摘  要：雷达通信一体化系统是无人机编队中的重要组成部分，具有强大的战场感知能力和战场通信能力。在这篇文章中，作者主要从轨迹和资源联合优化角度研究了无人机雷达通信一体化系统的应用场景。首先，介绍了无人机编队的组成、特点以及系统面临的问题，然后以无人机轨迹和资源联合优化为切入点，构建了基于无人机编队的雷达通信一体化系统模型，并提出了轨迹与资源联合优化的思路。

关键词：无人机雷达通信一体化系统；轨迹与资源；联合优化

引言

为了提高无人机雷达通信一体化系统的性能，需要对其轨迹和资源进行联合优化。轨迹规划是指设计无人机的飞行路线和时间，以确保信息传输的正确性和可靠性。资源分配是指对无人机所需的能量、功率和频谱等资源进行分配和利用。目前，国内外学者对无人机雷达通信一体化系统的轨迹与资源联合优化问题进行了深入研究。

一、无人机编队通信一体化系统模型

雷达通信一体化系统是在无人机编队中，以无人机编队为核心，以雷达作为主要传感器，利用数据链实现信息通信，并在信息交互过程中对无人机编队进行编队管理、路径规划和任务分配的综合系统。      1.雷达通信一体化系统采用S波段作为主要通信频段。S波段是由美国航空航天局（NASA）提出的一种新的宽频带通信技术，其具有频率资源丰富、频谱效率高、功率效率高等优点。此外，S波段具有较好的空间分辨能力，能有效提高雷达系统对远距离目标探测能力。

2.雷达通信一体化系统由无人机编队管理中心、传感器和通信网组成。无人机编队管理中心主要负责整个系统的运行控制、数据分发、信息收集与处理等工作；传感器主要用于对雷达探测到的目标进行目标跟踪和信息采集；通信网则用于通信链路的构建和通信资源的分配。

3.雷达通信一体化系统中采用S波段作为通信频段，由于S波段具有较好的空间分辨能力，在实际应用中可以获得较好的目标定位能力和抗干扰能力。

二、系统模型及联合优化的问题与建模分析

无人机编队的雷达通信一体化系统模型包含以下几个部分：（1）无人机编队的雷达天线阵列；（2）通信基站，主要为无人机提供通信链路；（3）雷达天线阵列；（4）无人机。本文从无人机编队的轨迹和资源联合优化角度研究无人机雷达通信一体化系统的性能，具体可以分为两个部分：（1）基于雷达和通信联合优化的目标跟踪算法，以实现对目标的跟踪。（2）基于轨迹和资源联合优化的性能分析方法。首先，根据不同的飞行状态建立相应的模型，然后将该问题转化为单目标优化问题，再进行优化求解。在本文中，首先利用概率论中的最大似然估计法求解模型的最大似然函数。在此基础上，考虑无人机编队飞行轨迹对通信信道容量和雷达探测概率的影响，通过将两个问题进行联合优化来实现目标跟踪与雷达探测性能提升。

三、基于多目标优化的轨迹和资源联合优化算法

无人机编队的雷达通信一体化系统面临着复杂的战场环境，为使系统的性能达到最优，需要在轨迹和资源联合优化问题上下功夫。在该模型中，为了保障雷达通信一体化系统的通信性能，需要将多个参数进行联合优化，而对通信性能的影响因素主要包括无人机的飞行轨迹、无人机和雷达之间的协同策略以及通信资源分配等。对于轨迹和资源联合优化问题，可以采取基于多目标优化的求解方法，即将轨迹和资源联合优化问题转化为多目标优化问题，在此基础上设计一种多目标遗传算法。在该算法中，首先通过迭代搜索法寻找最优飞行轨迹，然后在该轨迹上进行资源分配，以进一步提升雷达通信一体化系统的通信性能。为了进一步验证该算法在实际应用场景中的有效性和优越性，作者采用多个无人机编队进行仿真实验。具体来说，对于无人机编队而言，首先需要采用雷达系统获取目标信息。由于无人机本身具有低成本、低能耗、高机动性等特点，因此可以将无人机编队看做是一种无人飞行器。在该无人机编队中，为了保证无人机飞行轨迹的一致性和通信资源的最优分配，可以将无人机编队中多架飞机之间进行协同策略研究。协同策略主要包括两个方面：一是控制飞行方向；二是共享数据信息。具体来说，就是在同一时刻和不同时刻两个位置上各架飞机发送各自的雷达参数以及相应的数据信息；根据飞行方向不同以及数据传输距离不同将各架飞机进行分组，并分别对每组飞机进行相应的轨迹和资源分配。然后利用多目标遗传算法求解出两组飞行方向和数据传输距离相近的无人机编队最优飞行轨迹。最后对最优飞行轨迹进行分析验证后即可得出最优轨迹方案。

四、数值仿真结果

本文分别对雷达和通信进行建模，对不同通信方式和雷达类型下的通信数据传输速率进行仿真。仿真中考虑的主要参数如下：雷达天线数N=6;雷达功率P=10W；通信信道带宽为2Mbps；数据速率为200Kbps；通信信道带宽为2Mbps。本文采用Matlab软件进行数值仿真，并给出了仿真结果。从仿真结果中可以看出，雷达和通信均能够满足通信质量要求，并且在通信速率达到200Kbps时，雷达的检测概率会达到90%以上。此外，由于雷达和通信都能够实现同时检测目标，因此在实际应用中可以实现两个系统的协同工作，以提高探测性能。从仿真结果中可以看出，雷达与通信协同工作的情况下，在系统带宽和数据速率相同的情况下，雷达能够检测到目标的概率会显著提高。同时可以看出在不同的数据速率和传输方式下，系统性能会有所区别。具体来说：当数据速率为10Kbps时，可以有效地提高系统检测概率；当数据速率为20Kbps时，系统检测概率会下降。

五、结语

随着智能化战争的不断发展，无人机编队在未来智能化战争中发挥着越来越重要的作用。本文从无人机编队角度出发，针对雷达通信一体化系统，研究了无人机轨迹与资源联合优化的问题，通过数学建模和算法分析，证明了该算法在提升雷达通信一体化系统性能方面的有效性。此外，本文还对该问题进行了一些延伸性研究，如针对特定无人机的轨迹优化和资源分配问题，针对该问题进行了相关研究，并通过数值仿真证明了算法的有效性。

参考文献：

[1]田旋旋，胡念平.无人机互干扰抑制的雷达通信一体化波形设计[J].电光与控制，2023，30（05）：79-83.

[2]范绍帅，王煜菲，田辉，Jie Zhang，史金鑫.面向无人机雷达通信一体化系统的轨迹与资源联合优化[J].通信学报，2021，42（11）：182-192.

[3]田旋旋. 基于雷达通信一体化机制的车辆情境信息感知方法研究[D].哈尔滨工业大学，2018.

作者简介：蒋宇卓，男，汉族，湖南永州，2000.1.20，本科，研究方向：电子信息类。

宋子睿，男，汉族，河南洛阳，2000.10.10，本科，研究方向：电子信息类。