CN103902385A - 基于先验知识的相控阵雷达自适应任务调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于相控阵雷达任务调度技术领域，特别涉及基于先验知识的相控阵雷达自适应任务调度方法。该基于先验知识的相控阵雷达自适应任务调度方法包括以下步骤：S1：建立雷达分类任务链表；按照优先级由高到低的顺序，选取n/2个雷达分类任务链表；在选取的n/2个雷达分类任务链表中，如果其中每个雷达任务的时间窗均大于相控阵雷达的调度间隔，则执行步骤S2，反之，执行步骤S3；S2：基于时间最小丢失原则，得出每个雷达任务的安排顺序；S3：根据优先级最高的两个雷达分类任务链表，建立新的雷达分类任务链表；按照优先级由高到低的顺序，对每个雷达分类任务链表进行调度处理，直至每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕。

Description

基于先验知识的相控阵雷达自适应任务调度方法

技术领域

本发明属于相控阵雷达任务调度技术领域，特别涉及基于先验知识的相控阵雷达自适应任务调度方法，解决了在有限的雷达系统资源下任务执行效率低下的问题，能够根据雷达的调度间隔和各个任务时间窗的先验知识进行有效的自适应任务调度，提高任务的执行效率。

背景技术

相控阵雷达的波束可以在空间上指向任意方向并在微秒到百微秒级进行捷变，除此之外，相控阵雷达还具有丰富的工作波形、可变的参数控制、可选的多种工作模式以及强大的数据处理能力，这些特点使得相控阵雷达能够同时实现监视、检测、跟踪、识别以及武器制导等功能，灵活性极大。但是相控阵雷达在提供多种雷达功能可能性的同时，也带来了一些新的挑战。实时上，相控阵雷达的扫描波束几乎能够在“瞬间”指向空间的“任意位置”，这就需要雷达“瞬间”做出“特定决定”，比如选择合适的发射波形、波束指向位置、波位驻留时间、发射的功率等，而“瞬间做出特定决定”依靠人工往往难以高效地完成。为了使得相控阵雷达的各种功能得以“充分”发挥，就需要对相控阵雷达实施有效的资源管理，使得系统有限的资源能够得到合理的分配，从而使得雷达系统能够对特定区域实现有效的目标搜索、目标跟踪、目标识别以及武器制导等功能。

而在资源管理方面，任务的调度就显得尤为重要，一种好的任务调度方法，能使得任务的执行数量和效率大大提高，现在的方法主要有模板调度法和自适应调度法，其中自适应调度法是最有效也最为复杂的调度策略。自适应调度法是在满足雷达任务优先级和其他约束条件的情况下，通过协调并合理分配每个雷达波束所要求的系统资源，来为一个调度间隔制定雷达任务执行序列的一种调度方法，其中调度间隔是指系统控制程序调用调度程序的时间间隔，在各调度间隔内计算机必须完成两个任务是：对雷达设备在前一个执行间隔内采集的数据进行检测和跟踪处理、以及调度雷达在下一时间间隔内执行的任务。

在自适应调度法中，有时间窗自适应调度方法是一种比较普遍使用的方法，该方法是指雷达任务的实际执行时刻在调度间隔内按照移动的规则可以在以期望执行时刻为中心，一定时间范围内提前或拖后执行，即给期望执行时刻加窗，实际执行时刻可以在窗内活动。其中需要指出的是对于跟踪任务，雷达分辨单元（波束宽度）是一个范围，目标飞过分辨单元的时间将在一定范围内，因此跟踪驻留在一个时间段内是有效的，该时间段的长度定义为时间窗。

有人提出了一种以调度间隔为基础，运用合理优先级设定和时间窗方法达到对时间的充分利用，并将其它约束条件建模为递归形式，通过对约束条件的周期性检验调整调度安排，获得满足要求的雷达任务执行序列的方法，该方法在给定的条件下能得到近似最优的调度结果。但是，该方法的不足是，并没有考虑到时间窗和调度间隔的长度关系，当有些任务的时间窗小于调度间隔的长度时，该任务是不能在调度间隔内随意移动的，这时候该方法就会失效。

发明内容

本发明的目的在于提出基于先验知识的相控阵雷达自适应任务调度方法。本发明弥补了现有技术中在有些任务的时间窗小于调度间隔的长度时调度方法失效的问题，并且针对任务丢失问题提出了解决办法。而本发明所涉及的基于知识的实用相控阵雷达自适应调度方法充分利用了雷达任务的时间窗长和相控阵雷达的调度间隔长度的先验知识，自适应的选择对应的改善后的调度方法，使得本发明的适用性得到扩展，并且通过每一种条件下的改善的调度方法使得调度的效率得到提高。

