[论文解读] Cognitive Radars: A Reality?

Maria Greco, Fulvio Gini+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2018

Radar Systems and Signal Processing参考文献 45被引用 4

一句话总结

本文探讨了能够实时适应环境条件的认知雷达系统，将认知原理同时应用于主动雷达与被动雷达。研究提出在干扰受限频谱中实现波形的动态自适应，并在被动雷达中实现机会信号源的选择，通过自适应感知与环境学习优化任务目标，展示了其可行性与性能提升。

ABSTRACT

This paper describes some key ideas and applications of cognitive radars, highlighting the limits and the path forward. Cognitive radars are systems based on the perception-action cycle of cognition that sense the environment, learn from it relevant information about the target and the background, then adapt the radar sensor to optimally satisfy the needs of their mission according to a desired goal. The concept of cognitive radar was introduced originally for active radar only. In this paper we describe how this paradigm can be applied also to passive radar. In particular, we describe (i) cognitive active radars that work in a spectrally dense environment and change the transmitted waveform on-the-fly to avoid interference with the primary user of the channel, such as broadcast or communication systems, (ii) cognitive active radars that adjust transmit waveform parameters to achieve a specified level of target tracking performance, and (iii) cognitive passive radars, that contrary to the active radars cannot directly change the transmitted waveforms, but can instead select the best source of opportunity to improve detection and tracking performance.

研究动机与目标

• 探究认知雷达系统在实时整合感知、学习与自适应行动的可行性。
• 将认知雷达范式从主动雷达扩展至被动雷达系统。
• 通过使认知主动雷达避免与广播和通信系统等授权主用户产生干扰，应对频谱拥塞问题。
• 通过动态调整发射波形参数，优化目标跟踪性能。
• 通过基于环境学习选择最优可用机会信号源，提升被动雷达的检测与跟踪性能。

提出的方法

• 认知主动雷达利用实时频谱感知检测主用户，并动态重构发射波形以避免干扰。
• 根据环境反馈与任务目标，调整带宽、中心频率和脉冲压缩等波形参数。
• 实施感知-行动循环，雷达感知环境，学习目标与背景特征，并相应调整发射策略。
• 对于被动雷达，系统学习选择最优机会照射源（如电视或广播信号），依据信号强度、多普勒特性与方向性。
• 认知引擎使用机器学习与优化技术，将环境数据映射至最优雷达配置。
• 系统集成反馈回路，基于跟踪精度与检测性能持续优化波形与信号源选择。

实验结果

研究问题

• RQ1 认知雷达原理能否有效从主动雷达扩展至被动雷达系统？
• RQ2 在频谱密集环境中，认知主动雷达如何动态调整波形以避免与授权主用户产生干扰？
• RQ3 应依据何种标准指导被动雷达中最佳机会信号源的选择，以最大化检测与跟踪性能？
• RQ4 实时学习与自适应能力在多大程度上可提升认知雷达系统的目标跟踪精度？
• RQ5 实现认知雷达作为可行技术的实际限制与实施挑战是什么？

主要发现

• 认知主动雷达可通过实时频谱感知动态重构波形，成功避免与主用户的干扰。
• 自适应波形控制可在不同环境条件与干扰水平下保持一致的目标跟踪性能。
• 被动认知雷达通过智能选择最合适的照射源（基于信号质量与目标几何关系），实现检测与跟踪性能的提升。
• 在闭环系统中整合感知、学习与行动显著增强了雷达系统的自适应能力与任务有效性。
• 本研究证实，认知雷达不仅理论合理，且实际可行，为在主动与被动雷达架构中实现提供了清晰路径。