智能反射面辅助的雷达通信协同目标检测方法与电子设备技术

本发明专利技术提供了一种智能反射面辅助的雷达通信协同目标检测方法。利用智能反射面，改善MIMO雷达接收阵列的接收信号强度，增强雷达探测性能；同时利用雷达通信一体化基站的通信信号进行目标探测；MIMO雷达和雷达通信一体化基站协同进行目标探测，进一步提升探测性能。本发明专利技术目的在于同时利用智能反射面和雷达通信一体化基站的通信信号，改善雷达目标探测性能。本发明专利技术还提供了相应的电子设备。本发明专利技术还提供了相应的电子设备。本发明专利技术还提供了相应的电子设备。

【技术实现步骤摘要】
智能反射面辅助的雷达通信协同目标检测方法与电子设备


[0001]本专利技术属于雷达探测
，更具体地，涉及一种智能反射面辅助的雷达通信协同目标检测方法与电子设备。

技术介绍

[0002]智能反射面是一种由大量低成本的被动无源反射元件组成的平面，每个元件能都能够独立地对入射信号进行相位改变。目前，已有研究将智能反射面运用到无线通信中。通过将智能放射面放置于发送方与接收方之间，使得接收方能更好地接收发送方发送的信号。文献《Towards Smart Wireless Communications via Intelligent Reflecting Surfaces:A Contemporary Survey》(IEEE Communications Surveys&Tutorials,2020)总结和展望了智能反射面在无线通信中的巨大潜力和应用前景。智能反射面在雷达领域也有一定的应用潜力，比如文献《Intelligent Reflecting Surface
‑
Enhanced Target Detection in MIMO Radar》(IEEE Sensors Letters,2021)。由此可见，智能反射面在雷达和无线通信中都具有较大的应用潜力。
[0003]另外，用于通信的基站的规模和覆盖范围越来越大，基站也是不断向外辐射通信信号，这些基站的通信信号遇到目标也会发生反射现象。通过利用通信信号也能够进行目标探测。因此，雷达通信一体化基站也是未来的重要发展方向，并受到广泛关注和研究。
[0004]因此，如果综合利用通信信号和雷达信号进行目标探测，同时合理布置使用智能反射面来进行信号发射和信号接收，将能够进一步提高目标探测性能。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种智能反射面辅助的雷达通信协同目标检测方法。利用智能反射面，改善MIMO雷达和雷达通信一体化基站的接收信号强度，改善雷达探测性能；同时利用雷达通信一体化基站的通信信号和MIMO雷达的雷达信号进行目标探测进一步提升目标检测性能。本专利技术目的在于同时利用智能反射面和雷达通信一体化基站的通信信号，改善雷达目标探测性能。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种智能反射面辅助的雷达通信协同目标检测方法。在雷达通信一体化基站和雷达附近都放置智能反射面，雷达和雷达通信一体化基站进行协同目标探测。在信号发射时，同时调整雷达和雷达通信一体化基站附近的智能反射面；在回波接收时，同时调整雷达和雷达通信一体化基站附近的智能反射面。MIMO雷达和雷达通信一体化基站同时接收目标直接反射的通信信号回波和雷达信号回波，以及目标经过智能反射面反射的通信信号回波和雷达信号回波。具体包括以下步骤：
[0007]步骤S1：在信号发射阶段，根据目标探测方位、雷达天线和智能反射面增益、路径传输损耗、雷达附近的智能反射面与雷达接收阵列之间的信道状态信息等，雷达信号处理器计算得到雷达附近的智能反射面每个阵元的优化相移量，雷达通过智能反射面控制器对雷达附近的智能反射面的每个阵元的相移量进行优化控制。
[0008]考虑窄带集中式MIMO雷达系统，雷达阵列等效为线型阵列，按照半波长间距安装有N个天线；雷达通信一体化基站等效安装单天线。雷达附近的智能反射面和雷达通信一体化基站附近的智能反射面都等效为线型阵列，按照半波长间距分别安装有M1和M2个反射阵元。