实现本发明的基本思路是：对于雷达任务给出其时间窗、期望执行时间、雷达任务驻留时间等参数，因此根据雷达任务的时间窗长和相控阵雷达的调度间隔长度的先验知识，设计不同的调度方法。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

基于先验知识的相控阵雷达自适应任务调度方法包括以下步骤：

S1：根据雷达任务的优先级，建立对应的雷达分类任务链表，每个雷达分类任务链表包括处于同一优先级的雷达任务；按照优先级由高到低的顺序，选取n/2个雷达分类任务链表，n为雷达分类任务链表的个数；在选取的n/2个雷达分类任务链表中，如果其中每个雷达任务的时间窗均大于相控阵雷达的调度间隔，则执行步骤S2，反之，执行步骤S3；

S2：按照优先级由高到低的顺序，对每个雷达分类任务链表进行调度处理，直至每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕；在对每个雷达分类任务链表进行调度处理时，基于时间最小丢失原则，得出每个雷达任务的安排顺序；

S3：根据优先级最高的两个雷达分类任务链表，建立新的雷达分类任务链表；按照优先级由高到低的顺序，对每个雷达分类任务链表进行调度处理，直至每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕；在对每个雷达分类任务链表进行调度处理时，以产生最大连续空余时间间隔建立对应的目标函数模型，从而得出每个雷达任务的执行时间。

本发明的特点和进一步改进在于：

步骤S1具体包括以下步骤：

将雷达任务建模为集合RadarEvent，集合RadarEvent中的元素包括雷达任务的优先级、雷达任务的期望执行时间、雷达任务的驻留时间、以及雷达任务的时间窗长；其中，雷达任务的优先级值、雷达任务的期望执行时间、雷达任务的驻留时间、以及雷达任务的时间窗长均通过先验知识获得；雷达任务的优先级值越低，说明雷达任务的优先级越高；

获取待执行雷达任务和相控阵雷达的下个调度间隔的时间长度；根据雷达任务的优先级，建立对应的雷达分类任务链表，每个雷达分类任务链表包括处于同一优先级的雷达任务；按照优先级由高到低的顺序，选取n/2个雷达分类任务链表，n为雷达分类任务链表的个数；在选取的n/2个雷达分类任务链表中，如果其中每个雷达任务的时间窗均大于相控阵雷达的调度间隔，则执行步骤S2，反之，执行步骤S3。

所述步骤S2具体包括以下步骤：

按照优先级由高到低的顺序，对每个雷达分类任务链表进行调度处理，直至每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕；

对任一个雷达分类任务链表进行调度处理包括以下步骤：得出对应雷达分类任务链表的每一个雷达任务的安排顺序值，在对应雷达分类任务链表中，安排顺序值为正数的雷达任务为有效的雷达任务；在有效的雷达任务中，按照安排顺序值从小到大的顺序，依次安排雷达任务；对应雷达分类任务链表的任一个雷达任务的安排顺序值的计算公式如下：

其中，P表示对应的雷达任务的安排顺序值，t表示当前调度时间，t_rj表示对应的雷达任务的期望执行时间，W_j表示对应雷达任务的时间窗长。

在步骤S2中，当每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕后，如果相控阵雷达的当前调度间隔还有剩余时间，则安排其余雷达任务，直至相控阵雷达的当前调度间隔的剩余时间为0。

所述步骤S3具体包括以下步骤：

针对相控阵雷达的每个调度间隔，设立两个虚拟雷达任务，两个虚拟雷达任务的驻留时间均为0；在两个虚拟雷达任务中，第一个虚拟雷达任务的执行时间为相控阵雷达的对应调度间隔的起始时间，第二个虚拟雷达任务的执行时间为相控阵雷达的对应调度间隔的结束时间；对于相控阵雷达的任一个调度间隔，生成已调度完成任务集合，已调度完成任务集合初始时只包括对应的两个虚拟雷达任务；

在优先级最高的雷达分类任务链表中，选取时间窗最短的雷达任务作为第一选取雷达任务，在优先级最高的雷达分类任务链表中，将时间窗最短的雷达任务删除；在优先级第二高的雷达分类任务链表中，选取时间窗最短的雷达任务作为第二选取雷达任务，在优先级第二高的雷达分类任务链表中，将时间窗最短的雷达任务删除；将所述第一选取雷达任务和第二选取雷达任务组合生成新的雷达分类任务链表，在所有雷达分类任务链表中，步骤S3生成的新的雷达分类任务链表具有最高的优先级；

按照优先级由高到低的顺序，对每个雷达分类任务链表进行调度处理，直至每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕；对任一个雷达分类任务链表进行调度处理包括以下步骤：在对应雷达分类任务链表中，得出每一个雷达任务的执行时间；

