CN108834208A - 一种雷达-通信综合射频***的功率分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种雷达‑通信综合射频***的功率分配方法，涉及雷达信号处理领域，能够最小化雷达‑通信综合射频***的总发射功率，提升其射频隐身性能。本发明包括：计算雷达目标探测路径信噪比和通信信道信噪比，作为先验知识；依据雷达‑通信综合射频***的需求以及先验知识，建立雷达‑通信综合射频***的最优功率分配数学模型；求解最优功率分配数学模型，得到最优功率分配结果。本发明能够在满足一定通信速率和目标探测性能的条件下，对***用于通信信号和雷达波形的发射功率进行自适应优化设计，达到最小化雷达‑通信综合射频***总发射功率的目的。

Description

一种雷达-通信综合射频***的功率分配方法
技术领域
本发明涉及雷达信号处理领域，尤其涉及一种雷达-通信综合射频***的功率分配方法。
背景技术
近年来，随着信息化战争对作战平台多功能的迫切需求，现代作战平台如战斗机、直升机、舰艇等装备的雷达、通信等设备越来越多，射频设备所占的重量、体积、资源消耗和成本等也日益增大，同时，不同设备之间还会造成严重的电磁干扰，影响彼此正常工作。利用共享天线孔径实现雷达、通信等多任务、多功能的综合射频***，不仅可以有效改善作战平台不同射频设备间的电磁兼容性和隐身性能，而且能够提升作战平台的整体作战效能。因此，综合射频***已成为当今射频装备发展的重要方向，引起了世界各国学术界和工程界的广泛关注。
从20世纪80年代开始，美国率先开展了一系列先进多功能射频一体化研究项目，取得了令人瞩目的成果。另外，意大利、瑞典以及欧洲防务局等国家和科研机构都针对多功能射频***、多功能有源电子扫描阵列天线展开研究，也都取得了良好的成绩。其中，美国海军开展的先进多功能射频概念项目将发射天线划分为若干个各相同的子阵，同时用于实现雷达、通信、电子展等任务功能。然而，这种固定的天线阵面划分方式缺乏灵活性，不能随着作战环境或任务需求的变化而动态调整***发射资源的分配情况。
综上,现有技术中缺乏一种功率分配方法，最小化雷达-通信综合射频***的总发射功率，提升其射频隐身性能。
发明内容
本发明提供一种雷达-通信综合射频***的功率分配方法，能够在满足一定通信速率和目标探测性能的条件下，对***用于通信信号和雷达波形的发射功率进行自适应优化设计，达到最小化雷达-通信综合射频***总发射功率的目的。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种雷达-通信综合射频***的功率分配方法，包括：
S1、计算雷达目标探测路径信噪比和通信信道信噪比，作为先验知识；
S2、依据雷达-通信综合射频***对通信速率和目标探测性能的需求，确定雷达-通信综合射频***的通信速率门限、虚警概率门限和目标检测概率门限；
S3、利用先验知识、通信速率门限、虚警概率门限、目标检测概率门限，建立雷达-通信综合射频***的最优功率分配数学模型；
S4、求解最优功率分配数学模型，得到最优功率分配结果。
进一步的，所述最优功率分配数学模型为：
其中，Prad为雷达-通信综合射频***用于雷达波形的发射功率，Pcom为雷达-通信综合射频***用于通信信号的发射功率，rth为通信速率门限，pFA为虚警概率，pD为检测概率，δFA为虚警概率门限，δD为目标检测概率门限，γrad为雷达目标探测路径信噪比，γcom为通信信道信噪比，R＝log2(1+Pcomγcom)为通信速率，pFA为雷达虚警概率，pD为检测概率，λ为目标判决门限，Pmin为所述雷达-通信综合射频***总发射功率下限，PTotal为雷达-通信综合射频***总发射功率上限，为一阶Marcum Q函数，即：
其中，为第一类零阶修正贝塞尔函数，为单调递增函数。
根据代数运算，公式(1)可等价转化为：
进一步的，当公式(3)中的不等号取等号时，公式(3)所得结果即所述最优功率分配结果。
进一步的，所述雷达-通信综合射频***用于通信信号的最优发射功率为：
其中，P* com为所述雷达-通信综合射频***用于通信信号的最优发射功率，γcom为所述通信信道信噪比，rth为所述通信速率门限。在求得目标判决门限λ后，公式(4)采用二分搜索法进行求解。
