CN109672488A - 基于射频隐身的雷达-通信一体化***最优功率控制方法 - Google Patents

基于射频隐身的雷达-通信一体化***最优功率控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于射频隐身的雷达‑通信一体化***最优功率控制方法，所述雷达‑通信一体化***包括MT部发射机、一部雷达接收机和一部通信接收机；所述方法包括以下步骤：S1：表征目标检测性能；S2：表征通信性能；S3：根据给定的通信速率门限rcom、虚警概率门限δFA和目标检测概率门限δD，建立雷达‑通信一体化***最优功率控制模型，得到最优雷达信号发射功率；S4：构建拉格朗日乘子式，得到最优通信信号发射功率；S5：将步骤S3得到的最优雷达信号发射功率与步骤S4得到的最优通信信号发射功率相加，得到雷达‑通信一体化***的最小总发射功率。本发明提升了***的射频隐身性能。

Description

基于射频隐身的雷达-通信一体化***最优功率控制方法
技术领域
本发明涉及雷达信号处理领域，特别是涉及基于射频隐身的雷达-通信一体化***最优功率控制方法。
背景技术
在现代高技术战争条件下，任何单一电子装备或多种电子装备的简单叠加都难以对付敌方综合性高科技电子兵器，难以确保实施有效和可靠的通信、探测和压制。为适应现代战争环境的要求，需要将现代作战平台上众多电子装备进行综合一体化设计。电子装备一体化不仅有助于把不同类型、不同用途的电子设备进行有机结合，便于实时协调和控制作战平台上电子设备的工作，合理地分配***资源，而且也有助于实现装备的通用性、小型化和多功能化。而雷达和通信作为作战平台的两个重要组成部分，实现二者的一体化设计具有重要意义。
雷达-通信一体化***可以实现两者能力的相互增强：一方面，可以最大限度地利用电子设备，并使用雷达的优良性能为通信***服务；另一方面，可实现雷达和通信***的自动化和网络化，从而进一步实现指挥、控制、通信、情报及监视与侦察***的有机整合。雷达-通信一体化***也具有物理机理上的可实现性，雷达和通信***的构成原理相同，在硬件***资源上有很大部分的重叠性，同时雷达信号和通信信号变得越来越趋于相同，两者的频率范围互有重叠，信号特征也不再明显不同。
因此，雷达-通信一体化***将原本互相独立的雷达和通信***整合成一个综合的一体化作战平台，不仅可以满足新时代新场景下的作战需求，而且可以基于现有技术条件完成实现，具有重要应用价值。
然而，针对由多部发射机、一部雷达接收机和一部通信接收机组成的雷达-通信一体化***，现有技术中尚未有基于射频隐身的雷达-通信一体化***最优功率控制方法。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于射频隐身的雷达-通信一体化***最优功率控制方法。
技术方案：本发明所述的基于射频隐身的雷达-通信一体化***最优功率控制方法，所述雷达-通信一体化***包括MT部发射机、一部雷达接收机和一部通信接收机；所述方法包括以下步骤：
S1：表征目标检测性能；
S2：表征通信性能；
S3：根据给定的通信速率门限rcom、虚警概率门限δFA和目标检测概率门限δD，建立雷达-通信一体化***最优功率控制模型，得到最优雷达信号发射功率；
S4：构建拉格朗日乘子式，得到最优通信信号发射功率；
S5：将步骤S3得到的最优雷达信号发射功率与步骤S4得到的最优通信信号发射功率相加，得到雷达-通信一体化***的最小总发射功率。
进一步，所述步骤S1具体为：采用式(1)所示的雷达目标检测概率上限解析表达式来表征目标检测性能：
式(1)中，pD表示***的目标检测概率；δ表示目标检测判决门限，由虚警概率pFA＝exp(-δ)求出；σ2表示雷达接收机和通信接收机的背景噪声功率，且背景噪声服从零均值高斯白噪声；MT表示***中发射机的数目；γsur,i表示第i条路径的信噪比，所述第i条路径为第i部发射机到目标、目标再到雷达接收机的路径；Prad,i表示第i部发射机的雷达信号发射功率；K表示雷达信号长度。
进一步，所述步骤S2具体为：采用式(2)所示的通信速率解析表达式来表征通信性能：
式(2)中，Rcom表示***的通信速率；Pcom,i表示第i部发射机的通信信号发射功率；γcom,i表示第i部发射机到通信接收机的路径的信噪比。
进一步，所述步骤S3具体为：根据给定的通信速率门限rcom、虚警概率门限δFA和目标检测概率门限δD，建立雷达-通信一体化***最优功率控制模型：
式(3)中，δ表示目标检测判决门限，由虚警概率pFA＝exp(-δ)求出；σ2表示雷达接收机和通信接收机的背景噪声功率，且背景噪声服从零均值高斯白噪声；MT表示***中发射机的数目；γsur,i表示第i条路径的信噪比，所述第i条路径为第i部发射机到目标、目标再到雷达接收机的路径；Prad,i表示第i部发射机的雷达信号发射功率；K表示雷达信号长度；Pcom,i表示第i部发射机的通信信号发射功率；γcom,i表示第i部发射机到通信接收机的路径的信噪比；Ptot,i为第i部发射机的总发射功率；