在所述对应雷达分类任务链表中，得出任一个雷达任务的执行时间包括以下步骤：针对对应的雷达任务所在相控阵雷达的调度间隔，更新已调度完成任务集合；在对应的雷达任务所在相控阵雷达的调度间隔内，已安排完毕的雷达任务的数目为m，m为大于0的自然数；按照雷达任务的执行时间，将已安排完毕的m个雷达任务依次表示为r₁至r_m；则已调度完成任务集合R表示为：

R={r₀,r₁,r₂…r_m,r_end}

其中，r₀表示对应的第一个虚拟雷达任务，r_end表示对应的第二个虚拟雷达任务；r_γ的执行时间表示为r₀的执行时间表示为

r_end的执行时间表示为

r_γ的驻留时间表示为

r₀的驻留时间表示为

r_end的驻留时间表示为

γ取1至m；

假设在相控阵雷达的当前调度间隔内，已安排完毕第m+1个雷达任务，按照雷达任务的执行时间，将已安排完毕的m+1个雷达任务依次表示为r₁'至r_m+1'；此时，将已调度完成任务集合R更新为R'：

R'={r₀,r₁',r₂'…r_m+1',r_end}

其中，r_i'的执行时间表示为

i取1至m+1；r₀的执行时间表示为

令

r_end的执行时间表示为

令

r_i'的驻留时间表示为

r₀的驻留时间表示为令

r_end的驻留时间表示为

令 $t_{d,m+2}^{R^{\′}}=t_{d,\mathrm{end}}^R;$

将第m+1个雷达任务的执行时间表示为t'，得出以下目标函数模型：

$t^{\′}=\underset{t^{\′}}{\arg \max }\mathrm{\ΔT}$

s.t.t_rj-W_j<t'<t_rj+W_j

$t^{\&prime;}\&NotElement;[t_{e,k}^{R^{\&prime;}},t_{e,k}^{R^{\&prime;}}+t_{d,k}^{R^{\&prime;}}]$

其中，t_rj表示第m+1个雷达任务的期望执行时间，W_j表示第m+1个雷达任务的时间窗长，k取0至m+2；ΔT为：

$\mathrm{\&Delta;T}=\underset{\mathrm{\&rho;}=\mathrm{0,1},...,m+1}{\max }|t_{e,\mathrm{\&rho;}+1}^{R^{\&prime;}}-(t_{e,\mathrm{\&rho;}}^{R^{\&prime;}}+t_{d,\mathrm{\&rho;}}^{R^{\&prime;}})|$

其中，|·|表示取绝对值，ρ取0至m+1，ΔT表示当ρ为不同取值时

的最大值；

然后对上述目标函数模型，得出t'；如果得到的t'只有一个取值，则将t'作为第m+1个雷达任务的执行时间；如果得到t'有多个不同的取值，则在t'的多个不同的取值中，选择与t_rj最近的取值作为第m+1个雷达任务的执行时间。

在步骤S3中，在对应的雷达任务所在相控阵雷达的调度间隔内，当第m+1个雷达任务安排完毕后，在对应的雷达分类任务链表中删除第m+1个雷达任务，然后更新对应的已调度完成任务集合。

在步骤S3中，当每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕后，如果相控阵雷达的当前调度间隔还有剩余时间，则安排其余雷达任务，直至相控阵雷达的当前调度间隔的剩余时间为0。

本发明的有益效果为：本发明可以根据申请执行任务信息中的调度间隔时间长度和各优先级的任务的时间窗长的先验知识，自适应的选择适合该条件的调度算法，以达到最优的性能。本发明的步骤S2采用了改进的基于时间窗划分优先级的调度方法，解决了某些任务时间窗长小于调度间隔时间长度的条件下调度可能失效的问题，为了充分发挥本发明的高调度效率的优点，通过仿真实验证明本发明的步骤S2的调度方法能够达到较好的执行效率，并能保证不会丢失优先级较高的目标。本发明的步骤S3采用了改进的产生最大连续空闲时间间隔为目标函数来进行调度的优化方法，克服了现有技术中在申请任务时间冲突时任务丢失的问题，能保证执行效率和高优先级任务的存留性。

附图说明

图1为本发明的基于先验知识的相控阵雷达自适应任务调度方法的流程示意图；

图2a为仿真实验中四组雷达任务未进行调度前的执行时间的分布示意图；

图2b为仿真实验中本发明在场景1得出的雷达任务的执行顺序图；

图2c为仿真实验中本发明在场景2得出的雷达任务的执行顺序图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参照图1，为本发明的基于先验知识的相控阵雷达自适应任务调度方法的流程示意图。该基于先验知识的相控阵雷达自适应任务调度方法包括以下步骤：

