專利名稱：寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及被動(dòng)雷達(dá)、電波傳播、無線通信。具體講涉及寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
被動(dòng)雷達(dá)技術(shù)是軍民融合特殊應(yīng)用、公眾系統(tǒng)與專用系統(tǒng)相結(jié)合的典范，能有效提高頻譜利用效率、改善環(huán)境、協(xié)同共存。被動(dòng)雷達(dá)本質(zhì)上是雙(多)基地雷達(dá)，利用外部輻射源進(jìn)行目標(biāo)的探測和跟蹤。其自身不輻射電磁波，因而具有較好的隱蔽性和“四杭”(抗干擾、抗低空突防、抗反輻射導(dǎo)彈、抗隱身)能力，同時(shí)也不需要進(jìn)行頻譜分配，可以有效提高頻譜利用效率，并且不會(huì)對環(huán)境造成電磁污染；其只包含接收機(jī)，因而具有易攜帯和低成本的特性；其不存在能量覆蓋的問題，因而理論上無探測盲區(qū)[I]。由于具備上述特性，被動(dòng)雷達(dá)已在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中占據(jù)重要地位，成為雷達(dá)領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向，對國防安全技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。在被動(dòng)雷達(dá)領(lǐng)域，隨著無線通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，研究人員正致力于某種新的寬帶無線通信照射源在被動(dòng)雷達(dá)中應(yīng)用的探索工作[2]。然而，現(xiàn)有的被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)均為単一體制，也就是說系統(tǒng)是根據(jù)某種特定的照射源設(shè)計(jì)的，一旦所處區(qū)域內(nèi)無法獲取這種照射源，被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)就無法正常工作。未來被動(dòng)雷達(dá)照射源必將呈現(xiàn)出復(fù)雜異構(gòu)的特點(diǎn)，這使得単一體制的被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用受到很大局限。単一體制的被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)面臨著其他照射源嚴(yán)重干擾帶來的系統(tǒng)探測精度大大降低的問題。因此需要超前部署，提出一種多制式多標(biāo)準(zhǔn)兼容的被動(dòng)雷達(dá)架構(gòu)，有效地解決照射源復(fù)雜異構(gòu)的問題。軟件無線電技術(shù)和認(rèn)知無線電技術(shù)[34]的出現(xiàn)掀起了ー場新的技術(shù)革命，為多制式多標(biāo)準(zhǔn)兼容的認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了可能性。Simon Hykin首次將認(rèn)知無線電的概念引入雷達(dá)，所提出的認(rèn)知雷達(dá)具備連續(xù)感知環(huán)境、快速調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)以及快速處理數(shù)字信息的能力，并給出了動(dòng)態(tài)閉環(huán)反饋認(rèn)知雷達(dá)的系統(tǒng)框架[5]。認(rèn)知雷達(dá)能利用智能學(xué)習(xí)過程，建立認(rèn)知執(zhí)行的循環(huán)，與所處的環(huán)境高度協(xié)同，逐步提高系統(tǒng)的性能。如果將認(rèn)知的概念引入被動(dòng)雷達(dá)，且該接收機(jī)能在很寬的頻段內(nèi)工作，則被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)可以通過智能學(xué)習(xí)的過程，根據(jù)對環(huán)境的感知，自動(dòng)識別照射源并選擇最佳照射源，從而實(shí)現(xiàn)對照射源的多制式多標(biāo)準(zhǔn)兼容，有效解決照射源復(fù)雜異構(gòu)的問題。在認(rèn)知-執(zhí)行的循環(huán)中，寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)還能根據(jù)對環(huán)境的感知?jiǎng)討B(tài)調(diào)整接收機(jī)參數(shù)，使系統(tǒng)整體性能得以提高。但SimonHykin所提出的認(rèn)知雷達(dá)需要將自適應(yīng)延伸到發(fā)射機(jī)，因此所提出的認(rèn)知雷達(dá)架構(gòu)對于發(fā)射機(jī)不可控的被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)并不適用。參考文獻(xiàn)[1]N J Willis, Bistatic radar, USA :Artech House,1991. 15-57[2]H. Kuschel and D. 0，Hagan, “Passive radar from history to future,，，inProc. 2010 IIthInternationalRadar Symposium(IRS), Vilnius, Lithuania, June 2010,pp. 1-4.
