CN103617359B - 一种多阵面旋转相控阵雷达任务调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于雷达系统技术领域，公开了一种多阵面旋转相控阵雷达任务调度方法。包括如下步骤：以每个调度周期为一个单元，实时生成雷达任务；获取雷达任务特征参数；把任务分配给各个阵面；分别对各阵面雷达任务综合优先级进行计算；选择工作模式，在雷达资源约束条件下对雷达任务进行调度，分别得到各阵面最终执行任务队列；若调度没结束，则更新参数，继续从第一步开始执行下一个调度周期。本发明的方法实现了多阵面旋转相控阵雷达的任务调度：通过对各阵面有分别地计算任务综合优先级，充分发挥了各阵面的优势；通过对各阵面的资源使用情况进行控制，能灵活地针对具体探测环境，有效充分利用雷达资源，从而发挥相控阵雷达多任务和多功能的优势。

Description

一种多阵面旋转相控阵雷达任务调度方法

技术领域

本发明属于雷达系统技术领域，涉及一种相控阵雷达任务调度方法，具体为一种多阵面旋转相控阵雷达任务调度方法。

背景技术

所谓相控阵雷达调度是指在给定雷达任务请求集合的条件下，雷达调度器依据某种准则来安排给出各种任务请求的执行序列，以期望在满足系统约束的同时达到某种意义上的最优调度效果。

由于相控阵雷达本身所具有的波束捷变的特点，通常相控阵雷达的天线阵面是固定的。由于成本限制和相控阵天线的昂贵费用，相控阵雷达经常面临着用少于三块或四块阵面完成半球覆盖的需求。作为替换，两个或三个阵面组合在一起，通过旋转，能在一段扫描时间内完成全空域覆盖。当然这样就带来了雷达任务调度方法的复杂性：由多阵面导致的任务在阵面间的分配的复杂性；由旋转导致的任务调度方法的时间约束复杂性。

目前国内在雷达任务调度方法上的研究都是针对单阵面固定相控阵雷达。比较有代表性的论文有《相控阵雷达自适应资源管理技术研究》，专利有“一种相控阵雷达资源管理方法”(专利号102323972B)。迄今为止，尚未见到针对多阵面旋转相控阵雷达的任务调度方法。国外有一些关于旋转相控阵雷达资源管理方法的论文，如《Resource managementfor a rotating multi-function radar》和《Radar resource management formechanically rotated electronically scanned phased array radars》，但是上述两篇论文中都没有给出具体的调度方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的相控阵雷达任务调度方法中都没有考虑多阵面和旋转的问题，而提出的一种多阵面旋转相控阵雷达任务调度方法。

本发明的技术方案是：一种多阵面旋转相控阵雷达任务调度方法，包括以下步骤：

a.以每个调度周期为一个单元，实时生成雷达任务；

b.获取旋转相控阵雷达任务的特征参数，包括由阵面旋转导致的任务临时截止期D_t，D_t定义为由于阵面的旋转，目标在紧接着的一次离开天线阵面波束扫描范围的时刻，考虑到任务有一定的持续时间，即任务驻留时间，D_t的具体计算方法为：D_t＝T_o—T_d，其中T_o为目标位置离开雷达波束照射范围的时刻，T_d为任务驻留时间；

c.根据任务临时截止期和波束扫描范围对任务进行过滤，把任务分配给各个阵面，具体分配方法为：计算阵面在某一调度周期的波束扫描范围Φ＝(α+ω·(t-t₀),β+ω·(D_t-t₀))，其中(α₁，β₁)为阵面初始波束范围，ω₁为阵面旋转角速度，t₀为雷达开始运行时间，t为当前时刻；若(Azi,Ele)∈Φ且R≤R_max，则任务属于此阵面，其中(Azi,Ele)表示任务所在方位角和俯仰角，R为任务所在距离，R_max为雷达探测最大距离；