S1：根据雷达任务的优先级，建立对应的雷达分类任务链表，每个雷达分类任务链表包括处于同一优先级的雷达任务；按照优先级由高到低的顺序，选取n/2个雷达分类任务链表，n为雷达分类任务链表的个数；在选取的n/2个雷达分类任务链表中，如果其中每个雷达任务的时间窗均大于相控阵雷达的调度间隔，则执行步骤S2，反之，执行步骤S3。具体说明如下：

步骤S1具体包括以下步骤：

将雷达任务建模为集合RadarEvent，集合RadarEvent中的元素包括雷达任务的优先级、雷达任务的期望执行时间、雷达任务的驻留时间（执行该雷达任务所需的时间长度）、雷达任务的时间窗长、雷达发射信号的脉冲宽度、雷达发射信号的信号形式（如脉冲形式）、雷达发射信号的频率、波束位置（包括目标或场景点相对于雷达的斜距、目标或场景点相对于雷达的俯仰角、目标或场景点相对于雷达的方位角）、航迹号（用于区分不同目标）、以及波位计算和移相器转换的时间；其中，雷达任务的优先级值、雷达任务的期望执行时间、雷达任务的驻留时间、以及雷达任务的时间窗长均通过先验知识获得；雷达任务的优先级值越低，说明雷达任务的优先级越高。集合RadarEvent含有了本发明进行雷达任务调度所需要的信息，进行雷达任务调度时就可以根据雷达任务的相关属性确定如何在下一个调度间隔安排雷达任务。

根据先验知识获取待执行雷达任务和相控阵雷达的下个调度间隔的时间长度；待执行雷达任务通过组合生成申请任务链表；初始化调度执行链表、延时雷达任务链表、删除雷达任务链表为空。

根据雷达任务的优先级，建立对应的雷达分类任务链表，每个雷达分类任务链表包括处于同一优先级的雷达任务；按照优先级由高到低的顺序，选取n/2个雷达分类任务链表，n为雷达分类任务链表的个数；在选取的n/2个雷达分类任务链表中，如果其中每个雷达任务的时间窗均大于相控阵雷达的调度间隔，则执行步骤S2，反之，执行步骤S3。

S2：按照优先级由高到低的顺序，对每个雷达分类任务链表进行调度处理，直至每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕；在对每个雷达分类任务链表进行调度处理时，基于时间最小丢失原则，得出每个雷达任务的安排顺序。具体说明如下：

步骤S2具体包括以下步骤：

按照优先级由高到低的顺序，对每个雷达分类任务链表进行调度处理，直至每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕；

对任一个雷达分类任务链表进行调度处理包括以下步骤：得出对应雷达分类任务链表的每一个雷达任务的安排顺序值，在对应雷达分类任务链表中，安排顺序值为正数的雷达任务为有效的雷达任务；在有效的雷达任务中，按照安排顺序值从小到大的顺序，依次安排雷达任务；对应雷达分类任务链表的任一个雷达任务的安排顺序值的计算公式如下：

其中，P表示对应的雷达任务的安排顺序值，t表示当前调度时间，t_rj表示对应的雷达任务的期望执行时间，W_j表示对应雷达任务的时间窗长。t_rj-W_j表示待安排雷达任务的时间窗的前沿，t_rj+W_j表示待安排雷达任务的时间窗的后沿；也就是说，只有当t_rj-W_j≤t≤t_rj+W_j时，待安排雷达任务才是有效的雷达任务（认为能够被安排的雷达任务）。如果t<t_rj-W_j，说明当前调度时间还没有进入待安排雷达任务的时间窗，此时将P设为-1。如果t>t_rj+W_j，说明待安排雷达任务属于过期的雷达任务，需取消该雷达任务。

对任一个雷达分类任务链表进行调度处理的原理为：将当前调度时间与待安排雷达任务的时间窗后沿时间的间距值作为对应的安排顺序值，安排顺序值越小说明该雷达任务越紧迫，越需要立刻被执行。

当每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕后，如果相控阵雷达的当前调度间隔还有剩余时间，则安排其余雷达任务，直至相控阵雷达的当前调度间隔的剩余时间为0。

S3：根据优先级最高的两个雷达分类任务链表，建立新的雷达分类任务链表；按照优先级由高到低的顺序，对每个雷达分类任务链表进行调度处理，直至每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕；在对每个雷达分类任务链表进行调度处理时，以产生最大连续空余时间间隔建立对应的目标函数模型，从而得出每个雷达任务的执行时间。具体说明如下：

