通信和雷达检测两方面的性能，本专利技术提供了一种自适应OFDM雷达通信一体化信号生成方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种自适应OFDM雷达通信一体化信号生成方法，其特征在于，包括：生成并发射初始雷达通信一体化信号；接收所述初始雷达通信一体化信号的回波信号并进行解调，得到各个子通道的输出信号；基于所述各个子通道的输出信号，通过构建广义最大似然比检测器估计传输过程信息；其中，所述传输过程信息为包含有目标速度、传播路径损耗以及目标散射强度的信息；基于所述传输过程信息，构建并求解使雷达检测概率最大化的第一功率分配优化问题，得到第一功率分配最优解；基于所述第一功率分配最优解对应的最优值和仅考虑通信时的最大信道容量，构建同时考虑雷达检测概率和通信信道容量的第二功率分配优化问题；求解所述第二功率分配优化问题，得到最优功率分配结果；基于所述最优功率分配结果，生成新的OFDM雷达通信一体化信号；该新的OFDM雷达通信一体化信号中，各子通道的发射功率与所述最优功率分配结果相对应。优选地，所述各个子通道的输出信号的表达式为：y(k)＝AD(k,v)β+n(k),k＝0,1,…K-1；其中，为由各个子载波的复权重构成的Nc×Nc的对角矩阵，为包含目标多普勒频移的Nc×Nc对角矩阵，k为脉冲编号，v为目标的相对运动速度，为包含目标散系数和传播路径损耗的Nc×1的向量，为Nc×1的复高斯白噪声向量，K为脉冲总数。优选地，基于所述各个子通道的输出信号，通过构建广义最大似然比检测器估计传输过程信息，包括：(1)分别获取在无目标假设H0和有目标假设H1下，所述各个子通道的输出信号的概率密度分布：其中，f[y|H0]为在无目标假设H0下，所述各个子通道的输出信号的概率密度，f[y；v,β|H1]为在有目标假设H1下，所述各个子通道的输出信号的概率密度分布；n为n(k)的简化表示，且n服从均值为0、方差为M的复高斯分布；M为协方差矩阵，且为已知或根据接收信号估计的雷达通道的噪声功率，为Nc×Nc单位矩阵，上标符号H代表矩阵共轭转置；y为y(k)的简化表示，D(v)为D(k,v)的简化表示；(2)基于f[y|H0]和f[y；v,β|H1]构建广义最大似然比检测器LG：其中，γ为检测门限；(3)计算LG的自然对数lG：其中，γ0＝lnγ，Re{·}表示去实部运算；(4)利用当前的接收信号最大化lG，得到传输过程信息b(v,β)的最大似然估计作为所估计的传输过程信息b(v,β)。优选地，所述使雷达检测概率最大化的第一功率分配优化问题为：其中，B(v,β)＝diag{b(v,β)}为Nc×Nc的对角矩阵，该第一功率分配优化问题的最优解为umax为B(v,β)HB(v,β)的最大特征值所对应的特征向量，P为额定总功率。优选地，所述第一功率分配最优解为：其中，代表第m个雷达子通道所分配的发射功率。优选地，所述同时考虑雷达检测概率和通信信道容量的第二功率分配优化问题为：其中，w为预设的加权因子，0＜w＜1；pm为OFDM雷达通信一体化信号中的第m个子通道所分配的发射功率，bm为b(v,β)的第m个元素，Fr*为所述第一功率分配最优解对应的最优值，Fc*为所述最大信道容量。优选地，所述第二功率分配优化问题的最优解即所述最优功率分配结果为：其中，μrc,m＝w′/(λrc-b′m)为求解所述第二功率分配优化问题的过程中所使用的注水法的水平线，λrc＝μ-μ′，且λrc满足μ′和μ为拉格朗日乘子。优选地，和均满足且满足其中，pc,m代表第m个通信子通道所分配的发射功率，为第m个通信子通道的信道噪声比，本专利技术提供的自适应OFDM雷达通信一体化信号生成方法，可以实现在有限的发射功率下，优化发射功率的分配，从而提高雷达通信一体化系统性能。本专利技术还可以根据目标不同的散射特性或者通信信道状态信息的变化，再次估计未知的传输过程参数，从而实现OFDM雷达通信一体化波形的自适应调整，灵活性较高。以下将结合附图及对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种自适应OFDM雷达通信一体化信号生成方法的流程图；图2为随时间缓慢变化的频率选择性衰落信道；图3为本专利技术实施例中非中心参数与检测概率变化关系图；图4为本专利技术实施例在仿真场景1中信道容量随相对功率变化情况的示意图；图5为本专利技术实施例在仿真场景1中信道容量相对损失随相对功率变化情况的示意图；图6为本专利技术实施例在仿真场景2中信道容量随相对功率变化情况的示意图；图7为本专利技术实施例在仿真场景1中检测概率随信噪比变化的示意图；图8(a)和图8(b)为本专利技术实施例在仿真场景1中不同功率分配方法的检测概率随虚警概率变化情况的示意图；图9为本专利技术实施例在仿真场景2中检测概率随信噪比变化情况的示意图；图10为本专利技术实施例在仿真场景1中的最优权衡曲线的示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。为了在有限的发射功率下，通过优化发射功率分配来提高雷达通信一体化系统的通信和雷达检测两方面的性能，本专利技术实施例提供了一种自适应OFDM雷达通信一体化信号生成方法，如图1所示，该方法包括以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应OFDM雷达通信一体化信号生成方法，其特征在于，包括：/n生成并发射初始雷达通信一体化信号；/n接收所述初始雷达通信一体化信号的回波信号并进行解调，得到各个子通道的输出信号；/n基于所述各个子通道的输出信号，通过构建广义最大似然比检测器估计传输过程信息；其中，所述传输过程信息为包含有目标速度、传播路径损耗以及目标散射强度的信息；/n基于所述传输过程信息，构建并求解使雷达检测概率最大化的第一功率分配优化问题，得到第一功率分配最优解；/n基于所述第一功率分配最优解对应的最优值和仅考虑通信时的最大信道容量，构建同时考虑雷达检测概率和通信信道容量的第二功率分配优化问题；/n求解所述第二功率分配优化问题，得到最优功率分配结果；/n基于所述最优功率分配结果，生成新的OFDM雷达通信一体化信号；该新的OFDM雷达通信一体化信号中，各子通道的发射功率与所述最优功率分配结果相对应。/n