当雷达-通信一体化***中第i部发射机的总发射功率Ptot,i足以满足设定的目标检测性能和通信速率要求时，式(3)等价转化为式(4)和(5)：
当式(4)和(5)中约束条件C1、C2、C3均取等号时，Prad,i+Pcom,i即为雷达-通信一体化***的最优功率控制结果；采用线性规划算法对式(4)进行求解，获取雷达-通信一体化***第i部发射机的最优雷达信号发射功率
进一步，所述步骤S4具体为：引入拉格朗日乘子与构建如式(6)的拉格朗日乘子式
得到如下卡罗需-库恩-塔克必要条件：
式(7)中，L为 为雷达-通信一体化***第i部发射机的最优通信信号发射功率，为的最优解，为的最优解，为的最优解；通过求解式(7)，得到雷达-通信一体化***第i部发射机的最优通信信号发射功率如式(8)所示；
是一个常数，其大小由式(8)代入式(9)中迭代计算得到：
式中，rcom表示给定的通信速率门限。
进一步，所述步骤S5具体为：将步骤S3得到的与步骤S4得到的相加，得到雷达-通信一体化***的最小总发射功率。
有益效果：本发明公开了一种基于射频隐身的雷达-通信一体化***最优功率控制方法，既满足了雷达-通信一体化***对通信速率和目标检测性能的要求，而且还使得雷达-通信一体化***总发射功率最小化，提升了***的射频隐身性能。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中方法对应的***的示意图。
具体实施方式
本具体实施方式公开了一种基于射频隐身的雷达-通信一体化***最优功率控制方法，雷达-通信一体化***如图1所示，包括MT部发射机、一部雷达接收机和一部通信接收机。本方法包括以下步骤：
S1：表征目标检测性能；
S2：表征通信性能；
S3：根据给定的通信速率门限rcom、虚警概率门限δFA和目标检测概率门限δD，建立雷达-通信一体化***最优功率控制模型，得到最优雷达信号发射功率；
S4：构建拉格朗日乘子式，得到最优通信信号发射功率；
S5：将步骤S3得到的最优雷达信号发射功率与步骤S4得到的最优通信信号发射功率相加，得到雷达-通信一体化***的最小总发射功率。
步骤S1具体为：采用式(1)所示的雷达目标检测概率上限解析表达式来表征目标检测性能：
式(1)中，pD表示***的目标检测概率；δ表示目标检测判决门限，由虚警概率pFA＝exp(-δ)求出；σ2表示雷达接收机和通信接收机的背景噪声功率，且背景噪声服从零均值高斯白噪声；MT表示***中发射机的数目；γsur,i表示第i条路径的信噪比，所述第i条路径为第i部发射机到目标、目标再到雷达接收机的路径；Prad,i表示第i部发射机的雷达信号发射功率；K表示雷达信号长度。
步骤S2具体为：采用式(2)所示的通信速率解析表达式来表征通信性能：
式(2)中，Rcom表示***的通信速率；Pcom,i表示第i部发射机的通信信号发射功率；γcom,i表示第i部发射机到通信接收机的路径的信噪比。
步骤S3具体为：根据给定的通信速率门限rcom、虚警概率门限δFA和目标检测概率门限δD，建立雷达-通信一体化***最优功率控制模型：
式(3)中，δ表示目标检测判决门限，由虚警概率pFA＝exp(-δ)求出；σ2表示雷达接收机和通信接收机的背景噪声功率，且背景噪声服从零均值高斯白噪声；MT表示***中发射机的数目；γsur,i表示第i条路径的信噪比，所述第i条路径为第i部发射机到目标、目标再到雷达接收机的路径；Prad,i表示第i部发射机的雷达信号发射功率；K表示雷达信号长度；Pcom,i表示第i部发射机的通信信号发射功率；γcom,i表示第i部发射机到通信接收机的路径的信噪比；Ptot,i为第i部发射机的总发射功率；
当雷达-通信一体化***中第i部发射机的总发射功率Ptot,i足以满足设定的目标检测性能和通信速率要求时，式(3)等价转化为式(4)和(5)：
当式(4)和(5)中约束条件C1、C2、C3均取等号时，Prad,i+Pcom,i即为雷达-通信一体化***的最优功率控制结果；采用线性规划算法对式(4)进行求解，获取雷达-通信一体化***第i部发射机的最优雷达信号发射功率
步骤S4具体为：引入拉格朗日乘子与构建如式(6)的拉格朗日乘子式
得到如下卡罗需-库恩-塔克必要条件：
卡罗需-库恩-塔克必要条件是Karush-Kuhn-Tucker的中文译名，简称为KKT必要条件。
式(7)中，L为 为雷达-通信一体化***第i部发射机的最优通信信号发射功率，为的最优解，为的最优解，为的最优解；通过求解式(7)，得到雷达-通信一体化***第i部发射机的最优通信信号发射功率如式(8)所示；
是一个常数，其大小由式(8)代入式(9)中迭代计算得到：
式中，rcom表示给定的通信速率门限。
步骤S5具体为：将步骤S3得到的与步骤S4得到的相加，得到雷达-通信一体化***的最小总发射功率。