步骤S3具体包括以下步骤：

针对相控阵雷达的每个调度间隔，设立两个虚拟雷达任务，两个虚拟雷达任务的驻留时间（时间宽度）均为0；在两个虚拟雷达任务中，第一个虚拟雷达任务的执行时间为相控阵雷达的对应调度间隔的起始时间，第二个虚拟雷达任务的执行时间为相控阵雷达的对应调度间隔的结束时间；对于相控阵雷达的任一个调度间隔，生成已调度完成任务集合，已调度完成任务集合初始时只包括对应的两个虚拟雷达任务。

为了防止丢失时间窗最短的较高优先级的任务，在优先级最高的雷达分类任务链表中，选取时间窗最短的雷达任务作为第一选取雷达任务，在优先级最高的雷达分类任务链表中，将时间窗最短的雷达任务删除；在优先级第二高的雷达分类任务链表中，选取时间窗最短的雷达任务作为第二选取雷达任务，在优先级第二高的雷达分类任务链表中，将时间窗最短的雷达任务删除；将所述第一选取雷达任务和第二选取雷达任务组合生成新的雷达分类任务链表，在所有雷达分类任务链表中，步骤S3生成的新的雷达分类任务链表（包括第一选取雷达任务和第二选取雷达任务的雷达分类任务链表）具有最高的优先级。特别地，如果在优先级最高的两个雷达分类任务链表中，所有雷达任务的时间窗的时间长度均相同，则不在优先级最高的两个雷达分类任务链表中选取雷达任务。

按照优先级由高到低的顺序，对每个雷达分类任务链表进行调度处理，直至每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕；对任一个雷达分类任务链表进行调度处理包括以下步骤：在对应雷达分类任务链表中，得出每一个雷达任务的执行时间；

在所述对应雷达分类任务链表中，得出任一个雷达任务的执行时间包括以下步骤：针对对应的雷达任务所在相控阵雷达的调度间隔，更新已调度完成任务集合；在对应的雷达任务所在相控阵雷达的调度间隔内，已安排完毕的雷达任务的数目为m，m为大于0的自然数；按照雷达任务的执行时间，将已安排完毕的m个雷达任务依次表示为r₁至r_m；则已调度完成任务集合R表示为：

R={r₀,r₁,r₂…r_m,r_end}

其中，r₀表示对应的第一个虚拟雷达任务，r_end表示对应的第二个虚拟雷达任务；r_γ的执行时间表示为

r₀的执行时间表示为

r_end的执行时间表示为

r_γ的驻留时间表示为

r₀的驻留时间表示为

r_end的驻留时间表示为

γ取1至m；显而易见的是，

此时，判断在当前调度间隔内，是否存在一个连续空余时间段长度能够保证第m+1个雷达任务执行完毕（即该连续空余时间段长度大于第m+1个雷达任务的驻留时间）；如果不存在，则判断相控阵雷达的下一个调度间隔内，是否存在一个连续空余时间段长度能够保证所述第m+1雷达任务执行完毕（即该连续空余时间段长度大于第m+1个雷达任务的驻留时间）；如果相控阵雷达的下一个调度间隔内，存在一个连续空余时间段长度能够保证所述第m+1雷达任务执行完毕，则所述第m+1个雷达任务为相控阵雷达的下一个调度间隔内安排的雷达任务（将所述第m+1个雷达任务加入延时雷达任务链表）。如果相控阵雷达的下一个调度间隔内，不存在一个连续空余时间段长度能够保证所述第m+1雷达任务执行完毕，则将所述第m+1个雷达任务从对应的雷达分类任务链表中删除（将所述第m+1个雷达任务加入删除雷达任务链表）。

如果在当前调度间隔内，存在一个连续空余时间段长度能够保证第m+1个雷达任务执行完毕，则假设在相控阵雷达的当前调度间隔内，已安排完毕第m+1个雷达任务，按照雷达任务的执行时间，将已安排完毕的m+1个雷达任务依次表示为r₁'至r_m+1'；此时，将已调度完成任务集合R更新为R'：

R'={r₀,r₁',r₂'…r_m+1',r_end}

其中，r_i'的执行时间表示为

i取1至m+1；r₀的执行时间表示为

令

r_end的执行时间表示为

令

r_i'的驻留时间表示为

r₀的驻留时间表示为

令

r_end的驻留时间表示为

令 $t_{d,m+2}^{R^{\&prime;}}=t_{d,\mathrm{end}}^R;$

将第m+1个雷达任务的执行时间表示为t'，得出以下目标函数模型：

$t^{\&prime;}=\underset{t^{\&prime;}}{\arg \max }\mathrm{\&Delta;T}$

s.t.t_rj-W_j<t'<t_rj+W_j

$t^{\&prime;}\&NotElement;[t_{e,k}^{R^{\&prime;}},t_{e,k}^{R^{\&prime;}}+t_{d,k}^{R^{\&prime;}}]$

