基于MSK-LFM的PD雷达信号处理仿真

现阶段,雷达通信双功能波形成为了当前国内外研究的热点。MSK-LFM是一种新型的雷达通信双功能波形,脉冲多普勒(PD)雷达是最基本的机载雷达。对基于MSK-LFM的PD雷达的信号处理进行仿真,得出了MSK-LFM与同等条件下的LFM相比在距离探测和速度探测的性能上并无恶化,从而验证了MSK-LFM在PD雷达中应用的可行性。     

智能反射面增强的多无人机辅助语义通信资源优化

无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)为无线通信系统提供了具有高成本效益的解决方案。进一步地,提出了一种新颖的智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)增强多UAV语义通信系统。该系统包括配备IRS的UAV、移动边缘计算(Mobile Edge Computing, MEC)服务器和具有数据收集与局部语义特征提取功能的UAV。通过IRS优化信号反射显著改善了UAV与MEC服务器的通信质量。所构建的问题涉及多UAV轨迹、IRS反射系数和语义符号数量联合优化,以最大限度地减少传输延迟。为解决该非凸优化问题,本文引入了深度强化学习(Deep Reinforce Learning, DRL)算法,包括对偶双深度Q网络(Dueling Double Deep Q Network, D3QN)用于解决离散动作空间问题,如UAV轨迹优化和语义符号数量优化;深度确定性策略梯度(Deep Deterministic Policy Gradient, DDPG)用于解决连续动作空间问题,如IRS反射系数优化,以实现高效决策。仿真结果表明...     

雷达通信一体化研究现状与发展趋势

雷达通信一体化通过一套共用的硬件设备实现雷达探测与通信传输,相比于传统单一的雷达或者通信设备,更易集成化、小型化和高效利用频谱。该文系统地介绍了雷达通信一体化的原理与特点,指出了一体化研究中亟需解决的问题,从典型的基于线性调频(LFM)的雷达通信一体化信号出发,全面梳理了国内外针对雷达通信一体化的相关研究,着重归纳了正交频分复用(OFDM)与多入多出(MIMO)技术在雷达通信一体化波形设计、信号处理、一体化系统设计等几个重点方向的研究进展,并分析了雷达通信一体化未来的可能发展趋势及其在军事领域和民用智能交通领域的重要应用前景。     

GDS-MIMO-OFDM雷达通信一体化波形设计

针对正交频分复用(OFDM)雷达通信一体化波形存在的通信速率较低、自相关旁瓣较高的问题,提出了一种基于Gold码扩频的多输入多输出-正交频分复用(MIMO-OFDM)雷达通信一体化波形。将MIMO-OFDM与扩频序列相结合,利用相关性较好的Gold码对通信信息进行扩频,再与OFDM脉冲符号进行调制,进而设计出一种既能提高通信速率又能改善雷达性能的一体化波形。仿真实验证明,较相同仿真条件下的Gold-OFDM、脉冲压缩-正交频分复用(PC-OFDM)一体化波形而言,所设计的一体化波形的通信速率能够倍数提高且可以在不影响通信性能的前提下降低信号模糊函数的旁瓣,从而改善一体化系统的雷达性能。     

探测通信一体化研究现状与发展趋势

探测通信一体化将独立的探测与通信系统集成一起,通过共用一套硬件设备实现目标探测与信息传输功能,相比传统单一的探测与通信系统,其具有节约平台空间、降低平台能耗以及提高平台安全性等优点。首先介绍国内外陆上雷达通信一体化的相关研究,以及陆上与水下探测通信一体化的区别。结合水声传感网络的应用背景,借鉴雷达通信一体化研究技术,针对探测通信一体化亟需解决的共享波形设计、自干扰抑制以及共享信号处理三个问题,讨论了水下探测通信一体化在单基地、双基地、信息化、安全性方面的发展应用。无论是陆上还是水下,探测与通信作为信息系统的两大功能,两者的一体化设计是系统集成化、信息化、智能化的发展趋势之一。      

