基于合作博弈的合作式MIMO雷达通信一体化系统功率分配方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于合作博弈的合作式MIMO雷达通信一体化系统功率分配方法，属于通信领域。提供一种在Neyman

【技术实现步骤摘要】
基于合作博弈的合作式MIMO雷达通信一体化系统功率分配方法


[0001]本专利技术属于信号处理领域，它涉及合作式MIMO雷达通信一体化系统的功率分配问题，适用于对合作式一体化系统中的MIMO雷达子系统和MIMO通信子系统的天线发射功率进行设计。

技术介绍

[0002]在以往的研究中，雷达和通信一般是独立工作的，近些年来，许多专家学者将重点放在雷达通信一体化系统。雷达系统和通信系统本身就有许多相似性，比如在硬件上，两者的射频部分类似，都是将信号通过天线向空间辐射，然后在接收端进行处理，天线、发射机、接收机等都有共用的可能。两者的差异性体现在信号处理上，雷达的信息来源于目标，而通信的信息来源于发射机。因此，雷达和通信系统有实现一体化的基础。
[0003]最近几年，5G技术的商用及6G技术的研究、毫米波雷达的发展均为雷达通信一体化的发展提供肥沃土壤。经过广泛地研究查证，现有的研究将雷达通信一体化系统分为以下三类：(1)雷达通信共存系统，(2)合作式雷达通信共存系统，(3)双功能雷达通信一体化系统。雷达通信共存系统中的雷达通信共享资源，但是雷达和通信系统分开设计。本专利技术基于合作式共存系统，该系统利用原本在共存系统中视为干扰的路径来帮助提升系统性能。而双功能一体化系统中的雷达和通信系统共用同一硬件平台，同一平台能同时实现雷达和通信功能，具有高度集成性。
[0004]在通信领域，早在4G时代MIMO(Multiple Input Multiple Out)技术即被广泛应用，而5G的关键技术为大规模MIMO天线阵列及波束形成技术。而目前由于毫米波技术的成熟，毫米波雷达在汽车辅助驾驶、安检、医学检测等领域得到快速发展。与通信类似，毫米波技术带来了更高的带宽，但是传输损耗很高，将毫米波和大规模MIMO技术结合能互补优势。MIMO技术能提高目标参数估计的精度、目标检测能力。MIMO技术应用通信领域能够提高信道容量，提高信道的可靠性，降低误码率。
[0005]功率分配问题一直是研究各类系统的重要课题。本专利考虑的MIMO系统均为分置天线MIMO系统，目前的MIMO雷达分为共置天线MIMO雷达和分置天线MIMO雷达。对于分置天线MIMO雷达可实现多角度的目标检测，提高目标检测性能。本专利考虑在雷达和通信总功率受限情况下的功率分配问题，以优化雷达和通信整体性能为目标进行设计，提出一种在帕累托意义下的实现整体性能最优的算法。
[0006]当前对博弈论的应用集中在合作博弈和非合作博弈。在雷达领域，博弈论常被用于研究MIMO雷达不同天线、不同基地雷达间的相互影响过程、雷达和干扰机之间相互影响的过程、雷达和目标间的合作和对抗等。在通信领域，常采用合作博弈研究如何合理、公平分配各个系统的资源最终实现整体性能的最优。博弈论提供了一种全新的视角和模型，为解决非凸多目标优化问题等复杂的问题提供高效的解决方式。
[0007]因此，针对合作式MIMO雷达通信一体化发射天线功率分配优化问题，本专利技术提出
建立合作博弈模型，在系统总功率受限的情况下，提出迭代Nash Bargaining Solution(NBS)算法实现有关雷达和通信整体性能的优化问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术结合合作博弈知识，提供一种在Neyman
‑
Pearson准则下，以目标检测概率作为雷达性能评价指标，以通信互信息量作为通信性能评价指标的合作式MIMO雷达通信一体化系统的功率分配方法。在该方法中，将雷达子系统和通信子系统看作合作博弈双方，考虑系统总功率受限，建立基于纳什议价解的优化问题。根据合作博弈理论，利用迭代NBS算法得到的纳什议价解满足帕累托最优、公平性等性质。迭代NBS算法可通过谈判破裂点调整系统性能是更倾向于雷达还是通信。