其中，t_rj表示第m+1个雷达任务的期望执行时间，W_j表示第m+1个雷达任务的时间窗长，k取0至m+2；上述目标函数模型还可以表示为:

$t^{\&prime;}=\{t_{\mathrm{rj}}-W_j<t^{\&prime;}<t_{\mathrm{rj}}+W_j|t^{\&prime;}\&NotElement;[t_{e,k}^{R^{\&prime;}},t_{e,k}^{R^{\&prime;}}+t_{d,k}^{R^{\&prime;}}]\}$

ΔT为：

$\mathrm{\&Delta;T}=\underset{\mathrm{\&rho;}=\mathrm{0,1},...,m+1}{\max }|t_{e,\mathrm{\&rho;}+1}^{R^{\&prime;}}-(t_{e,\mathrm{\&rho;}}^{R^{\&prime;}}+t_{d,\mathrm{\&rho;}}^{R^{\&prime;}})|$

其中，|·|表示取绝对值，ρ取0至m+1，ΔT表示当ρ为不同取值时

的最大值；

然后对上述目标函数模型，得出t'；如果得到的t'只有一个取值，则将t'作为第m+1个雷达任务的执行时间；如果得到t'有多个不同的取值（即多个取值均可以使ΔT达到相同的最大值），则在t'的多个不同的取值中，选择与t_rj最近的取值作为第m+1个雷达任务的执行时间。

在对应的雷达任务所在相控阵雷达的调度间隔内，当第m+1个雷达任务安排完毕后，在对应的雷达分类任务链表中删除第m+1个雷达任务，然后更新已调度完成任务集合。

当每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕后，如果相控阵雷达的当前调度间隔还有剩余时间，则安排其余雷达任务，直至相控阵雷达的当前调度间隔的剩余时间为0。

本发明的优点可通过以下仿真实验进一步说明。

下面结合附图2对本发明的效果做进一步说明。

附图2所示的仿真在MATLAB软件下进行的，

仿真数据的参数如下：

场景1：相控阵雷达的调度间隔为120ms（毫秒），有四组优先级的雷达任务，每组优先级含有五个雷达任务（这五个雷达任务的优先级相同），请求执行时间在相控阵雷达的调度间隔随机分配，每个雷达任务的驻留时间均为5ms，优先级最高的两组雷达任务中每一个雷达任务的时间窗为200ms，优先级最低的两组雷达任务中每一个雷达任务的时间窗为100ms。

场景2：相控阵雷达的调度间隔为120ms（毫秒），有四组优先级的雷达任务，每组优先级含有五个雷达任务（这五个雷达任务的优先级相同），请求执行时间在相控阵雷达的调度间隔随机分配，每个雷达任务的驻留时间均为5ms，优先级最高的一组雷达任务中两个雷达任务的时间窗为30ms，，优先级最高的一组雷达任务中三个雷达任务的时间窗为50ms；优先级第二高的一组雷达任务中雷达任务的时间窗的情况与优先级最高的一组雷达任务相同。优先级最低的两组雷达任务中每一个雷达任务的时间窗为50ms。

需要指出的是雷达任务的请求执行时间是随机分配的，为了验证本发明的效果，随机产生了一组雷达任务后，然后只是改变任务的时间窗的长度而产生了两个场景。

则由两种场景描述的情况可以根据本发明可得：场景1使用本发明步骤S2的调度方法，场景2使用本发明步骤S3的调度方法。下面将根据附图2给出具体的分析结果。

参照图2a，为仿真实验中四组雷达任务未进行调度前的执行时间的分布示意图。在图2a中，横轴为任务，纵轴为优先级值，优先级值越低，则说明对应的一组雷达任务的优先级越高。图2a中，任务1代表优先级最高的一组雷达任务，任务2代表优先级第二高的一组雷达任务，任务3代表优先级第三高的一组雷达任务，任务4代表优先级最低的一组雷达任务。由图2a可以看出，有许多雷达任务的请求执行时间是冲突的，而且时间比较密集不够时间资源分配，因此进行任务调度是必须进行的。

参照图2b，为仿真实验中本发明在场景1得出的雷达任务的执行顺序图。在图2b中，横轴为任务，纵轴为优先级值，优先级值越低，则说明对应的一组雷达任务的优先级越高。图2b中，任务1代表优先级最高的一组雷达任务，任务2代表优先级第二高的一组雷达任务，任务3代表优先级第三高的一组雷达任务，任务4代表优先级最低的一组雷达任务。由图2b可以看出，在雷达任务时间窗较长的时候，利用本发明可以给出最优的安排顺序，主要是安排的任务是依次安排，留下了较大的连续空闲时间间隔，保证场景1下执行效率最高。

