基于IRS天线阵架构的ISAC波束赋形优化

来源：信号处理杂志 2026年第1期北京时间：

作者：杨楠, 邹佳琪, 郭汉斌, 高晖, 曹若菡, 何元

摘要：通感一体化（Integrated Sensing and Communication， ISAC）技术凭借其谱效高、能耗低及硬件成本优势，为高动态飞行自组网（Flying Ad-Hoc Networks， FANET）的波束赋形（Beamforming， BF）优化提供了新范式。本文将高能效智能反射面天线阵（Intelligent Reflecting Surface-Aided Antennas， IRS-A）引入FANET分簇结构中，通过联合优化簇头（Cluster Head， CH）ISAC收发BF和感知目标簇成员（Cluster Member， CM）通信接收BF提升FANET-ISAC系统中的CH-CM链路感知性能。具体而言，感知互信息（Sensing Mutual Information， SMI）作为目标响应信道和回波信号之间的条件互信息，可以表征感知目标信息获取的极限，本文以SMI作为性能指标，构建了在信号传输功率预算、IRS-A相移和通信服务质量约束下的BF优化框架。为了解决该多变量耦合的复杂非凸问题，本文提出了一种CH-CM联合收发BF交替优化算法，将原问题顺序拆解成系列子问题并迭代求解：基于瑞利定理得到CM通信接收数字BF闭式解，采用交替方向乘子法重构CH的ISAC收发BF子问题，进而基于加权最小均方误差推导其闭式解，最后采用流形优化算法设计IRS-A相移因子。仿真结果表明，所提出的优化算法能有效提升FANET-ISAC系统的SMI和感知能效。

关键词：飞行自组网, 通感一体化, 智能反射面天线阵, 感知互信息, 波束赋形优化