智能反射面协助下的通信感知一体化系统

路径衰弱问题严重制约城市密集区域通信感知一体化系统的性能的提升,为此提出了一种IRS协助下的通信感知一体化系统设计方法。该系统设计的目标是在用户所需SNR、一体化基站发射功率和IRS相位满足系统设计的需求下,通过设计一体化基站的波束成形矢量和IRS的相移矩阵来最大化雷达SNR。然而上述优化问题受IRS相移矩阵高次单位模的限制,要想获取该非凸优化问题的解非常困难,创新性地提出基于MM迭代优化算法,该算法首先利用MM算法对IRS相移矩阵进行降次,然后采用内点法来求解带单位模约束的QCQP问题。为了降低求解IRS相移矩阵子优化问题的复杂度,进一步提出了二分查找算法,来获取相移矩阵的闭式解,使其满足智能驾驶等应用对低时延的需求。实验结果表明相比于没有IRS的传统方法,IRS协助下的通信感知一体化系统可以提供间接的数据通信和目标探测路径,从而有效地提高通信数据传输和雷达目标探测的性能。     

一种基于OFDM-chirp的雷达通信一体化波形设计与处理方法

雷达通信一体化波形设计是近年来的研究热点.有学者提出利用正交频分复用(OFDM)信号的奇偶载波分别调制雷达与通信功能来实现一体化.但OFDM通信系统一般采用循环前缀(CP)来避免多径效应带来的载波间干扰(ICI)和符号间干扰(ISI),这会降低能量利用率,并会形成虚假目标,影响雷达性能;此外,传统的OFDM一体化信号对...     

步进频率随机变化的2FSK-步进频雷达通信一体化波形设计

在高分辨雷达信号中,频率步进雷达信号是一种可靠且高效的雷达信号.一般情况下,雷达波形采用低占空比的脉冲传输.为了提高通信传输速率,通信波形往往采用连续波传输.针对雷达通信一体化信号中通信传输速率低下的问题,提出了一种结合步进频率信号和通信中多频移键控(Multi-Frequency Shift Keying,MFSK)...     

雷达通信一体化信号调制技术综述

雷达通信一体化是指利用一个发射平台发射同一频段的调制信号,同时实现雷达与通信功能.从通信角度看,雷达与通信信号融合可以缓解频谱资源紧缺的压力,因为有限的频谱资源已经成为5G、6G通信技术发展中需要面对的关键问题.从雷达角度看,雷达与通信信号波形融合可以减小雷达电子设备体积,降低电磁干扰,提高电路集成度,这正是下一代雷达...     

面向频谱共存的MIMO雷达波形设计综述

多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）雷达良好的空间分集和波形分集能力使其在目标检测和参数估计等方面有着传统雷达无法比拟的突出优势。然而,随着信息技术的快速发展,雷达和通信系统对频谱资源的需求日益增长。频谱资源稀缺导致雷达和通信系统势必出现竞争频谱资源的问题,进而使得二者相互干扰并导致性能下降。针对面向频谱共存的MIMO雷达波形设计问题,介绍了MIMO雷达的基本概念、信号模型以及信号处理任务,对MIMO雷达波形设计问题的一般形式,以及面向典型应用场景的波形设计问题进行了概述。为通过发射波形设计提高MIMO雷达在频谱拥塞环境中的性能,对频谱约束下的MIMO雷达波形设计、MIMO雷达与通信系统协同设计和雷达通信一体化等领域的研究进展进行了系统的评述和总结,并展望了下一步的研究方向。     

基于多频带陷波的雷达嵌入式通信波形设计

雷达嵌入式通信（radar-embedded communication,REC）系统是一种在雷达回波信号中隐藏通信信息的隐蔽通信方法。但是由于雷达系统所处的电磁波环境极为复杂,以致雷达嵌入式通信系统会受其他通信系统的同频干扰,最终导致接收机无法准确识别回波信号。为了使得雷达系统避免复杂环境的干扰且能保持良好的隐蔽通信性能,本文提出了一种基于多频带陷波的雷达嵌入式通信波形设计。本文首先根据随机雷达波形和理想功率谱密度,并采用功率谱匹配的方法建立目标函数,然后利用拟牛顿优化算法对目标函数进行求解得到多频带陷波,以此来避免其他通信系统带来的同频干扰问题,最后基于多频带陷波,采用一种改进的加权组合方法（improved weighted-combining,IWC）设计通信波形。仿真结果表明,本文所提方法可以保证雷达通信的低误码率（signal error rate,SER）和低拦截率（low probability of intercept,LPI）。      