参照图2c，为仿真实验中本发明在场景2得出的雷达任务的执行顺序图。在图2c中，横轴为任务，纵轴为优先级值，优先级值越低，则说明对应的一组雷达任务的优先级越高。图2c中，任务1代表优先级最高的一组雷达任务，任务2代表优先级第二高的一组雷达任务，任务3代表优先级第三高的一组雷达任务，任务4代表优先级最低的一组雷达任务。场景2不适用于本发明步骤S2的调度方法。由图2c可以看出，在雷达任务时间窗长较小时，利用本发明步骤S3的调度方法可以给出最优的雷达任务执行顺序，优先级较高的任务不会丢失，而且在保证任务不丢失的情况下还能够给出最佳的连续空闲时间间隔，保证在场景2下执行效率最高。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.基于先验知识的相控阵雷达自适应任务调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据雷达任务的优先级，建立对应的雷达分类任务链表，每个雷达分类任务链表包括处于同一优先级的雷达任务；按照优先级由高到低的顺序，选取n/2个雷达分类任务链表，n为雷达分类任务链表的个数；在选取的n/2个雷达分类任务链表中，如果其中每个雷达任务的时间窗均大于相控阵雷达的调度间隔，则执行步骤S2，反之，执行步骤S3；

S2：按照优先级由高到低的顺序，对每个雷达分类任务链表进行调度处理，直至每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕；在对每个雷达分类任务链表进行调度处理时，基于时间最小丢失原则，得出每个雷达任务的安排顺序；

S3：根据优先级最高的两个雷达分类任务链表，建立新的雷达分类任务链表；按照优先级由高到低的顺序，对每个雷达分类任务链表进行调度处理，直至每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕；在对每个雷达分类任务链表进行调度处理时，以产生最大连续空余时间间隔建立对应的目标函数模型，从而得出每个雷达任务的执行时间。

2.如权利要求1所述的基于先验知识的相控阵雷达自适应任务调度方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：

将雷达任务建模为集合RadarEvent，集合RadarEvent中的元素包括雷达任务的优先级、雷达任务的期望执行时间、雷达任务的驻留时间、以及雷达任务的时间窗长；其中，雷达任务的优先级值、雷达任务的期望执行时间、雷达任务的驻留时间、以及雷达任务的时间窗长均通过先验知识获得；雷达任务的优先级值越低，说明雷达任务的优先级越高；

获取待执行雷达任务和相控阵雷达的下个调度间隔的时间长度；根据雷达任务的优先级，建立对应的雷达分类任务链表，每个雷达分类任务链表包括处于同一优先级的雷达任务；按照优先级由高到低的顺序，选取n/2个雷达分类任务链表，n为雷达分类任务链表的个数；在选取的n/2个雷达分类任务链表中，如果其中每个雷达任务的时间窗均大于相控阵雷达的调度间隔，则执行步骤S2，反之，执行步骤S3。

3.如权利要求1所述的基于先验知识的相控阵雷达自适应任务调度方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：

按照优先级由高到低的顺序，对每个雷达分类任务链表进行调度处理，直至每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕；

对任一个雷达分类任务链表进行调度处理包括以下步骤：得出对应雷达分类任务链表的每一个雷达任务的安排顺序值，在对应雷达分类任务链表中，安排顺序值为正数的雷达任务为有效的雷达任务；在有效的雷达任务中，按照安排顺序值从小到大的顺序，依次安排雷达任务；对应雷达分类任务链表的任一个雷达任务的安排顺序值的计算公式如下：

其中，P表示对应的雷达任务的安排顺序值，t表示当前调度时间，t_rj表示对应的雷达任务的期望执行时间，W_j表示对应雷达任务的时间窗长。

4.如权利要求1所述的基于先验知识的相控阵雷达自适应任务调度方法，其特征在于，在步骤S2中，当每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕后，如果相控阵雷达的当前调度间隔还有剩余时间，则安排其余雷达任务，直至相控阵雷达的当前调度间隔的剩余时间为0。

5.如权利要求2所述的基于先验知识的相控阵雷达自适应任务调度方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：

针对相控阵雷达的每个调度间隔，设立两个虚拟雷达任务，两个虚拟雷达任务的驻留时间均为0；在两个虚拟雷达任务中，第一个虚拟雷达任务的执行时间为相控阵雷达的对应调度间隔的起始时间，第二个虚拟雷达任务的执行时间为相控阵雷达的对应调度间隔的结束时间；对于相控阵雷达的任一个调度间隔，生成已调度完成任务集合，已调度完成任务集合初始时只包括对应的两个虚拟雷达任务；