【技术特征摘要】
1.一种自适应OFDM雷达通信一体化信号生成方法，其特征在于，包括：
生成并发射初始雷达通信一体化信号；
接收所述初始雷达通信一体化信号的回波信号并进行解调，得到各个子通道的输出信号；
基于所述各个子通道的输出信号，通过构建广义最大似然比检测器估计传输过程信息；其中，所述传输过程信息为包含有目标速度、传播路径损耗以及目标散射强度的信息；
基于所述传输过程信息，构建并求解使雷达检测概率最大化的第一功率分配优化问题，得到第一功率分配最优解；
基于所述第一功率分配最优解对应的最优值和仅考虑通信时的最大信道容量，构建同时考虑雷达检测概率和通信信道容量的第二功率分配优化问题；
求解所述第二功率分配优化问题，得到最优功率分配结果；
基于所述最优功率分配结果，生成新的OFDM雷达通信一体化信号；该新的OFDM雷达通信一体化信号中，各子通道的发射功率与所述最优功率分配结果相对应。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各个子通道的输出信号的表达式为：



其中，为由各个子载波的复权重构成的Nc×Nc的对角矩阵，为包含目标多普勒频移的Nc×Nc对角矩阵，k为脉冲编号，v为目标的相对运动速度，为包含目标散系数和传播路径损耗的Nc×1的向量，为Nc×1的复高斯白噪声向量，K为脉冲总数。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述各个子通道的输出信号，通过构建广义最大似然比检测器估计传输过程信息，包括：
(1)分别获取在无目标假设H0和有目标假设H1下，所述各个子通道的输出信号的概率密度分布：






其中，f[y|H0]为在无目标假设H0下，所述各个子通道的输出信号的概率密度，f[y；v,β|H1]为在有目标假设H1下，所述各个子通道的输出信号的概率密度分布；n为n(k)的简化表示，且n服从均值为0、方差为M的复高斯分布；M为协方差矩阵，且为已知或根据接收信号估计的雷达通道的噪声功率，为Nc×Nc单位矩阵，上标符号H代表矩阵共轭转置；y为y(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永军，王椿富，廖桂生，尹伟，陈毓锋，唐皓，刘旭宸，李海川，姜孟超，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61