d.针对各阵面对不同空域探测的优势和侧重，对各阵面雷达任务综合优先级采用考虑空域优先级和任务临时截止期的方法分别进行设计；

e.针对各阵面对不同性质任务的优势和侧重，以搜索性质的任务所占比例来确定工作模式，在雷达资源约束条件下对雷达任务进行调度，得到各阵面最终执行任务队列；

f.若调度没结束，则更新参数，继续从步骤a开始执行。

本发明的有益效果是：(1)实现了多阵面和旋转体制下的相控阵雷达的任务调度，而多阵面旋转相控阵雷达相对固定阵面相控阵雷达，所带来的好处主要有两点：一是在全空域扫描情况下节约了成本；一是在方位角上减弱了波束展宽和增益减少的影响；(2)通过对各阵面分别设计任务综合优先级计算方法，充分发挥各阵面的特长，实现了任务的合理分配；(3)通过对各阵面资源使用情况的控制，实现了资源的合理配置。

附图说明

图1为本发明实施例的两阵面旋转相控阵雷达工作示意图。

图2为本发明实施例的两阵面旋转相控阵雷达任务调度方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行说明，应当理解，此处所描述的附图和实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例中相控阵天线采用两块阵面，如图1所示。

本发明的多阵面旋转相控阵雷达任务调度方法流程示意图如图2所示，包括以下步骤：

a.以每个调度周期为一个单元，实时生成雷达任务；

b.获取雷达任务的特征参数；

c.把任务分配给各个阵面；

d.分别对各阵面雷达任务综合优先级进行计算；

e.选择工作模式，在雷达资源约束条件下对雷达任务进行调度，分别得到各阵面最终执行任务队列；

f.若调度没结束，则更新参数，继续从步骤a开始执行。

本实施例中，步骤a中实时生成的任务包括搜索任务，确认任务，普通跟踪任务，精密跟踪任务，失跟处理任务(丢失后重新搜索)。初始时，所有任务都为搜索任务；当搜索任务发现目标后，即变为确认任务；确认成功，即变为跟踪任务；跟踪任务又分为普通跟踪任务和精密跟踪任务；当跟踪任务重照间隔超过要求时间间隔(即任务数据率)，变为失跟处理任务。

步骤b中所述的特征参数包括目标距离，目标方位角，目标俯仰角，任务初始工作方式优先级，任务驻留时间，由雷达阵面旋转导致的任务临时截止期，由数据率决定的任务截止期。

则每个任务可记为：Task(R，Azi，Ele，P_t，D，D_t，T_d)。其中R，Azi，Ele依次为目标距离、方位角和俯仰角。P_t为任务的工作方式优先级，按搜索任务、确认任务、普通跟踪任务、精密跟踪任务、失跟处理任务的重要性别设定不同的优先级。D为任务截止期，其定义为，在这个时刻之前，任务必须执行一次。这个时刻由雷达设计所要求的各种任务的数据率所决定，D的具体计算方法为：D＝T_e+T_r，其中T_e为任务上次执行时间，初始为0，T_r为雷达设计要求所规定的同一任务两次照射之间的最长时间间隔(数据率)，不同类型的任务这一时间间隔通常是不一样的。初始都为搜索任务。D_t为任务临时截止期，其定义为由于阵面的旋转，目标在紧接着的一次离开天线阵面波束扫描范围的时刻，考虑到任务有一定的持续时间，即任务驻留时间，D_t的具体计算方法为：D_t＝T_o—T_d，其中T_o为目标位置离开雷达波束照射范围的时刻，T_d为任务驻留时间，通常每种类型的任务驻留时间是不同的。

步骤c的任务分配方法具体如下：根据阵面的旋转角度，雷达波束扫描范围和目标的位置决定当前时刻雷达任务分配给哪一个阵面：当目标的位置在某一阵面波束扫描范围内，则此雷达任务分配给该阵面；

本实施例考虑两个阵面，在一个调度周期中，两块阵面波束扫描范围分别为Φ1和Φ2，最大作用距离分别为R1_max和R2_max，任务分配具体计算方法如下：

假设两面阵旋转角速度分别为ω₁，ω₂；面阵初始波束范围分别为(α₁，β₁)，(α₂，β₂)，雷达开始运行时间为t₀，当前时刻为t，则可计算Φ1＝(α₁+ω₁·(t-t₀),β₁+ω₁·(D_t-t₀))，Φ2＝(α₂+ω₂·(t-t₀),β₂+ω₂·(D_t-t₀))。