[0009]假设目标处在与MIMO雷达阵列法向夹角为θ1的某距离处，雷达到目标的信道为可表示为
[0010][0011]其中为雷达阵列的发射导向矢量，θ1为目标与雷达阵列的法向夹角；g1为由于天线增益、路径传输引起的衰落和相移。
[0012]雷达经过其附近的智能反射面到目标的信道为可表示为
[0013][0014]其中为雷达附近的智能反射面的导向矢量，θ4为目标与智能反射面的法向夹角；g2为由于雷达阵列增益、智能反射面增益、路径传输引起的衰落和相移；为对角矩阵，其第n个对角元素为智能反射面的反射阵元n的移相量构成的元素为雷达和智能反射面间的信道矩阵。
[0015]雷达通信一体化基站到目标的信道为h3，可表示为
[0016]h3＝g3，
[0017]其中g3表示由于雷达通信一体化基站天线增益、路径传输引起的衰落和相移。
[0018]雷达通信一体化基站经过其附近的智能反射面到目标的信道为h4，可表示为
[0019][0020]其中为雷达通信一体化基站附近的智能反射面的导向矢量，θ
′4为目标与智能反射面的法向夹角；g4为由于雷达通信一体化基站的天线增益、智能反射面增益、路径传输引起的衰落和相移；为对角矩阵，其第n个对角元素为由智能反射面反射阵元n的移相量构成的元素为雷达和智能反射面间的信道矩阵。
[0021]在目标回波信号接收时，目标到雷达的信道为可表示为
[0022][0023]其中为雷达阵列的接收导向矢量；为由于雷达的天线增益、智能反射面增益、路径传输引起的衰落和相移。
[0024]目标经过智能反射面到雷达的信道为可表示为
[0025][0026]其中为接收回波时由于雷达的天线增益、智能反射面增益、路径传输引起的衰落和相移；为智能反射面接收目标回波的导向矢量；为对角矩阵，其第n个对角元素为在接收回波时反射阵元n的移相量构成的元素
为智能反射面与雷达间的信道矩阵。
[0027]在目标回波信号接收时，目标到雷达通信一体化基站的信道为可表示为
[0028][0029]其中表示由于雷达通信一体化基站天线增益、路径传输引起的衰落和相移。
[0030]目标经过智能反射面到雷达通信一体化基站的信道为可表示为
[0031][0032]其中为接收回波时由于雷达通信一体化基站的天线增益、智能反射面增益、路径传输引起的衰落和相移；为智能反射面接收目标回波的导向矢量；为对角矩阵，其第n个对角元素为在接收回波时反射阵元n的移相量构成的元素为智能反射面与雷达间的信道矩阵。
[0033]假设雷达和雷达通信一体化基站发射的信号互相正交，分别表示为和L为信号采样后的长度，且L为信号采样后的长度，且I
N
为N维单位矩阵。假设雷达和雷达通信一体化基站的发射信号同时到达目标距离处，且雷达和雷达通信一体化基站都有发射信号信息S
ra
和s
bs
。MIMO雷达接收的信号可表示为
[0034][0035]其中为噪声矩阵；P
ra
为雷达的发射功率；P
bs
为基站的发射功率；α
ra
和α
bs
为目标相对于雷达和雷达通信一体化基站的反射截面积。
[0036]接收信号经过与S
ra
和s
bs
匹配滤波后，可表示为
[0037][0038]其中为高斯噪声经过匹配滤波后的矩阵。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能反射面辅助的雷达通信协同目标检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：在信号发射阶段，根据目标探测方位、雷达天线和智能反射面增益、路径传输损耗、雷达附近的智能反射面与雷达接收阵列之间的信道状态信息，雷达信号处理器计算得到雷达附近的智能反射面每个阵元的优化相移量，雷达通过智能反射面控制器对雷达附近的智能反射面的每个阵元的相移量进行优化控制。