集中式MIMO雷达多模式一体化波形设计

集中式多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达系统基于波形分集优势，可灵活改变发射方向图形状和指向方向空间合成信号的特性，从而实现多种雷达工作模式。提出了一种集中式MIMO雷达多模式一体化波形设计方法，采用方向图模板拟合、模糊函数模板拟合以及通信波形拟合的方式优化不同方向上的合成信号，使其具有不同特性，从而在单脉冲时间内实现搜索、跟踪和通信功能。采用最大块增量优化算法对构造的恒模四次多项式优化模型求解。实验结果表明，该方法可以得到具有低旁瓣模糊函数的搜索与跟踪波形，并且满足通信需求。     

IRS辅助的安全通信系统波束成形嵌套优化算法

智能反射面（Intelligent Reflecting Surface,IRS）是一种通过重新配置无线传播环境,提高无线通信网络安全性的绿色通信新技术。该文针对IRS辅助的多输入单输出安全通信系统,考虑在合法用户保密率约束下,联合优化基站处的发射波束成形和IRS处无源移相器的反射波束成形,使基站的发射功率最小。为了求解多变量耦合的非凸优化问题,我们提出了拉格朗日函数和粒子群嵌套优化算法,使用粒子群算法搜索IRS的反射波束成形,拉格朗日函数求解对应的发射波束成形,获得非凸优化问题的次优解。论文仿真比较了不同算法下基站所需的发射功率,结果表明所提算法基站所需发射功率更低。     

A Multicarrier Phase-Coded Waveform Design Scheme for Joint Radar and Communication System

A Multicarrier phase-coded (MCPC)waveform design scheme with two steps for Joint radar and communication (JRC) system is developed.Firstly,an integrated MCPC waveform design method is addressed by simultaneously maximizing the Signal-to-clutter-to-noise ratio (SCNR) and the Shannon capacity,subject to both the Integrated sidelobe level ratio (ISLR) constraint and the energy constraint.This model is theoretically proved to be a convex optimization problem with respect to the absolute squares of the transmit weights corresponding to different subcarriers,of which the analytical result is also discussed.Subsequently,by further optimizing the phases of the transmit weights,minimizing the Peak to average power ratio (PAPR) for JRC system is recast as a Semidefinite programming (SDP) problem,which can be effectively solved with the Semidefinite relaxation(SDR) technique via Eigenvalue decomposition (EVD)or Complex Gaussian randomization (CGR).Numerical examples are provided to verify the effectiveness of the proposed scheme.     

一种新的低旁瓣LFM噪声雷达波形设计方法

针对LFM噪声雷达波形旁瓣功率水平高的问题,该文将低旁瓣波形设计方法和LFM噪声雷达波形设计方法相结合,提出一种新的低旁瓣LFM噪声雷达波形设计方法。该方法首先建立低旁瓣LFM噪声雷达波形设计目标函数,将确定性二次相位和随机相位的组合关系转化为优化问题的约束条件,然后通过该文提出的修正循环算法(MCAN)迭代求解,使得设计的恒模LFM噪声波形同时具有低旁瓣和高多普勒容忍性。最后,仿真结果表明该算法能够降低波形模糊函数的距离-多普勒2维旁瓣,对静止目标和运动目标均能够起到较好的效果,且保证了波形的低截获概率性能。     