若(Azi，Ele)∈Φ1且R≤R1_max，则任务分配给阵面1；同样地，若(Azi，Ele)∈Φ2且R≤R2_max，则任务分配给阵面2。

步骤d中各阵面雷达任务的综合优先级计算方法采用了一种考虑空域优先级的优先级表方法，具体步骤如下：

d1.根据作战需求以及雷达性能，对探测空域进行划分，确定每个空域的空域优先级P_r；

d2.每个任务的工作方式优先级P_t与其所在空域的空域优先级P_r相加，得到每个任务的空域-工作方式优先级P_rt：P_rt＝P_r+P_t；

d3.把任务按照空域-工作方式优先级从大到小排序，空域-工作方式优先级相同的情况下按照临时截止时间从小到大排序，按排序后的顺序依次为每个任务编号，每个任务得到一个优先级序号i(i＝1.2…n)，其中，n为任务个数；

d4.把任务截止期D按从小到大的顺序排序，每个任务得到一个截止期序号j(j＝1.2…n)；

d5.根据雷达作战需求，按下面四种方法计算任务综合优先级P(P越小，任务越早执行)：(A)倾向于空域-工作方式优先级的计算方法，即具有同一截止期的任务，空域-工作方式优先级越高的任务具有更高的优先级；(B)倾向于截止期的计算方法，即同一空域-工作方式优先级等级的任务，截止期较早的任务具有更高的优先级；(C)倾向于空域-工作方式优先级的加权算法，即引入一个权重参数α，加强对空域-工作方式优先级的倾向；(D)倾向于截止期的加权算法，即引入一个权重参数α，加强对截止期的倾向，四种方法具体计算方法如下：

(A)P＝(i+j-1)·(i+j-2)/2+i；

(B)P＝(i+j-1)·(i+j-2)/2+j；

(C)P＝(a·(i-1-β)+2·j-2)·(i+β)/2+i，其中，

(D)P＝(α·(j-1-β)+2·i-2)·(j+β)/2+j，其中，

这里，根据各阵面特性及雷达的性能要求，步骤d1中每个阵面的空域划分和优先级的设定可以相同也可以不同。同样，步骤d5中四种基于优先级表的综合优先级计算方法可根据雷达设计要求采用一种或几种，各阵面采用的方法可以相同也可以不同。

经过步骤d的综合优先级之后，任务可以记为Task(P，R，Azi，Ele，P_t，D，D_t，T_d)，在任务参数里多了一个综合优先级参数。因为优先级表方法能保证所有任务都能分配到一个唯一的优先级，所以把所有任务按照优先级从小到大的顺序依次送入待执行队列，通过步骤e，确定是否满足工作模式和资源约束条件。

步骤e中所述的工作模式具体为：设定各阵面在一次调度周期内搜索任务占用时间资源与所有任务占用时间资源的最小比例η_min和最大比例η_max，(0≤η_min，η_max≤1)，统称为η，不同的η对应于不同的工作模式。每个阵面的η可以相同也可以不同，任一阵面的η改变都视为改变工作模式。例如，需要阵面1主要负责搜索任务，阵面2主要负责跟踪任务，则可对阵面1设置：η1_min＝0.7，η1_max＝1对阵面2设置η2_min＝0.1，η2＝_max＝0.5这种工作模式保证阵面1至少有70％的时间用来执行搜索任务，而阵面2最少有50％的时间，最多有90％的时间用来执行跟踪任务。

设定工作模式后，每次生成执行任务时都先计算R_s/R_tot，其中R_s为一个调度周期内搜索任务占用的时间资源，R_tot为一个调度周期内所有任务占用的时间资源。当R_s/R_tot∈[η_min，η_max]，则将任务送入执行队列，否则不执行该任务。

步骤e中所述的资源约束条件具体为：R_k-1+ΔR_k≤R，其中，R_k-1为一个调度周期内第k个任务被调度前时间资源使用情况，△R_k为第k个任务执行所引起的系统时间资源使用的变化量，R为一个调度周期的总时间资源。

