雷達通信的頻譜共享及一體化 關鍵技術與應用

劉凡

博士，南方科技大學電子與電氣工程系助理教授、博士生導師。2018年獲北京理工大學博士學位，2018—2020 年在英國倫敦大學學院從事博士後研究工作。主要研究方向為通信感知一體化，車聯網與智能交通等。目前擔任《IEEE 通信快報》編委、《IEEE通信領域選刊》客座編委，以及IEEE通信學會通信感知一體化新興技術倡議委員會首 屆學術主席。入選2018年歐盟“瑪麗·居裡”學 者，博士論文入選2019年度中國電子學會優 秀博士學位論文。

 

周建明

博士，1976年出生於浙江省江山市，2004年獲北京理工大學電磁場與微波技術專業工學博士學位並留校工作，主要研究方向為微波、毫米波電路與系統、數據鏈、相控陣通信和雷達一體化。發表論文10多篇。獲得國防科技進步二等獎、三等獎各1項。

 

安建平

北京理工大學特聘教授、網絡空間安 全學院院長，中國電子學會會士，中國通信學會會士、常務理事，入選國家“百千萬人才工程”第 一層次，享受國務院“政府特殊津貼”。研究領域聚焦空間通信、空天信息網絡與安 全。作為第 一完成人獲得國家技術發明二等獎和國家科技進步三等獎各1項、中國通信學會科學技術一等獎1項。

第 1 章 緒論 1

1.1　引言　1

1.2　應用場景　2

1.2.1　雷達與商用無線通信系統的共存　2

1.2.2　5G/B5G 車聯網通信感知一體化　3

1.2.3　Wi-Fi 定位及動作識別　3

1.2.4　無人機感知與通信　4

1.2.5　空天網絡遙感與導航增強　5

1.2.6　多功能射頻系統　5

1.2.7　雷達輔助的低截獲概率通信　6

1.2.8　無源雷達　6

1.2.9　其他應用場景　7

1.3　研究現狀　7

1.3.1　雷達與通信同頻共存的研究現狀　7

1.3.2　雷達通信一體化的研究現狀　11

1.4　預備知識　16

1.4.1　雷達信號處理的基礎知識　16

1.4.2　多用戶 MIMO 下行通信模型　19

1.5　後續章節的內容安排　22

第　2 章 雷達與通信的頻譜共享　23

2.1　雷達與通信同頻共存的主要問題　23

2.2　雷達與通信的互乾擾通道估計　24

2.2.1　系統模型及基本假設　25

2.2.2　衰落通道估計的假設檢驗方法　27

2.2.3　視距通道估計的假設檢驗方法　31

2.2.4　理論性能分析　36

2.2.5　通道估計性能分析　44

2.2.6　數值模擬結果　45

2.3　雷達與通信的同頻共存預編碼　52

 

2.3.1　系統模型與基本假設　53

2.3.2　基於乾擾抑制的預編碼　55

2.3.3　建設性乾擾預編碼　60

2.3.4　對雷達性能影響的分析　67

2.3.5　數值模擬結果　71

2.4　本章小結　75

第　3 章 雷達通信一體化波束賦形技術　77

3.1　雷達通信一體化主要研究的問題　77

3.2　基於波束圖樣逼近的一體化波束賦形　78

3.2.1　雷達通信一體化下行鏈路模型　78

3.2.2　雷達通信一體化波束圖樣設計　81

3.2.3　數值模擬結果　85

3.3　估計性能最優的一體化波束賦形　87

3.3.1　系統模型　88

3.3.2　點目標場景下的聯合波束賦形　91

3.3.3　擴展目標場景下的聯合波束賦形　102

3.3.4　數值模擬結果　108

3.4　本章小結　112

第　4 章 雷達通信一體化波形設計方法　114

4.1　基本模型及性能指標　115

4.2　基於給定雷達波束圖樣的波形設計　116

4.2.1　嚴格全向搜索波形設計　116

4.2.2　嚴格定向跟蹤波形設計　117

4.3　雷達與通信性能的折中設計　118

4.4　恆包絡雷達通信一體化波形設計　125

4.4.1　問題建模　125

4.4.2　分支定界算法　127

4.4.3　定界函數設計　129

4.4.4　收斂性與復雜度分析　133

4.5　數值模擬結果　136

4.5.1　給定雷達波束圖樣的波形設計　136

4.5.2　給定雷達參考波形的恆包絡波形設計　139

4.6　本章小結　141

 

第　5 章 雷達通信一體化在車聯網中的應用　142

5.1　系統模型　143

5.1.1　基本框架　144

5.1.2　車輛狀態轉移模型　146

5.1.3　信號模型　149

5.2　波束的預測、跟蹤與關聯　153

5.2.1　基於擴展卡爾曼濾波的波束預測與跟蹤　153

5.2.2　波束關聯問題　155

5.3　基於通信感知一體化的多波束功率分配　156

5.3.1　註水功率分配法　157

5.3.2　參數估計的後驗 CRLB　157

5.3.3　功率分配問題的建模與分析　159

5.4　數值模擬結果　163

5.4.1　自行車跟蹤性能　163

5.4.2　雷達通信一體化方案與基於上行反饋的純通信方案的性能對比　165

5.4.3　多車跟蹤性能　167

5.5　本章小結　171

第　6 章 總結與展望　172

6.1　本書總結　172

6.2　雷達通信一體化技術展望　173

參考文獻　175