基于NOMA-DFRC系统的鲁棒发射波束形成方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于NOMA

【技术实现步骤摘要】
基于NOMA
‑
DFRC系统的鲁棒发射波束形成方法


[0001]本专利技术涉及雷达通信与信号处理
，更具体地，涉及一种基于 NOMA
‑
DFRC系统的鲁棒发射波束形成方法。

技术介绍

[0002]由于频谱使用日益拥挤，通信和雷达之间频谱共享引起了广泛研究。雷达通 信一体化(Dual
‑
functional radar
‑
communication，DFRC)系统是雷达和通信之间 频谱共享的一个很有前景的解决方案，在大多数研究中，DFRC基站传输的波形 被专门设计为同时用于MIMO雷达目标的探测及与若干下行用户进行无线通信。
[0003]然而，由于大规模设备连接，在未来无线网络中可能会遇到信道高度相关或 系统空间自由度有限而过载时，通信用户将受到严重的用户间干扰的问题。因此， 需要引入非正交多址(non
‑
orthogonal multiple access，NOMA)技术，NOMA 可以在功率域中复用通信用户，并通过利用提供额外空间自由度的连续干扰消除 (successive interference cancellation，SIC)来减轻用户间干扰，即信道条件越 强的用户的信息会成为弱用户信息的干扰，而反过来，弱用户的信息不会影响强 用户。此外，与传统的多址接入技术相比，NOMA可以为更多的用户提供服务， 从而实现更高的频谱效率，从而增强DFRC系统通信性能。
[0004]目前的现有技术公开了一种雷达通信一体化的鲁棒波束形成方法，包括以下 步骤：S1：建立雷达通信一体化系统，得到发射波束形成向量和接收波束形成向 量；构建极大化雷达输出信号SINR的目标函数，用于求解极大化的波束形成优 化问题；S2：对波束形成优化问题给定通信QoS约束；S3：对波束形成优化问 题添加误差项，得到一定鲁棒性的波束形成优化问题；S4：对一定鲁棒性的波束 形成优化问题进行化简得到新的波束形成优化问题；S5：对新的波束形成优化问 题采用交替优化方法求解发射波束形成向量和接收波束形成向量，得到最优解； 现有技术中的雷达通信一体化系统在通信方面没有很好地与NOMA技术相结合， 系统与多用户进行通信时可能会造成严重的用户间干扰，并且大多数系统都只考 虑完美的信道状态信息，缺乏实际应用意义；因此，现有技术中的系统存在通信 鲁棒性较差的缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术为克服上述现有技术中的系统鲁棒性较差的缺陷，提供一种基于 NOMA
‑
DFRC系统的鲁棒发射波束形成方法，能够显著改善通信系统的抗干扰 能力和鲁棒性。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供一种基于NOMA
‑
DFRC系统的鲁棒发射波束形成方法，包括以 下步骤：
[0008]S1：构建非正交多址技术下的雷达通信一体化系统模型，记为NOMA
‑
DFRC 系统模型；
[0009]S2：基于非正交多址技术下的雷达通信一体化系统模型，以极大化雷达输出 信号
的信干噪比为目标，构建发射波束形成优化问题，并设定QoS约束；
[0010]S3：对所构建的发射波束形成优化问题添加信道误差项，得到具有鲁棒性的 发射波束形成优化问题；
[0011]S4：迭代求解所述具有鲁棒性的发射波束形成优化问题，得到迭代后的发射 波束形成优化问题；
[0012]S5：将迭代后的发射波束形成优化问题进行重构，获得重构后的发射波束形 成优化问题，对重构后的发射波束形成优化问题进行二次迭代求解，获得最优解， 根据最优解获取具有鲁棒性的发射波束。
[0013]优选地，所述步骤S1中，非正交多址技术下的雷达通信一体化系统模型包 括通信子模型，具体为：
[0014]所述通信子模型设置有系统基站，所述系统基站设置有N
t
个发射天线和N
r
个接收天线；
[0015]系统基站采用NOMA技术为K个通信用户服务，发射信号为：
[0016][0017]其中，x为系统基站发射的信号，为发射波束向量，s
k
为信号符 号，其数学期望为E[|s
k
|2]＝1；
[0018]第k个用户接收到的信号为：
[0019][0020]其中，y
k
为第k个用户接收到的信号，为系统基站到第k个用户的理想 信道，满足其中和分别为大尺度衰落和小尺度衰落， n
k
为方差σ2的圆对称复高斯噪声；
[0021]用户1到用户k的大尺度信道强度呈递增顺序，信道条件越强的用户其对应 的下标号越大，表示为：Λ1‑1≤Λ2‑1≤
…
≤Λ
K
‑1。
[0022]优选地，所述步骤S1中，非正交多址技术下的雷达通信一体化系统模型还 包括雷达探测子模型，具体为：
[0023]系统基站通过发射信号来探测目标，所述探测的目标为一个多输入多输出的 点雷达目标，系统基站对所述点雷达目标探测时会受到I个干扰源影响；
[0024]系统基站探测一个多输入多输出的点雷达目标，雷达接收信号包括发射信号、 I个干扰源信号和噪声信号，雷达接收信号具体为：
[0025][0026]其中，y
rad
为雷达接收信号，α0和α
i
