[发明专利]雷达通信一体化系统子载波聚类与功率联合分配方法

权利要求书

1.雷达通信一体化系统子载波聚类与功率联合分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)确定雷达通信一体化系统目标探测与无线通信模型及环境先验知识；

(2)分别构建表征目标参数估计性能的互信息表达式和表征通信性能的数据传输速率表达式；

(3)根据预先设定的目标参数估计性能互信息阈值ξ_rad和数据传输速率阈值ξ_com，建立雷达通信一体化系统子载波聚类与功率联合分配模型；

雷达通信一体化系统子载波聚类与功率联合分配模型为：

其中，k为正交频分复用雷达发射波形子载波索引；M_c为正交频分复用雷达发射信号子载波数目；为背景噪声功率；u[k]为雷达子载波二元分配变量，当u[k]＝1时，表示子载波k分配给雷达波形用于目标探测，当u[k]＝0时，表示子载波k不分配给雷达波形用于目标探测；S[k]为第k个子载波上的正交频分复用发射波形；MI_rad为表征雷达通信一体化系统目标参数估计性能的互信息；R_com为表征雷达通信一体化系统通信性能的数据传输速率；P_max[k]为第k个子载波上发射功率的上限；为M_c个子载波所构成的集合；M_rad为分配给雷达波形用于目标探测的子载波个数；

将近似松弛法应用于二元变量，用0≤u[k]≤1替代u[k]∈{0,1}，同时令：

其中，h_rad[k]和h_com[k]分别为雷达通信一体化系统第k个子载波上目标探测信道频率响应与通信信道频率响应；

雷达通信一体化系统子载波聚类与功率联合分配模型公式(3)等价转化为以下两个子问题：

和

(4)求解雷达通信一体化系统子载波聚类与功率联合分配模型；

将雷达通信一体化系统子载波聚类与功率联合分配模型公式分三步进行优化，并采用循环最小法与KKT必要条件对其进行求解，具体为：

(a)子载波分配问题：

首先，为了解决子问题公式(5)，将u_k的权值都设置为1，通过求解以下子问题公式(7)，得到用于雷达目标探测的子载波最优功率分配模型：

由于子问题公式(7)是凸问题，采用拉格朗日乘数法对其进行求解，其中，拉格朗日函数为：

其中，和表示非负拉格朗日乘数；然后，KKT必要条件对子问题公式(7)的最优解应满足：

其中，所有带“*”上标的变量分别表示各参数的最优解；即为s_k的最优解，为的最优解，为的最优解，为的最优解；

通过求解式(9)中的KKT必要条件，因此，子问题公式(7)对应的用于雷达目标探测的最优功率分配为：

其中，参数由互信息阈值确定：

在求解得到用于雷达目标探测的子载波最优功率分配后，得到子问题(5)的最优解为之后，对子问题(12)进行求解：

其中，

同理，子问题公式(12)也是一个凸优化问题，同样通过KKT必要条件求解，其最优解为：

其中，参数由互信息阈值确定：

基于上述求解步骤，采用循环最小法，重复求解子问题公式(7)和公式(12)，直到前后两次迭代得到的雷达总发射功率的变化值小于预设阈值为止；然后，将M_rad个最大的值设置为1，其他的设置为0；

(b)雷达功率分配子问题：

确定用于目标探测的最优子载波后，用于雷达目标探测的子载波最优功率分配为：

其中，表示分配给雷达目标探测的子载波集合，参数由互信息阈值确定：

(c)通信功率分配子问题：

在确定了分配给雷达目标探测的子载波集合后，将其余的子载波分配给通信数据传输；在这种情况下，子问题公式(6)重写为：

其中，表示分配给通信数据传输的子载波集合，通过KKT必要条件求解子问题公式(17)，得到用于通信数据传输的最优功率分配为：

其中，参数由互信息阈值确定：