雷达通信的频谱共享及一体化 关键技术与应用

刘凡
博士，南方科技大学电子与电气工程系助理教授、博士生导师。2018年获北京理工大学博士学位，2018—2020 年在英国伦敦大学学院从事博士后研究工作。主要研究方向为通信感知一体化，车联网与智能交通等。目前担任《IEEE 通信快报》编委、《IEEE通信领域选刊》客座编委，以及IEEE通信学会通信感知一体化新兴技术倡议委员会首 届学术主席。入选2018年欧盟“玛丽.居里”学 者，博士论文入选2019年度中国电子学会优 秀博士学位论文。

周建明
博士，1976年出生于浙江省江山市，2004年获北京理工大学电磁场与微波技术专业工学博士学位并留校工作，主要研究方向为微波、毫米波电路与系统、数据链、相控阵通信和雷达一体化。发表论文10多篇。获得国防科技进步二等奖、三等奖各1项。

安建平
北京理工大学特聘教授、网络空间安 全学院院长，中国电子学会会士，中国通信学会会士、常务理事，入选国家“百千万人才工程”第 一层次，享受国务院“政府特殊津贴”。研究领域聚焦空间通信、空天信息网络与安 全。作为第 一完成人获得国家技术发明二等奖和国家科技进步三等奖各1项、中国通信学会科学技术一等奖1项。

适读人群 ：本书适合科研院所及高校通信和雷达领域的研究人员、研究生，以及通信、雷达和车联网等领域企业中的研发及工程技术人员参考。

系统介绍雷达通信一体化的专著；
系统总结MIMO雷达与多用户MIMO通信的频谱共享的理论研究；
理论严谨，相关模型和算法原理经过严谨的推导；
多位通信、雷达领域学 者对本书涵盖的研究成果进行了把关

第 1 章 绪论 1
1．1　引言　1
1．2　应用场景　2
1．2．1　雷达与商用无线通信系统的共存　2
1．2．2　5G/B5G 车联网通信感知一体化　3
1．2．3　Wi-Fi 定位及动作识别　3
1．2．4　无人机感知与通信　4
1．2．5　空天网络遥感与导航增强　5
1．2．6　多功能射频系统　5
1．2．7　雷达辅助的低截获概率通信　6
1．2．8　无源雷达　6
1．2．9　其他应用场景　7
1．3　研究现状　7
1．3．1　雷达与通信同频共存的研究现状　7
1．3．2　雷达通信一体化的研究现状　11
1．4　预备知识　16
1．4．1　雷达信号处理的基础知识　16
1．4．2　多用户 MIMO 下行通信模型　19
1．5　后续章节的内容安排　22
第　2 章 雷达与通信的频谱共享　23
2．1　雷达与通信同频共存的主要问题　23
2．2　雷达与通信的互干扰信道估计　24
2．2．1　系统模型及基本假设　25
2．2．2　衰落信道估计的假设检验方法　27
2．2．3　视距信道估计的假设检验方法　31
2．2．4　理论性能分析　36
2．2．5　信道估计性能分析　44
2．2．6　数值仿真结果　45
2．3　雷达与通信的同频共存预编码　52

2．3．1　系统模型与基本假设　53
2．3．2　基于干扰抑制的预编码　55
2．3．3　建设性干扰预编码　60
2．3．4　对雷达性能影响的分析　67
2．3．5　数值仿真结果　71
2．4　本章小结　75
第　3 章 雷达通信一体化波束赋形技术　77
3．1　雷达通信一体化主要研究的问题　77
3．2　基于波束图样逼近的一体化波束赋形　78
3．2．1　雷达通信一体化下行链路模型　78
3．2．2　雷达通信一体化波束图样设计　81
3．2．3　数值仿真结果　85
3．3　估计性能最优的一体化波束赋形　87
3．3．1　系统模型　88
3．3．2　点目标场景下的联合波束赋形　91
3．3．3　扩展目标场景下的联合波束赋形　102
3．3．4　数值仿真结果　108
3．4　本章小结　112
第　4 章 雷达通信一体化波形设计方法　114
4．1　基本模型及性能指标　115
4．2　基于给定雷达波束图样的波形设计　116
4．2．1　严格全向搜索波形设计　116
4．2．2　严格定向跟踪波形设计　117
4．3　雷达与通信性能的折中设计　118
4．4　恒包络雷达通信一体化波形设计　125
4．4．1　问题建模　125
4．4．2　分支定界算法　127
4．4．3　定界函数设计　129
4．4．4　收敛性与复杂度分析　133
4．5　数值仿真结果　136
4．5．1　给定雷达波束图样的波形设计　136
4．5．2　给定雷达参考波形的恒包络波形设计　139
4．6　本章小结　141

第　5 章 雷达通信一体化在车联网中的应用　142
5．1　系统模型　143
5．1．1　基本框架　144
5．1．2　车辆状态转移模型　146
5．1．3　信号模型　149
5．2　波束的预测、跟踪与关联　153
5．2．1　基于扩展卡尔曼滤波的波束预测与跟踪　153
5．2．2　波束关联问题　155
5．3　基于通信感知一体化的多波束功率分配　156
5．3．1　注水功率分配法　157
5．3．2　参数估计的后验 CRLB　157
5．3．3　功率分配问题的建模与分析　159
5．4　数值仿真结果　163
5．4．1　单车跟踪性能　163
5．4．2　雷达通信一体化方案与基于上行反馈的纯通信方案的性能对比　165
5．4．3　多车跟踪性能　167
5．5　本章小结　171
第　6 章 总结与展望　172
6．1　本书总结　172
6．2　雷达通信一体化技术展望　173
参考文献　175