[3] S. Haykin,“ Cognitive radio br a i n-emp o wer e d wirelesscommunications,，，IEEE Journal on Selected Areas in Communications,vol. 23,no. 2,pp. 201-220, Feb. 2005.[4]J. Mitola III and G. Q. Maguire Jr, “Cognitive radio making softwareradios more personal,，，IEEE Personal Communications, vol. 6, no. 4, pp. 13-18,Aug. 1999.[5] S. Haykin, “Cognitive radar :a way of the future,，，IEEE SignalProcessing Magazine, vol. 23, no. I, pp.30-40,Jan 2006.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在解決克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種面向未來復(fù)雜異構(gòu)無線通信照射源的寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)，契合目前被動(dòng)雷達(dá)領(lǐng)域利用新理論探索新方法的發(fā)展態(tài)勢，爭取實(shí)現(xiàn)國防安全技術(shù)的重大突破，為被動(dòng)雷達(dá)的研究另辟蹊徑。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，一種寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征是，包括下列步驟將復(fù)雜異構(gòu)無線通信的發(fā)射信號作為被動(dòng)雷達(dá)照射源，分析其目標(biāo)分辨率、最大探測距離和模糊性質(zhì)；進(jìn)而以頻段、帶寬、模糊函數(shù)性質(zhì)作為特征值，利用機(jī)器學(xué)習(xí)建立基于未來寬帶無線通信技術(shù)的被動(dòng)雷達(dá)照射源庫，并支持動(dòng)態(tài)添加新照射源的功能，為多制式多標(biāo)準(zhǔn)兼容的寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)提供照射源評估的先驗(yàn)信息；然后給出多制式多標(biāo)準(zhǔn)兼容的寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)，給出快速自適應(yīng)頻譜感知方法，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的感知，最后根據(jù)環(huán)境反饋和照射源庫提供的先驗(yàn)信息，動(dòng)態(tài)選擇最佳波形作為被動(dòng)雷達(dá)照射源，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜異構(gòu)照射源的異構(gòu)融合和擇優(yōu)工作。將復(fù)雜異構(gòu)無線通信的發(fā)射信號作為被動(dòng)雷達(dá)照射源，分析其目標(biāo)分辨率、最大探測距離和模糊性質(zhì)，具體步驟為計(jì)算雙基地雷達(dá)目標(biāo)分辨率得到具有大致相等回波幅度和任意恒定相位的目標(biāo)在角度、距離、速度上能被區(qū)分的程度，基于無線通信信號模型，通過改變物理層參數(shù)，分布計(jì)算波形的目標(biāo)分辨能力、最大探測距離和模糊函數(shù)，得出照射源物理層參數(shù)變化對被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)性能的影響規(guī)律。認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)包括軟件無線電寬帶接收機(jī)、雷達(dá)感知分析器和目標(biāo)跟蹤器；雷達(dá)感知分析器用于感知環(huán)境內(nèi)的可用頻譜，自動(dòng)匹配并做出最佳照射源選擇決策、對所選照射源進(jìn)行來波方向估計(jì)；目標(biāo)跟蹤器則要能夠根據(jù)感知分析器提供的所選照射源頻率、帶寬、來波方向等參數(shù)，自適應(yīng)進(jìn)行頻域和空域?yàn)V波。