可重构智能表面赋能集成感知与通信的主动与被动波束成形联合设计

为挖掘 RIS 在支撑 ISAC 方面的潜力，本文考虑目标尺寸，提出一种面向 RIS 赋能 ISAC 系统的主动与被动波束成形联合设计新方法。首先，基于目标近似散射表面积上的照射功率，以闭式推导目标感知的检测概率，并首次定义终极检测分辨率（UDR）这一新概念以衡量目标检测能力。随后，在最小检测概率约束下，建立最大化用户设备处信噪比（SNR）的优化问题。为求解该非凸问题，开发了一种新颖的交替优化方法。在该方法中，通信与感知波束成形器解由我们所提的基于二分搜索的方法获得；最优接收合并矢量由等效瑞利商问题导出。为优化 RIS 相移，采用 Charnes-Cooper 变换处理分式目标，并提出一种新颖凸化过程，借助矩阵运算与实值一阶泰勒展开将检测概率约束凸化。凸化后，设计了一种基于连续凸近似（SCA）的算法以得到次优相移解。最后，构建整体优化算法，并详细分析其计算复杂度、收敛行为及问题可行性条件。大量仿真验证了所提波束成形设计的解析特性，并揭示了两个重要权衡，即通信与感知权衡、UDR 与感知时长权衡。与若干现有基准相比，所提方法在检测具有实际尺寸的目标时被证实更具优势。