[0009]本专利技术技术方案为，基于合作博弈的合作式MIMO雷达通信一体化系统功率分配方法，该方法包括：
[0010]步骤1：设MIMO雷达有N
R
个接收天线、M
R
个发射天线，MIMO通信有N
C
个接收天线、M
C
个发射天线，且各个天线位置对于雷达和通信而言均已知；设合作式一体化系统的总发射功率为雷达的总发射功率为第m个雷达发射天线的发射功率表示为E
R,m
，通信的总发射功率为第m'个通信发射天线的发射功率为E
C,m
′
，雷达发射功率分配权重定义为η
R
，
[0011]步骤2：定义MIMO雷达端接收信号的观测值为向量r
R
，MIMO通信端接收信号的观测值为向量r
C
：
[0012][0013][0014]其中U
Rt
和U
R
表示雷达
‑
雷达信道矩阵，分别包含目标反射系数、衰落系数的块对角矩阵，U
Ct
和U
C
表示通信
‑
雷达信道矩阵，分别包含目标反射系数、衰落系数的块对角矩阵s
Rt
和s
R
表示经目标反射和直达路径的雷达信号矢量，s
Ct
和s
C
表示经目标反射和直达路径的通信信号矢量，U
Rt
和U
R
表示雷达
‑
通信信道矩阵，分别包含目标反射通道增益、直达路径通道增益的块对角矩阵，U
Ct
和U
C
表示通信
‑
通信信道矩阵，分别包含目标反射的通道增益、直达路径通道增益的块对角矩阵，和表示通信接收端接收到的经目标反射和直达路径的雷达信号矢量，和表示通信接收端接收到的经目标反射和直达路径的通信信号矢量，w
R
表示加性高斯白噪声向量，均值为零且协方差矩阵为Q
R
，w
C
表示加性高斯白噪声向量，服从零均值且协方差矩阵为Q
C
；
[0015]步骤3：定义目标存在的假设为目标不存在的假设为建立假设检验问题，得到对数似然比，检测统计量写为：
[0016][0017]步骤4：一般而言，NP准则指定虚警概率P
FA
低于某一值α
f
的情况下，计算最大的检测概率，给定虚警概率α
f
，带入检测统计量得到雷达目标检测概率P
D
：
[0018][0019]函数Q(
·
)表示互补分布函数，σ为检测统计量T
R
的标准差，算符表示求随机变量的数学期望；又因为
∝
表示两者成正比，用来表示检测概率P
D
的变化情况，
[0020][0021]其中参数α
m,m
′
，β
m,m
′
，γ
m,m
′
与目标反射系数、雷达和通信发射信号、时间延迟有关；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于合作博弈的合作式MIMO雷达通信一体化系统功率分配方法，该方法包括：步骤1：设MIMO雷达有N
R
个接收天线、M
R
个发射天线，MIMO通信有N
C
个接收天线、M
C
个发射天线，且各个天线位置对于雷达和通信而言均已知；设合作式一体化系统的总发射功率为雷达的总发射功率为第m个雷达发射天线的发射功率表示为E
R,m
，通信的总发射功率为第m'个通信发射天线的发射功率为E
C,m
′
，雷达发射功率分配权重定义为η
R
，步骤2：定义MIMO雷达端接收信号的观测值为向量r
R
，MIMO通信端接收信号的观测值为向量r
C
：：其中U
Rt
和U
R
表示雷达
‑
雷达信道矩阵，分别包含目标反射系数、衰落系数的块对角矩阵，U
Ct
和U
C
表示通信
‑
雷达信道矩阵，分别包含目标反射系数、衰落系数的块对角矩阵s
Rt
和s
R
表示经目标反射和直达路径的雷达信号矢量，s
Ct
和s
C
表示经目标反射和直达路径的通信信号矢量，U
Rt
和U
R
表示雷达
‑
通信信道矩阵，分别包含目标反射通道增益、直达路径通道增益的块对角矩阵，U
Ct
和U
C
表示通信
‑
通信信道矩阵，分别包含目标反射的通道增益、直达路径通道增益的块对角矩阵，和表示通信接收端接收到的经目标反射和直达路径的雷达信号矢量，和表示通信接收端接收到的经目标反射和直达路径的通信信号矢量，w
R
表示加性高斯白噪声向量，均值为零且协方差矩阵为Q
R
，w
C...

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