基于智能反射面辅助的无人机中继系统安全通信方法

为了提高无人机中继系统的安全通信性能,解决无线信道受障碍物遮挡问题,该文提出一种基于智能反射面(IRS)辅助的无人机(UAV)中继系统安全通信方法。在所提方法中,通过联合优化UAV的位置、基站波束成形和IRS相移,最大化系统的最小保密速率。为了解决这个复杂的非凸优化问题,该文将原问题分解为UAV位置优化子问题、波束成形和IRS相移优化两个子问题。使用1阶泰勒展开处理优化问题中的非凸项,然后提出一种交替优化的算法进行求解。仿真结果表明该文提出的算法能提高系统的最小保密速率,并且具有良好的收敛性。     

基于迭代凸优化的恒模波形合成方法

针对认知雷达合成的时域恒模波形能量谱误差大的问题,该文提出了一种基于迭代凸优化的恒模波形合成方法。该方法首先将波形合成过程转化成峰均功率比(PAPR)约束下的优化问题,克服了常规波形合成过程中时域和频域独立优化导致的整体收敛速度慢,局部最优值能量谱误差大的问题。其次通过最小化加权误差矢量值(WEVM)降低阻带功率水平,提高干扰及强杂波抑制能力。最后通过一系列变换操作将优化问题转化成二阶锥规划(SOCP)问题求解。计算机仿真验证了所提算法的有效性。     

基于知识辅助的MIMO雷达波形设计方法

该文针对雷达系统受到天线主瓣和副瓣杂波以及强干扰影响时性能下降问题,提出基于距离扩展目标和杂波先验信息的MIMO雷达波形设计方法。首先建立了目标函数,综合考虑了波束主瓣增益、旁瓣杂波抑制能力以及目标输出SCNR的改善性能;然后在优化问题求解中对约束条件进行松弛,使得波形矩阵空域和时域2维解耦合,从而实现空域波束形成和时域波形设计独立优化求解;其次利用L-BFGS算法设计恒模的发射波形矩阵,形成低副瓣的波束方向图和较深的强杂波抑制凹口,并基于目标输出SCNR最大化准则,利用迭代算法分步求解优化的主瓣发射波形和接收滤波器;最后通过电磁仿真的距离扩展目标数据验证所提算法的有效性。     

基于IRS辅助的异构网络中超可靠低时延通信波束成形算法设计

为了增强微小区内超可靠低时延通信(URLLC)业务在异构网络场景下的传输性能,该文提出一种基于智能超表面(IRS)辅助通信网络下最大化用户和速率的波束成形算法。异构网络中微小区采用短包通信技术,在保证宏小区用户通信质量的前提下,使用IRS提高微小区用户在一定解码错误概率下的短数据包传输性能,建立一个联合优化波束向量和IRS相移向量的微小区用户和速率最大化问题模型。通过交替固定优化变量的方式,将该非凸优化问题拆分为两个子问题,利用逐次凸逼近(SCA)的方法将原问题转换成凸优化问题,并利用交替优化算法对该问题进行求解。仿真结果表明,该算法通过部署IRS可以有效减弱异构场景下对于微小区用户的干扰,同时由于IRS的部署能够有效优化波束成形向量进而提高微小区用户的短包传输性能,并且IRS的通信增强效果与微小区用户的解码错误概率以及IRS反射单元的数量有直接关系。     

一种新型的低旁瓣MIMO雷达发射波形设计方法

该文通过对经典低旁瓣MIMO雷达发射波形设计方法的改进,提出一种新型的低旁瓣MIMO雷达发射波形设计方法。该方法首先引入发射波形主瓣下界、主瓣上界两个参数,并设定主瓣下界的值;其次分别以最小化峰值旁瓣、最小化积分旁瓣为目标函数,以发射信号协方差矩阵半正定、各阵元发射信号恒功率为约束条件,在此基础上,在约束条件中加入对主瓣波动的限制,建立半正定规划优化问题,并且可通过设定不同的主瓣上界的值来控制主瓣波动、抑制旁瓣;最后利用一次凸优化算法得到全局最优解。仿真结果表明,该方法在只需求解一次凸优化问题的前提下,所设计波形旁瓣降低且可控。