基于合作和非合作博弈的MIMO雷达通信一体化系统功率分配

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MIMO雷达在不牺牲传统相控阵雷达主要优点的情况下,可利用多发多收天线,提高雷达的空间分辨率。MIMO通信采用的空间复用技术,可带来更高的数据速率和可靠性。结合MIMO雷达与MIMO通信两者的优势,本文研究MIMO雷达MIMO通信一体化系统。根据现有研究,一体化系统一般可分为双功能一体化系统、共存系统、合作式共存系统。双功能一体化系统利用一体化信号完成雷达和通信任务。共存系统在原有独立的雷达系统与通信系统的基础上,研究双方系统间的干扰抑制。本文研究的合作式一体化系统,在共存的基础上,雷达与通信双方共享位置、信号、功率等信息,利用经目标反射的通信信号回波来辅助雷达进行目标探测,利用雷达目标路径反射的通信回波来加强通信效果。功率分配是雷达通信领域的研究热点。本文提出基于博弈的理论和算法来解决合作式MIMO雷达MIMO通信一体化系统功率分配问题,主要开展以下工作:(1)针对合作式一体化系统建立雷达子系统和通信子系统的接收信号模型。给出合作式一体化系统中雷达子系统的目标检测器,推导了检测概率并以此作为雷达任务的评价指标,又推导了通信的互信息量作为通信任务的评价指标。(2)基于上述评价指标,考虑雷达和通信均以提升各自性能为主要目的,利用博弈理论,将雷达和通信子系统视为非合作博弈的双方,建立基于非合作博弈的合作式一体化系统功率分配多目标优化问题。根据非合作博弈理论,寻找雷达和通信在非合作博弈下的纳什均衡点,纳什均衡点即为功率分配优化问题的解。(3)利用相同的评价指标,考虑雷达和通信均以提升一体化整体性能为主要目的,将雷达和通信子系统视为合作博弈的双方,本文进一步建立基于合作博弈的合作式一体化系统功率分配优化问题。研究适用于合作博弈的纳什议价解即优化问题的帕累托最优解。本文的研究工作表明,一体系统通过雷达与通信的合作,可以提高二者的性能。采用非合作博弈方法进行一体化系统功率分配,在总功率一定的前提下,有利于进一步提高雷达和通信的各自性能;而合作博弈方法有利于一体化系统的整体性能提升。因此,建议以单一任务为主时,选择非合作博弈,以整体性能为主时,选择合作博弈。
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