面向感知应用的通感一体化信号设计技术与综述

在电子信息系统对抗中,雷达、通信、侦察机和干扰机等多种电子设备通过简单的功能叠加式配备于作战平台已经难以应对敌方的综合性电子兵器,因此,多种电子设备的综合一体化是现代战争环境装备发展的必然趋势。其中,作为战场“千里眼”和“顺风耳”的雷达和通信设备无论在硬件结构还是在信号处理方法上都具有极强的相似性,两者的有机结合具有很强的实现性。因此,通感一体化(DFRC)系统受到了广泛的关注。其中,DFRC信号设计是DFRC系统研究的关键科学问题之一,通过电磁频谱共享方式,在空域、时域以及频域等多个维度上,同时实现雷达探测和信息通信两种功能。该文对以感知功能(雷达探测功能)为主功能的DFRC信号设计方法进行了深入、系统的综述。该文简要介绍了面向战场环境的DFRC系统的相关项目,进一步讨论了DFRC信号设计的研究进展。并在最后总结全文并对未来的研究方向进行了展望。

MIMO系统探通一体化信号矩阵设计方法

由于多输入多输出(MIMO)系统具有波形、空间分集和多路复用等优势,MIMO探通一体化(DFRC)系统通过共享软硬件资源以同时实现目标探测和保密通信功能受到了极大关注。该文针对基于预编码矩阵调制的MIMO探通一体化系统,提出了基于交替方向乘子(ADMM)的一体化信号矩阵设计方法。通过用户和窃听用户参考密码本约束下最大化方向图峰值主瓣旁瓣电平比(PMSR),保证了探测方向图性能的同时防止通信信息被窃听。针对预编码矩阵通信解调问题,提出了基于交替方向惩罚(ADPM)的排序学习优化解调方法,提升了一体化波形信息解调效率。数值仿真验证了所提设计方法实现探通一体化的有效性,与已有算法相比可实现多用户通信和更高的PMSR。

信号相关杂波下MIMO探通一体化信号设计方法

以探测功能为主的雷达通信一体化(Dual Function Radar and Communication, DFRC)系统发射一体化信号,能够在保证探测性能的条件下,尽可能高效地与合作目标通信,使其在设备集约化要求高的电磁对抗环境中占有一席之地。因此,探通一体化信号设计是以探测功能为主DFRC系统研究的关键科学问题之一。但电磁对抗环境复杂多变,可能存在非均匀、多变和强独立散射的散射体与雷达探测信号相互作用,使DFRC系统接收的回波中含有在空间上呈现非均匀特性的杂波分量,从而给雷达目标检测带来挑战。针对杂波环境中DFRC系统探测性能下降的问题,本文采用认知系统架构,获取空间非均匀杂波先验知识,以信干噪比(Signal Interference to Noise Ratio, SINR)为准则,保障雷达的探测性能。引入发射方向图主瓣和旁瓣约束,使天线方向图具有低旁瓣特性同时集中探测能量在目标所在的方位,进一步保障探测性能。此外,考虑信号变模约束平衡雷达系统发射机功放的非线性失真和优化自由度。采用了一种空间合成信号频谱置零的方法实现信息传输,构建了通信调制约束。为求解上述多约束高维非凸优化问题,研究了一种联合序列块增强(Sequential Block Enhancement, SBE)、丁克尔巴赫(Dinkelbach’s Iterative Procedure, DIP)、凸序列逼近(Sequential Convex Approximation, SCA)和内点法(Interior Point Method, IPM)的迭代求解算法。理论分析了该算法的收敛性和计算复杂度。仿真结果表明,所设计的波形能够在信号相关旁瓣杂波下,同时实现探测和多用户通信。