本发明的方法实现了多阵面旋转相控阵雷达的任务调度：通过对各阵面有分别地计算任务综合优先级，充分发挥了各阵面的优势，体现了各阵面对探测任务的不同侧重，尤其是采用纳入空域优先级的综合优先级计算方法，体现了各阵面对探测范围的不同侧重；通过对各阵面的资源使用情况进行控制，即改变工作模式，能灵活地针对具体探测环境，有效充分利用雷达资源，从而发挥相控阵雷达多任务和多功能的优势。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种多阵面旋转相控阵雷达任务调度方法，包括以下步骤：

a.以每个调度周期为一个单元，实时生成雷达任务；

b.获取旋转相控阵雷达任务的特征参数，包括由阵面旋转导致的任务临时截止期D_t，D_t定义为由于阵面的旋转，目标在紧接着的一次离开天线阵面波束扫描范围的时刻，考虑到任务有一定的持续时间，即任务驻留时间，D_t的具体计算方法为：D_t＝T_o－T_d，其中T_o为目标位置离开雷达波束照射范围的时刻，T_d为任务驻留时间；

c.把任务分配给各个阵面，具体分配方法为：若(Azi,Ele)∈Φ且R≤R_max，则任务属于此阵面，其中(Azi,Ele)表示任务所在方位角和俯仰角，Φ为阵面波束扫描范围，R为任务所在距离，R_max为雷达探测最大距离；

d.采用了一种考虑空域优先级和任务临时截止期的优先级表方法计算各阵面雷达任务综合优先级，具体步骤如下：

d1.根据作战需求以及雷达性能，对探测空域进行划分，确定每个空域的空域优先级P_r；

d2.每个任务的工作方式优先级P_t与其所在空域的空域优先级P_r相加，得到每个任务的空域-工作方式优先级P_rt：P_rt＝P_r+P_t；

d3.把任务按照空域-工作方式优先级从大到小排序，空域-工作方式优先级相同的情况下按照临时截止时间从小到大排序，按排序后的顺序依次为每个任务编号，每个任务得到一个优先级序号i，其中i＝1.2…n，n为任务个数；

d4.把任务截止期D按从小到大的顺序排序，每个任务得到一个截止期序号j，其中j＝1.2…n；

d5.根据雷达作战需求，按下面四种方法计算任务综合优先级P，P越小，任务越早执行：(A)倾向于空域-工作方式优先级的计算方法，即具有同一截止期的任务，空域-工作方式优先级越高的任务具有更高的优先级；(B)倾向于截止期的计算方法，即同一空域-工作方式优先级等级的任务，截止期较早的任务具有更高的优先级；(C)倾向于空域-工作方式优先级的加权算法，即引入一个权重参数α，加强对空域-工作方式优先级的倾向；(D)倾向于截止期的加权算法，即引入一个权重参数α，加强对截止期的倾向，四种方法具体计算方法如下：

(A)P＝(i+j-1)·(i+j-2)/2+i；

(B)P＝(i+j-1)·(i+j-2)/2+j；

(C)P＝(α·(i-1-β)+2·j-2)·(i+β)/2+i，其中，

(D)P＝(α·(j-1-β)+2·i-2)·(j+β)/2+j，其中，

e.以搜索性质的任务所占比例来确定工作模式，在雷达资源约束条件下对雷达任务进行调度，得到各阵面最终执行任务队列；

f.若调度没结束，则更新参数，继续从步骤a开始执行。

2.根据权利要求1所述的多阵面旋转相控阵雷达任务调度方法，其特征在于，所述步骤e中所述的工作模式具体为：设定各阵面在一次调度周期内搜索任务占用时间资源与所有任务占用时间资源的最小比例η_min和最大比例η_max，其中0≤η_min，η_max≤1，统称为η，不同的η对应于不同的工作模式，每个阵面的η可以相同也可以不同，任一阵面的η改变都视为改变工作模式。

3.根据权利要求1所述的多阵面旋转相控阵雷达任务调度方法，其特征在于，所述步骤e中所述的资源约束条件具体为：R_k-1+△R_k≤R，其中，R_k-1为一个调度周期内第k个任务被调度前时间资源使用情况，△R_k为第k个任务执行所引起的系统时间资源使用的变化量，R为一个调度周期的总时间资源。