雷達(dá)感知分析器是通過頻譜感知模塊感知環(huán)境內(nèi)的可用頻譜，頻譜感知模塊是，通過掃描一段很大的頻譜范圍，構(gòu)造該段頻譜上每一個(gè)頻率分段上的功率譜密度，并認(rèn)為具有較高功率譜密度的頻段即是被動(dòng)雷達(dá)潛在的照射源，即采用單一的射頻鏈路，利用高速的數(shù)字信號處理技木，同時(shí)掃描整個(gè)寬帶頻段，寬帶頻譜感知方法等價(jià)為數(shù)字信號處理問題，需要確定寬帶頻譜中各個(gè)子帶的位置，并對各個(gè)子帶內(nèi)的功率譜密度進(jìn)行精細(xì)檢測。雷達(dá)感知分析器是利用感知矩陣對信號進(jìn)行欠采樣，再利用已有的恢復(fù)算法重構(gòu)出相應(yīng)的頻域信號，最后利用小波邊緣探測器確定各個(gè)子帶的位置，從而得到重構(gòu)的頻域信號和各個(gè)子帶的具體位置。復(fù)雜異構(gòu)無線通信的發(fā)射信號的獲取及隨時(shí)更改以形成滿足要求的發(fā)射端，具體步驟如下正交頻分復(fù)用OFDM的發(fā)射信號模型為
權(quán)利要求
1.一種寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征是，包括下列步驟將復(fù)雜異構(gòu)無線通信的發(fā)射信號作為被動(dòng)雷達(dá)照射源，分析其目標(biāo)分辨率、最大探測距離和模糊性質(zhì)；進(jìn)而以頻段、帶寬、模糊函數(shù)性質(zhì)作為特征值，利用機(jī)器學(xué)習(xí)建立基于未來寬帶無線通信技術(shù)的被動(dòng)雷達(dá)照射源庫，并支持動(dòng)態(tài)添加新照射源的功能，為多制式多標(biāo)準(zhǔn)兼容的寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)提供照射源評估的先驗(yàn)信息；然后給出多制式多標(biāo)準(zhǔn)兼容的寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)，給出快速自適應(yīng)頻譜感知方法，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的感知，最后根據(jù)環(huán)境反饋和照射源庫提供的先驗(yàn)信息，動(dòng)態(tài)選擇最佳波形作為被動(dòng)雷達(dá)照射源，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜異構(gòu)照射源的異構(gòu)融合和擇優(yōu)工作。
2.如權(quán)利要求I所述的寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征是，將復(fù)雜異構(gòu)無線通信的發(fā)射信號作為被動(dòng)雷達(dá)照射源，分析其目標(biāo)分辨率、最大探測距離和模糊性質(zhì)，具體步驟為計(jì)算雙基地雷達(dá)目標(biāo)分辨率得到具有大致相等回波幅度和任意恒定相位的目標(biāo)在角度、距離、速度上能被區(qū)分的程度，基于無線通信信號模型，通過改變物理層參數(shù)，分布計(jì)算波形的目標(biāo)分辨能力、最大探測距離和模糊函數(shù)，得出照射源物理層參數(shù)變化對被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)性能的影響規(guī)律。
3.如權(quán)利要求I所述的寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征是，認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)包括軟件無線電寬帶接收機(jī)、雷達(dá)感知分析器和目標(biāo)跟蹤器；雷達(dá)感知分析器用于感知環(huán)境內(nèi)的可用頻譜，自動(dòng)匹配并做出最佳照射源選擇決策、對所選照射源進(jìn)行來波方向估計(jì)；目標(biāo)跟蹤器則要能夠根據(jù)感知分析器提供的所選照射源頻率、帶寬、來波方向等參數(shù)，自適應(yīng)進(jìn)行頻域和空域?yàn)V波。
4.如權(quán)利要求I所述的寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征是，雷達(dá)感知分析器是通過頻譜感知模塊感知環(huán)境內(nèi)的可用頻譜，頻譜感知模塊是，通過掃描一段很大的頻譜范圍，構(gòu)造該段頻譜上每一個(gè)頻率分段上的功率譜密度，并認(rèn)為具有較高功率譜密度的頻段即是被動(dòng)雷達(dá)潛在的照射源，即采用單一的射頻鏈路，利用高速的數(shù)字信號處理技術(shù)，同時(shí)掃描整個(gè)寬帶頻段，寬帶頻譜感知方法等價(jià)為數(shù)字信號處理問題，需要確定寬帶頻譜中各個(gè)子帶的位置，并對各個(gè)子帶內(nèi)的功率譜密度進(jìn)行精細(xì)檢測。