本发明的有益效果是：
本发明根据先验知识获取雷达目标探测路径和通信信道传播信噪比的基础上，在满足一定通信速率和目标探测性能的条件下，对***用于通信信号和雷达波形的发射功率进行自适应优化设计，先采用先验知识和通信速率门限、虚警概率门限、目标检测概率门限，在获取雷达目标探测路径和通信信道传播信噪比的基础上，以最小化雷达-通信综合射频***的总发射功率为目标，建立雷达-通信综合射频***的最优功率分配数学模型，通过二分法求解数学模型的最优解，从而得到最优功率分配结果，达到最小化雷达-通信综合射频***总发射功率的目的，提升了雷达-通信综合射频***的射频隐身性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为雷达-通信综合射频***模型图；
图2为雷达与通信***最优功率分配流程图；
图3为二分搜索法求解雷达波形发射功率流程图；
图4为不同通信速率和通信信道条件下目标检测概率随总发射功率的变化曲线；
图5为不同方法下雷达-通信综合射频***发射功率对比。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
一种雷达-通信综合射频***的功率分配方法，流程图如图2所示,包括：
S1、计算雷达目标探测路径信噪比γrad和通信信道信噪比γcom，作为先验知识,雷达-通信综合射频***模型如图1所示；
S2、依据雷达-通信综合射频***对通信速率和目标探测性能的需求，确定雷达-通信综合射频***的通信速率门限rth、虚警概率门限δFA和目标检测概率门限δD；
S3、利用先验知识、通信速率门限、虚警概率门限、目标检测概率门限，建立雷达-通信综合射频***的最优功率分配数学型:
其中，Prad为雷达-通信综合射频***用于雷达波形的发射功率，Pcom为雷达-通信综合射频***用于通信信号的发射功率，rth为通信速率门限，pFA为虚警概率，pD为检测概率，δFA为虚警概率门限，δD为目标检测概率门限，γrad为雷达目标探测路径信噪比，γcom为通信信道信噪比，R＝log2(1+Pcomγcom)为通信速率，pFA为雷达虚警概率，pD为检测概率，λ为目标判决门限，Pmin为所述雷达-通信综合射频***总发射功率下限，PTotal为雷达-通信综合射频***总发射功率上限，为一阶Marcum Q函数，即：
其中，为第一类零阶修正贝塞尔函数，为单调递增函数。
根据代数运算，公式(1)可等价转化为：
S4、求解最优功率分配数学模型，得到最优功率分配结果,当公式(3)中的不等号取等号时，公式(3)所得结果即所述最优功率分配结果,雷达-通信综合射频***用于通信信号的最优发射功率为：
其中，P* com为所述雷达-通信综合射频***用于通信信号的最优发射功率，γcom为所述通信信道信噪比，rth为所述通信速率门限。在求得目标判决门限λ后，公式(4)采用二分搜索法进行求解,流程图如图3所示。
经迭代计算，选取在满足一定通信速率和目标检测概率的条件下使得***总发射功率最小的通信信号发射功率Pc * om和雷达波形发射功率Pr*ad作为最优解，并最终确定符合约束条件的雷达-通信综合射频***最小总发射功率。
本实施例的仿真结果如下所示：
仿真参数如表1所示。
表1仿真参数设置
不同通信速率和通信信道条件下目标检测概率随总发射功率的变化曲线如图4所示。雷达-通信综合射频***最优功率分配方法是根据雷达目标探测路径和通信信道传播信噪比等先验知识，以及***对通信速率和目标探测性能的需求计算得到的最优发射功率。由图4可以看出，当通信速率门限和通信信道信噪比一定的情况下，随着***总发射功率上限的增大，目标检测概率也随之变大。而在***总发射功率上限和通信信道信噪比一定的情况下，目标检测概率随着通信速率的减小而增大，这是由于随着通信速率的减小，***可用于发射雷达波形的功率资源增多，从而导致检测概率增大。另一方面，在***总发射功率上限和通信速率一定的情况下，目标检测概率随着通信信道信噪比的增大而减小，这是因为随着通信信道信噪比的改善，用于通信信号的发射功率减小，同样地，***可用于发射雷达波形的功率资源增多，从而导致检测概率增大。