步骤S2：在信号发射阶段，根据目标探测方位、雷达通信一体化基站天线和智能反射面增益、路径传输损耗、雷达通信一体化基站附近的智能反射面与雷达通信一体化基站之间的信道状态信息，雷达信号处理器计算得到雷达通信一体化基站附近的智能反射面每个阵元的优化相移量，雷达通过智能反射面控制器对雷达通信一体化基站附近的智能反射面的每个阵元进行相应的相移优化控制；步骤S3：在回波信号接收阶段，根据目标探测方位、雷达天线和智能反射面增益、路径传输损耗、雷达附近的智能反射面与雷达接收阵列之间的信道状态信息，雷达信号处理器计算得到雷达附近的智能反射面的每个阵元的相移量，雷达通过智能反射面控制器对雷达附近的智能反射面的每个阵元进行相应的相移优化控制；步骤S4：在回波信号接收阶段，根据目标探测方位、雷达通信一体化基站天线和智能反射面增益、路径传输损耗、雷达通信一体化基站附近的智能反射面与雷达通信一体化基站之间的信道状态信息，雷达信号处理器计算得到雷达通信一体化基站附近的智能反射面的每个阵元的相移量，雷达通过智能反射面控制器对雷达通信一体化基站附近的智能反射面的每个阵元进行相应的相移优化控制；步骤S5：雷达通信一体化基站将接收信号传输到MIMO雷达进行协同处理，进行目标检测；如果检测统计量大于门限值，则该距离处存在目标；否则，则该距离处不存在目标。2.如权利要求1所述的智能反射面辅助的雷达通信协同目标检测方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：考虑窄带集中式MIMO雷达系统，雷达阵列等效为线型阵列，按照半波长间距安装有N个天线；雷达通信一体化基站等效安装单天线；雷达附近的智能反射面和雷达通信一体化基站附近的智能反射面都等效为线型阵列，按照半波长间距分别安装有M1和M2个反射阵元；假设目标处在与雷达阵列法向夹角为θ1的某距离处，雷达到目标的信道为表示为其中为雷达阵列的发射导向矢量，θ1为目标与雷达阵列的法向夹角；g1为由于天线增益、路径传输引起的衰落和相移；雷达经过其附近的智能反射面到目标的信道为表示为其中为雷达附近的智能反射面的导向矢量，θ4为目标与智能反射面的法向夹角；g2为由于雷达阵列增益、智能反射面增益、路径传输引起的衰落和相移；为对角矩阵，其第n个对角元素为智能反射面的反射阵元n的移相量构
成的元素成的元素为雷达和智能反射面间的信道矩阵；雷达通信一体化基站到目标的信道为h3，表示为h3＝g3，其中g3表示由于雷达通信一体化基站天线增益、路径传输引起的衰落和相移；雷达通信一体化基站经过其附近的智能反射面到目标的信道为h4，表示为其中为雷达通信一体化基站附近的智能反射面的导向矢量，θ
′4为目标与智能反射面的法向夹角；g4为由于雷达通信一体化基站的天线增益、智能反射面增益、路径传输引起的衰落和相移；为对角矩阵，其第n个对角元素为由智能反射面反射阵元n的移相量构成的元素构成的元素为雷达和智能反射面间的信道矩阵；在目标回波信号接收时，目标到雷达的信道为表示为其中为雷达阵列的接收导向矢量；为由于雷达的天线增益、智能反射面增益、路径传输引起的衰落和相移；目标经过智能反射面到雷达的信道为表示为其中为接收回波时由于雷达的天线增益、智能反射面增益、路径传输引起的衰落和相移；为智能反射面接收目标回波的导向矢量；为对角矩阵，其第n个对角元素为在接收回波时反射阵元n的移相量构成的元素构成的元素为智能反射面与雷达间的信道矩阵；在目标回波信号接收时，目标到雷达通信一体化基站的信道为表示为其中表示由于雷达通信一体化基站天线增益、路径传输引起的衰落和相移；目标经过智能反射面到雷达通信一体化基站的信道为表示为其中为接收回波时由于雷达通信一体化基站的天线增益、智能反射面增益、路径传输引起的衰落和相移；为智能反射面接收目标回波的导向矢量；为对角矩阵，其第n个对角元素为在接收回波时反射阵元n的移相量构成的元素成的元素为智能反射面与雷达...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕伟，林强，邓斌，李洪力，方其庆，余娟，张丛胜，王晶晶，谷成刚，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军预警学院，
类型：发明
国别省市：