5.如權(quán)利要求I所述的寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征是，雷達(dá)感知分析器是利用感知矩陣對信號進(jìn)行欠采樣，再利用已有的恢復(fù)算法重構(gòu)出相應(yīng)的頻域信號，最后利用小波邊緣探測器確定各個(gè)子帶的位置，從而得到重構(gòu)的頻域信號和各個(gè)子帶的具體位置。
6.如權(quán)利要求I所述的寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征是，復(fù)雜異構(gòu)無線通信的發(fā)射信號的獲取及隨時(shí)更改以形成滿足要求的發(fā)射端，具體步驟如下 正交頻分復(fù)用OFDM的發(fā)射信號模型為
7.如權(quán)利要求I所述的寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征是，頻譜感知具體步驟為 假設(shè)寬帶范圍內(nèi)的潛在照射源由k個(gè)互不重疊、分段平滑的子帶組成，且頻譜的起始和終止頻率點(diǎn)都是確定的，采用壓縮感知以及小波邊緣檢測方法進(jìn)行寬帶認(rèn)知頻譜感知記rt是接收到的信號r(t)的N點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)，利用一個(gè)KXN階感知矩陣O對rt進(jìn)行測量，得到一個(gè)K維向量xt，k < < N，則xt = Ort (5) 完成對模擬信號r(t)的欠采樣，得到一個(gè)長度為K的離散序列xt，由傅里葉變換得認(rèn)知信號r(t)的頻譜表示為rf = FMrt (6) 對(6)式作傅里葉逆變換，得rt = Fs^rf,將其帶入(5)式，得 xt= WsT1) rf (7) 其中Fm和F,分別表示傅立葉變換矩陣及其逆變換矩陣，1>表示信號r(t)的頻域響應(yīng)；選擇合適的感知矩陣O，通過已有的信號重構(gòu)算法，從⑵式中重構(gòu)頻域信號吞:重構(gòu)岑的問題通過求解(8)式所描述的線性凸優(yōu)化問題來完成min| |rf| 1 (8) s. t. xt = (OFM-1)rf 其中，s.t.表示使...符合，要確定各個(gè)子帶的具體位置，將&經(jīng)過小波邊緣檢測器實(shí)現(xiàn)； 對&進(jìn)行小波變換，得到一組小波變換系數(shù)g(f)
8.如權(quán)利要求I所述的寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征是，雙基地雷達(dá)距離分辨率定義為雙基地雷達(dá)能分辨的兩個(gè)目標(biāo)之間的最小間距
全文摘要
本發(fā)明涉及被動(dòng)雷達(dá)、電波傳播、無線通信。為提供一種面向未來復(fù)雜異構(gòu)無線通信照射源的寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)，契合目前被動(dòng)雷達(dá)領(lǐng)域利用新理論探索新方法的發(fā)展態(tài)勢，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，包括下列步驟將復(fù)雜異構(gòu)無線通信的發(fā)射信號作為被動(dòng)雷達(dá)照射源；利用機(jī)器學(xué)習(xí)建立基于未來寬帶無線通信技術(shù)的被動(dòng)雷達(dá)照射源庫；然后給出多制式多標(biāo)準(zhǔn)兼容的寬帶認(rèn)知被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)；最后根據(jù)環(huán)境反饋和照射源庫提供的先驗(yàn)信息，動(dòng)態(tài)選擇最佳波形作為被動(dòng)雷達(dá)照射源，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜異構(gòu)照射源的異構(gòu)融合和擇優(yōu)工作。本發(fā)明主要應(yīng)用于被動(dòng)雷達(dá)的設(shè)計(jì)制造。
文檔編號G01S7/02GK102680962SQ20121015679
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者汪清, 韓博 申請人:天津大學(xué)