Claims (6)

1.基于射频隐身的雷达-通信一体化***最优功率控制方法，其特征在于：所述雷达-通信一体化***包括MT部发射机、一部雷达接收机和一部通信接收机；所述方法包括以下步骤：
S1：表征目标检测性能；
S2：表征通信性能；
S3：根据给定的通信速率门限rcom、虚警概率门限δFA和目标检测概率门限δD，建立雷达-通信一体化***最优功率控制模型，得到最优雷达信号发射功率；
S4：构建拉格朗日乘子式，得到最优通信信号发射功率；
S5：将步骤S3得到的最优雷达信号发射功率与步骤S4得到的最优通信信号发射功率相加，得到雷达-通信一体化***的最小总发射功率。
2.根据权利要求1所述的基于射频隐身的雷达-通信一体化***最优功率控制方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：采用式(1)所示的雷达目标检测概率上限解析表达式来表征目标检测性能：
式(1)中，pD表示***的目标检测概率；δ表示目标检测判决门限，由虚警概率pFA＝exp(-δ)求出；σ2表示雷达接收机和通信接收机的背景噪声功率，且背景噪声服从零均值高斯白噪声；MT表示***中发射机的数目；γsur,i表示第i条路径的信噪比，所述第i条路径为第i部发射机到目标、目标再到雷达接收机的路径；Prad,i表示第i部发射机的雷达信号发射功率；K表示雷达信号长度。
3.根据权利要求1所述的基于射频隐身的雷达-通信一体化***最优功率控制方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：采用式(2)所示的通信速率解析表达式来表征通信性能：
式(2)中，Rcom表示***的通信速率；Pcom,i表示第i部发射机的通信信号发射功率；γcom,i表示第i部发射机到通信接收机的路径的信噪比。
4.根据权利要求1所述的基于射频隐身的雷达-通信一体化***最优功率控制方法，其特征在于：所述步骤S3具体为：根据给定的通信速率门限rcom、虚警概率门限δFA和目标检测概率门限δD，建立雷达-通信一体化***最优功率控制模型：
式(3)中，δ表示目标检测判决门限，由虚警概率pFA＝exp(-δ)求出；σ2表示雷达接收机和通信接收机的背景噪声功率，且背景噪声服从零均值高斯白噪声；MT表示***中发射机的数目；γsur,i表示第i条路径的信噪比，所述第i条路径为第i部发射机到目标、目标再到雷达接收机的路径；Prad,i表示第i部发射机的雷达信号发射功率；K表示雷达信号长度；Pcom,i表示第i部发射机的通信信号发射功率；γcom,i表示第i部发射机到通信接收机的路径的信噪比；Ptot,i为第i部发射机的总发射功率；
当雷达-通信一体化***中第i部发射机的总发射功率Ptot,i足以满足设定的目标检测性能和通信速率要求时，式(3)等价转化为式(4)和(5)：
当式(4)和(5)中约束条件C1、C2、C3均取等号时，Prad,i+Pcom,i即为雷达-通信一体化***的最优功率控制结果；采用线性规划算法对式(4)进行求解，获取雷达-通信一体化***第i部发射机的最优雷达信号发射功率
5.根据权利要求4所述的基于射频隐身的雷达-通信一体化***最优功率控制方法，其特征在于：所述步骤S4具体为：引入拉格朗日乘子与构建如式(6)的拉格朗日乘子式
得到如下卡罗需-库恩-塔克必要条件：
式(7)中，L为 为雷达-通信一体化***第i部发射机的最优通信信号发射功率，为的最优解，为的最优解，为的最优解；通过求解式(7)，得到雷达-通信一体化***第i部发射机的最优通信信号发射功率如式(8)所示；
是一个常数，其大小由式(8)代入式(9)中迭代计算得到：
式中，rcom表示给定的通信速率门限。
6.根据权利要求5所述的基于射频隐身的雷达-通信一体化***最优功率控制方法，其特征在于：所述步骤S5具体为：将步骤S3得到的与步骤S4得到的相加，得到雷达-通信一体化***的最小总发射功率。
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