【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于雷达通信，涉及一种雷达通信一体化系统的恒模波形设计方法。
技术介绍
1、近年来，由于无线通信的频谱需求，稀缺的频谱资源共享一直是研究的热点。联合通信-雷达频谱共享(jcrss)是缓解这一问题的一种手段。总的来说，关于jcrss的现有贡献可以分为两类。第一类是不使用相同平台硬件的共存波形设计，第二种是设计波形在单一平台硬件上共享频谱。
2、对于第一类，在文献《r.saruthirathanaworakun,j.m.peha,and l.m.correia,“opportunistic sharing between rotating radar and cellular,”ieee journal onselected areas in communications,vol.30,no.10,pp.1900–1910,2012.》中，通信系统在空间上传输，频谱不被任何雷达系统所占用。更进一步，文献《abdelhadi,ahmed,khawar,awais,clancy,and charles,“target detection performance of spectrum sharingmimo radars,”ieee sensors journal,vol.15,no.9,pp.4928–4940,2015.》提出了一种零空间投影(nsp)方法来支持mimo雷达和蜂窝系统之间的频谱共享。相比之下，文献《f.liu,c.masouros,a.li,and t.ratnarajah,“robust mi
3、对于第二类，在文献《f.liu,c.masouros,a.li,h.sun,and l.hanzo,“mu-mimocommunications with mimo radar:from co-existence to joint transmission,”ieeetransactions on wireless communications,vol.17,no.4,pp.2755–2770,2019.》中研究了具有总功率约束和单天线功率约束的dfrc波束图设计。虽然上述波形设计实现了通信和雷达探测的联合功能，但对恒模(cm)波形的研究很少。在实际应用中，由于雷达波形采用非线性放大器传输，cm波形可以避免信号失真，降低功率效率损失。
4、为了解决dfrc系统恒模波形设计这一难题，在文献《f.liu,l.zhou,c.masouros,a.li,w.luo,and a.petropulu,“toward dual-functional radar-communicationsystems:optimal waveform design,”ieee transactions on signal processing,vol.66,no.16,pp.4264–4279,2018.》中通过有界搜索技术，提出了一种分支定界(bnb)算法来寻找所需的解。然而，搜索过程需要巨大的复杂度成本。为了进一步提高计算效率，文献《f.liu,c.masouros,and h.griffiths,“dual-functional radarcommunicationwaveform design under constant-modulus and orthogonality constraints,”in2019sensor signal processing for defence conference(sspd).ieee,2019,pp.1–5.》提出了一阶黎曼共轭梯度算法来设计具有cm和正交性约束的dfrc波形。但上述设计dfrc波形的方法都没有考虑mimo雷达的发射波束图设计，而这对于提高雷达的探测性能至关重要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的：为了解决
技术介绍
中提到的问题，本专利技术提供了一种雷达通信一体化系统的恒模波形设计方法，设计具有cm约束的发射波形，使雷达发射波束图和通信多用户干扰都得到了优化。为了打破设计精度与复杂性之间的平衡，提出了一种基于二阶黎曼流形优化的信赖域(rmo-tr)方法来直接求解。该方法首先将问题转化为复圆流形上的无约束二次问题。然后，通过对信赖域下降比的精心设计，导出了求解变换后问题的黎曼信赖域算法。数值结果表明，在波形模量恒定的情况下，本专利技术的权衡设计在通信和雷达之间具有更好的折衷性能。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种雷达通信一体化系统的恒模波形设计方法，过程如下：
4、考虑一个mimo-dfrc系统，该系统配备了n个发射天线，位于均匀线阵(ula)中。该系统在进行目标检测的同时为k个通信用户提供服务。
5、符号表示：矩阵、向量分别用粗体大写(例如：a)和粗体小写(例如：a)表示。复共轭、共轭和转置运算符分别表示为(·)h、(·)*和(·)t。运算符|·|表示一个值的模，⊙表示哈达玛积。符号表示克罗内克积。in表示n×n阶单位矩阵，符号<·,·>表示内积。符号cn×l表示n×l阶复矩阵。
6、步骤1：通信模型
7、下行链路用户接收到的信号矩阵可表示为：
8、yc＝hx+w (1)
9、其中，h＝[h1,h2,...,hk]t∈ck×n表示通信信道矩阵，x＝[x1,x2,...,xl]∈cn×l代表dfrc系统的发射波形矩阵，其中，l是通信帧或雷达脉冲的长度，w＝[w1,w2,...,wl]∈ck×l表示噪声矩阵，其中，
10、给定一个下行链路用户所期望的星座符号矩阵s∈ck×l，式(1)的等价形式可以重写为：
11、
12、对于每个下行链路用户，假设s的元素来自相同的星座图，(2)中的第二项表示多用户干扰(mui)信号，mui总能量可以定义为：
13、
14、通过最小化mui能量可以提高下行链路用户的可达和速率。
15、步骤2：雷达模型
16、由于mimo雷达各天线发射不同波形，因此相比于传统的相控阵雷达，mimo雷达具有更高的自由度(dofs)。雷达发射波束图可以通过雷达信号协方差矩阵r设计。dfrc系统的理想波束图设计可以表示为如下约束最小二乘问题：
17、
18、其中，表示[-π/2,π/2]范围内的检测角度，是角度θm对应的期望发射波束增益，α是缩放因子，pt是发射功率，1n＝[1,1,...,1]t∈rn×1。发射-接收导向矢量为：<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种雷达通信一体化系统的恒模波形设计方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多入多出雷达通信一体化系统配备有N个发射天线，均位于均匀线阵中，所述系统在进行目标检测的同时为K个用户提供通信服务；
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤二中，将雷达通信一体化系统的理想波束图建模为最小二乘问题，如下所示：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤三中，雷达通信一体化系统波形设计模型建模如下：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤四中，带恒模约束的雷达通信一体化系统波形设计模型表示如下：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤五中，求解过程包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤B中，发射波形矩阵X固定下带恒模约束的雷达通信一体化系统波形设计模型表示如下：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤C中，U固定下带恒模约束的雷达通信一体化系统波形设计模型表示如下：
【技术特征摘要】
1.一种雷达通信一体化系统的恒模波形设计方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多入多出雷达通信一体化系统配备有n个发射天线，均位于均匀线阵中，所述系统在进行目标检测的同时为k个用户提供通信服务；
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤二中，将雷达通信一体化系统的理想波束图建模为最小二乘问题，如下所示：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤三中，雷达通信一体化系统波形设计模型建模...
【专利技术属性】
技术研发人员：张逸然，罗玉娟，孙学柳，石维盛，颜冠伟，梁琨，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：
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