图5给出了不同功率分配方法下雷达-通信综合射频***发射功率对比。由图5可知，***用于通信信号和雷达波形的发射功率分配结果主要是由雷达目标探测路径和通信信道传播信噪比以及***对通信速率和目标探测性能的需求决定的。在满足一定通信速率和目标探测性能的条件下，所提最优功率分配方法所得的雷达波形发射功率和通信信号发射功率明显小于平均功率分配方法，从而前者的射频隐身性能优于后者，这是由于均匀功率分配方法是在没有考虑各信道传播信噪比等先验知识，以及通信速率和目标探测性能需求的情况下，将***总发射功率均匀分配给雷达波形和通信信号，因此，它具有更差的射频隐身性能。而基于检测概率最大化的功率分配方法能在保证给定通信速率的前提下最小化通信信号发射功率，但将剩余功率全部分配给雷达波形以最大化目标检测概率，造成了功率资源的浪费，有损于***射频隐身性能。
由上述仿真结果可知，雷达-通信综合射频***的最优功率分配方法，在根据先验知识获取雷达目标探测路径和通信信道传播信噪比的基础上，以最小化雷达-通信综合射频***的总发射功率为目标，对用于通信信号和雷达波形的发射功率进行自适应优化设计，从而在保证一定通信速率和目标探测性能的前提下，有效提升雷达-通信综合射频***的射频隐身性能。
本发明的有益效果为：
(1)本发明既保证了雷达-通信综合射频***对通信速率和目标探测性能的要求，而且还使得***总发射功率最小化，提升了雷达-通信综合射频***的射频隐身性能。产生该优点的原因是本发明采用了雷达-通信综合射频***最优功率分配方法，该方法在获取雷达目标探测路径和通信信道传播信噪比的基础上，以最小化雷达-通信综合射频***的总发射功率为目标，在满足一定通信速率和目标探测性能的条件下建立雷达-通信综合射频***的最优功率分配模型；
(2)与现有技术相比，本发明提出的雷达-通信综合射频***最优功率分配方法，不仅保证了雷达-通信综合射频***对通信速率和目标探测性能的要求，而且还使得***总发射功率最小化，提升了雷达-通信综合射频***的射频隐身性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种雷达-通信综合射频***的功率分配方法，其特征在于，包括：
S1、计算雷达目标探测路径信噪比和通信信道信噪比，作为先验知识；
S2、依据雷达-通信综合射频***对通信速率和目标探测性能的需求，确定通信速率门限、虚警概率门限和目标检测概率门限等；
S3、利用所述先验知识、所述通信速率门限、所述虚警概率门限、所述目标检测概率门限，建立所述雷达-通信综合射频***的最优功率分配数学模型；
S4、求解所述最优功率分配数学模型，得到最优功率分配结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最优功率分配数学模型为：
其中，Prad为雷达-通信综合射频***用于雷达波形的发射功率，Pcom为雷达-通信综合射频***用于通信信号的发射功率，rth为通信速率门限，pFA为虚警概率，pD为检测概率，δFA为虚警概率门限，δD为目标检测概率门限，γrad为雷达目标探测路径信噪比，γcom为通信信道信噪比，R＝log2(1+Pcomγcom)为通信速率，pFA为雷达虚警概率，pD为检测概率，λ为目标判决门限，Pmin为雷达-通信综合射频***总发射功率下限，PTotal为雷达-通信综合射频***总发射功率上限，为一阶Marcum Q函数，即：
其中，为第一类零阶修正贝塞尔函数，为单调递增函数。
根据代数运算，公式(1)可等价转化为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当公式(3)中的不等号取等号时，公式(3)所得结果即所述最优功率分配结果。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述雷达-通信综合射频***用于通信信号的最优发射功率为：
其中，P* com为所述雷达-通信综合射频***用于通信信号的最优发射功率，γcom为所述通信信道信噪比，rth为所述通信速率门限。
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