分别表示点雷达目标和第i个干扰源信 号的复振幅，θ0和θ
i
分别表示点雷达目标和第i个干扰源信号相对于系统基站的 角度，n为高斯白噪声，满足A(θ)是具有半波长间隔单元的均 匀线阵天线的方向矩阵，满足其中，a
t
(θ)和a
r
(θ)分别为发 射与接收的导引矢量，满足
和 [0027]雷达经过滤波得到的输出信号为：
[0028][0029]其中，y
rad
‑
op
为雷达经过滤波得到的输出信号，为雷达的接收波束 向量；
[0030]雷达的输出信干噪比为：
[0031][0032]其中，
[0033]利用预设的最小均方无畸变响应波束形成器优化雷达的接收波束向量u，得 到优化后的雷达接收波束向量u
*
：
[0034][0035]其中，u
*
为优化后的雷达接收波束向量；
[0036]利用优化后的雷达接收波束向量u
*
以及将雷达的输出 信干噪比进行重构，具体为：
[0037][0038]其中，Φ＝|α0|2A
H
(θ0)(R
C
+σ2I)
‑1A(θ0)， tr(X)表示求X的迹,(
·
)
H
表示矩阵或向量求共轭，(
·
)
‑1表示矩阵或向量求逆。
[0039]优选地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NOMA
‑
DFRC系统的鲁棒发射波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：构建非正交多址技术下的雷达通信一体化系统模型，记为NOMA
‑
DFRC系统模型；S2：基于非正交多址技术下的雷达通信一体化系统模型，以极大化雷达输出信号的信干噪比为目标，构建发射波束形成优化问题，并设定QoS约束；S3：对所构建的发射波束形成优化问题添加信道误差项，得到具有鲁棒性的发射波束形成优化问题；S4：迭代求解所述具有鲁棒性的发射波束形成优化问题，得到迭代后的发射波束形成优化问题；S5：将迭代后的发射波束形成优化问题进行重构，获得重构后的发射波束形成优化问题，对重构后的发射波束形成优化问题进行二次迭代求解，获得最优解，根据最优解获取具有鲁棒性的发射波束。2.根据权利要求1所述的基于NOMA
‑
DFRC系统的鲁棒发射波束形成方法，其特征在于，所述步骤S1中，非正交多址技术下的雷达通信一体化系统模型包括通信子模型，具体为：所述通信子模型设置有系统基站，所述系统基站设置有N
t
个发射天线和N
r
个接收天线；系统基站采用NOMA技术为K个通信用户服务，发射信号为：其中，x为系统基站发射的信号，为发射波束向量，s
k
为信号符号，其数学期望为E[|s
k
|2]＝1；第k个用户接收到的信号为：其中，y
k
为第k个用户接收到的信号，为系统基站到第k个用户的理想信道，满足其中和分别为大尺度衰落和小尺度衰落，n
k
为方差σ2的圆对称复高斯噪声；用户1到用户k的大尺度信道强度呈递增顺序，信道条件越强的用户其对应的下标号越大，表示为：Λ1‑1≤Λ2‑1≤
…
≤Λ
K
‑1。3.根据权利要求2所述的基于NOMA
‑
DFRC系统的鲁棒发射波束形成方法，其特征在于，所述步骤S1中，非正交多址技术下的雷达通信一体化系统模型还包括雷达探测子模型，具体为：系统基站通过发射信号来探测目标，所述探测的目标为一个多输入多输出的点雷达目标，系统基站对所述点雷达目标探测时会受到I个干扰源影响；系统基站探测一个多输入多输出的点雷达目标，雷达接收信号包括发射信号、I个干扰源信号和噪声信号，雷达接收信号具体为：其中，y
rad
为雷达接收信号，α0和α
i
分别表示点雷达目标和第i个干扰源信号的复振幅，θ0和θ
i
分别表示点雷达目标和第i个干扰源信号相对于系统基站的角度，n为高斯白噪声，满
足A(θ)是具有半波长间隔单元的均匀线阵天线的方向矩阵，满足其中，a
t
(θ)和a
r
(θ)分别为发射与接收的导引矢量，满足和雷达经过滤波得到的输出信号为：其中，y
rad
‑
op
为雷达经过滤波得到的输出信号，为雷达的接收波束向量；雷达的输出信干噪比为：其中，利用预设的最小均方无畸变响应波束形成器优化雷达的接收波束向量u，得到优化后的雷达接收波束向量u
*
：其中，u
*
为优化后的雷达接收波束向量；利用优化后的雷达接收波束向量u
*
以及将雷达的输出信干噪比进行重构，具体为：其中，tr(X)表示求X的迹，(
·
)
H
表示矩阵或向量求共轭，(
·
)
‑1表示矩阵或向量求逆。4.根据权利要求3所述的基于NOMA
‑
DFRC系统的鲁棒发射波束形成方法，其特征在于，所述步骤S2中，基于非正交多址技术下的雷达通信一体化系统模型，以极大化雷达输出信号的信干噪比为目标，构建发射波束形成优化问题，具体为：所述发射波束形成优化问题具体为：其中，w
k
为发射波束向量。5.根据权利要求4所述的基于NOMA
‑
DFRC系统的鲁棒发射波束形成方法，其特征在于，所述步骤S2中，设定的QoS约束具体为：所述QoS约束包括逐天线功率约束、各通信用户的SINR约束和窃听用户传输功率约束；
所述逐天线功率约束具体为：其中，e
...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁嘉潮，黄永伟，陆英行，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：