在优先级最高的雷达分类任务链表中，选取时间窗最短的雷达任务作为第一选取雷达任务，在优先级最高的雷达分类任务链表中，将时间窗最短的雷达任务删除；在优先级第二高的雷达分类任务链表中，选取时间窗最短的雷达任务作为第二选取雷达任务，在优先级第二高的雷达分类任务链表中，将时间窗最短的雷达任务删除；将所述第一选取雷达任务和第二选取雷达任务组合生成新的雷达分类任务链表，在所有雷达分类任务链表中，步骤S3生成的新的雷达分类任务链表具有最高的优先级；

按照优先级由高到低的顺序，对每个雷达分类任务链表进行调度处理，直至每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕；对任一个雷达分类任务链表进行调度处理包括以下步骤：在对应雷达分类任务链表中，得出每一个雷达任务的执行时间；

在所述对应雷达分类任务链表中，得出任一个雷达任务的执行时间包括以下步骤：针对对应的雷达任务所在相控阵雷达的调度间隔，更新已调度完成任务集合；在对应的雷达任务所在相控阵雷达的调度间隔内，已安排完毕的雷达任务的数目为m，m为大于0的自然数；按照雷达任务的执行时间，将已安排完毕的m个雷达任务依次表示为r₁至r_m；则已调度完成任务集合R表示为：

R={r₀,r₁,r₂…r_m,r_end}

其中，r₀表示对应的第一个虚拟雷达任务，r_end表示对应的第二个虚拟雷达任务；r_γ的执行时间表示为r₀的执行时间表示为r_end的执行时间表示为

r_γ的驻留时间表示为

r₀的驻留时间表示为

r_end的驻留时间表示为γ取1至m；

假设在相控阵雷达的当前调度间隔内，已安排完毕第m+1个雷达任务，按照雷达任务的执行时间，将已安排完毕的m+1个雷达任务依次表示为r₁'至r_m+1'；此时，将已调度完成任务集合R更新为R'：

R'={r₀,r₁',r₂'…r_m+1',r_end}

其中，r_i'的执行时间表示为

i取1至m+1；r₀的执行时间表示为

令r_end的执行时间表示为令

r_i'的驻留时间表示为

r₀的驻留时间表示为

令

r_end的驻留时间表示为

令 $t_{d,m+2}^{R^{\&prime;}}=t_{d,\mathrm{end}}^R;$

将第m+1个雷达任务的执行时间表示为t'，得出以下目标函数模型：

$t^{\&prime;}=\underset{t^{\&prime;}}{\arg \max }\mathrm{\&Delta;T}$

s.t.t_rj-W_j<t'<t_rj+W_j

$t^{\&prime;}\&NotElement;[t_{e,k}^{R^{\&prime;}},t_{e,k}^{R^{\&prime;}}+t_{d,k}^{R^{\&prime;}}]$

其中，t_rj表示第m+1个雷达任务的期望执行时间，W_j表示第m+1个雷达任务的时间窗长，k取0至m+2；ΔT为：

$\mathrm{\&Delta;T}=\underset{\mathrm{\&rho;}=\mathrm{0,1},...,m+1}{\max }|t_{e,\mathrm{\&rho;}+1}^{R^{\&prime;}}-(t_{e,\mathrm{\&rho;}}^{R^{\&prime;}}+t_{d,\mathrm{\&rho;}}^{R^{\&prime;}})|$

其中，|·|表示取绝对值，ρ取0至m+1，ΔT表示当ρ为不同取值时

的最大值；

然后对上述目标函数模型，得出t'；如果得到的t'只有一个取值，则将t'作为第m+1个雷达任务的执行时间；如果得到t'有多个不同的取值，则在t'的多个不同的取值中，选择与t_rj最近的取值作为第m+1个雷达任务的执行时间。

6.如权利要求5所述的基于先验知识的相控阵雷达自适应任务调度方法，其特征在于，在步骤S3中，在对应的雷达任务所在相控阵雷达的调度间隔内，当第m+1个雷达任务安排完毕后，在对应的雷达分类任务链表中删除第m+1个雷达任务，然后更新对应的已调度完成任务集合。

7.如权利要求1所述的基于先验知识的相控阵雷达自适应任务调度方法，其特征在于，在步骤S3中，当每个雷达分类任务链表的每个雷达任务都安排完毕后，如果相控阵雷达的当前调度间隔还有剩余时间，则安排其余雷达任务，直至相控阵雷达的当前调度间隔的剩余时间为0。

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