CN106896351B - 一种基于非合作博弈的雷达组网功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于非合作博弈的雷达组网功率控制方法，属于雷达信号处理技术领域。本方法根据先验知识，获取系统中各雷达与目标之间的传播损耗以及目标相对于各雷达的雷达散射截面；然后，在满足一定目标探测性能的条件下，最小化雷达发射功率，建立基于非合作博弈的雷达组网功率控制模型，并通过经典拉格朗日松弛算法对模型进行求解。经迭代计算，选取在满足目标探测性能条件下使得各雷达发射功率最小的功率值作为最优解，即可得到符合约束条件的雷达组网系统最小发射总功率。本发明既减小了雷达组网系统中不同雷达之间的干扰，同时在满足一定目标探测性能的情况下提高了系统的射频隐身性能。

Description

一种基于非合作博弈的雷达组网功率控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于非合作博弈的雷达组网功率控制方法，属于雷达信号处理技术领域。

背景技术

雷达组网系统是指通过特定的网络协议与设备将异地分散部署的多部发射机、接收机及网络中心站连接成有机整体，实现时域、频域、空域协同工作，完成对目标侦察、探测、情报收集、识别跟踪、火力引导等功能的综合一体化电子信息系统。

然而，随着当今战场电磁环境的日趋复杂，无源探测系统使得雷达的生存环境受到了严重的威胁和挑战。射频隐身技术指的是雷达等有源电子装备对抗敌方无源探测系统截获、分选、识别、跟踪的隐身技术，以降低无源探测系统对雷达等射频装备的截获距离、截获概率为目标，能够进一步提高雷达及其搭载平台的战场生存能力和作战效能。当雷达组网系统对目标进行探测时，在不影响目标探测性能的情况下，降低雷达组网系统的总辐射功率，可以有效提高系统的射频隐身性能，改善其战场生存能力。

考虑工作于同一频段的雷达组网系统进行目标探测时，如何在满足一定目标探测性能的情况下降低雷达组网系统的总辐射功率是现有技术亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出了一种基于非合作博弈的雷达组网功率控制方法，考虑工作于同一频段的雷达组网系统进行目标探测时，在满足一定目标探测性能的情况下降低雷达组网系统的总辐射功率，提升系统的射频隐身性能。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于非合作博弈的雷达组网功率控制方法，包含以下步骤：

(1)获取雷达组网系统中各雷达与目标之间的信道传播损耗，其数学描述为：

其中，为第i个雷达的发射天线增益，为第i个雷达的接收天线增益，为目标相对第i个雷达的雷达散射截面，λ为雷达发射信号波长，R_i为第i个雷达与目标之间的距离，N_t为系统中雷达个数；

(2)根据指定SINR的探测范围其中：为信干噪比SINR值下限，为信干噪比SINR值上限，建立基于非合作博弈的雷达组网功率控制模型：

其中，s.t.表示优化目标函数“受限于”下列限制条件，u_i(p_i,p_-i)为雷达i的效用函数，p_i为雷达i的发射功率值，p_-i代表除雷达i之外系统中所有其他雷达的辐射功率，b_i为惩罚因子，代表雷达i的最大辐射功率，第i个雷达的信干噪比γ_i可用下式来表示：

其中，c_i,j表示雷达i与雷达j之间的互相关系数，σ²为系统噪声功率，p_j为雷达j的发射功率值，表示雷达i与雷达j之间的信道传播损耗，d_i,j表示雷达i与雷达j之间的距离，b_i为惩罚因子，当时，b_i保持不变，当时，当时，

(3)将效用函数u_i(p_i,p_-i)对辐射功率p_i求一阶偏导数：

其中：u_i(p_i,p_-i)为雷达i的效用函数；

(4)通过令获取雷达组网系统中各雷达的辐射功率迭代表达式为：

其中：为第n次迭代计算的雷达i发射功率值，为第n+1次迭代计算的雷达i发射功率值，为第n次迭代计算的雷达i信干噪比值。

本发明的有益效果如下：

本发明既减小了雷达组网系统中不同雷达之间的干扰，同时在满足一定目标探测性能的情况下提高了系统的射频隐身性能。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。

1、确定信道传播损耗及目标RCS(Radar Cross Section，雷达散射截面)：

本发明提出一种基于非合作博弈的雷达组网功率控制方法。它利用了各雷达与目标之间的传播损耗以及目标相对于各雷达的RCS等先验知识，因此，应先确定各雷达与目标之间的传播损耗以及目标相对于各雷达的RCS。假定工作于同一频段的雷达组网系统模型如图1所示。

2、确定雷达组网系统的辐射参数与目标探测SINR(Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio，信干噪比)范围等参数：

依据射频隐身性能的需求，假定雷达组网系统中第i个雷达的发射天线增益和接收天线增益分别为其最大辐射功率为雷达接收机处的加性高斯白噪声功率为σ²，根据指定SINR计算得到的目标探测SINR范围其中：为信干噪比SINR值下限，为信干噪比SINR值上限。

3、构建非合作博弈的雷达组网功率控制模型，并确定满足目标探测SINR范围的最小发射总功率的表达式：

根据雷达组网系统对目标探测性能的要求，建立基于非合作博弈的雷达组网功率控制的数学模型，如下所示：

式中，s.t.表示表示优化目标函数“受限于”下列限制条件，u_i(p_i,p_-i)为雷达i的效用函数，p_i为雷达i的发射功率值，p_-i代表除雷达i之外系统中所有其他雷达的辐射功率，代表雷达i的最大辐射功率，为雷达i与目标之间的信道传播损耗，其中，为第i个雷达的发射天线增益，为第i个雷达的接收天线增益，为目标相对第i个雷达的RCS，λ为雷达发射信号波长，R_i为第i个雷达与目标之间的距离；N_t为系统中雷达的个数；其中，c_i,j表示雷达i与雷达j之间的互相关系数，σ²为系统噪声功率，p_j为雷达j的发射功率值，表示雷达i与雷达j之间的信道传播损耗，d_i,j表示雷达i与雷达j之间的距离，b_i为惩罚因子，当时，b_i保持不变，当时，当时，

4、将效用函数u_i(p_i,p_-i)对辐射功率p_i求一阶偏导数，并令其等于零：

为确定各雷达的发射功率将(1)式中的效用函数u_i(p_i,p_-i)对辐射功率p_i求一阶偏导数，并令其等于零，如下所示：

5、设计可求解非线性方程的牛顿迭代算法：

通过求解式(2)，可以得到各雷达的辐射功率迭代表达式为：

其中：为第n次迭代计算的雷达i发射功率值，为第n+1次迭代计算的雷达i发射功率值，为第n次迭代计算的雷达i信干噪比值；经迭代计算，求得满足目标探测SINR范围且使雷达组网系统总辐射功率最小的一组辐射功率分配结果作为最优解，并最终确定系统的总辐射功率，所得各雷达辐射功率值即具有射频隐身性能的雷达组网功率分配结果。

Claims (1)

1.一种基于非合作博弈的雷达组网功率控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)获取雷达组网系统中各雷达与目标之间的信道传播损耗，其数学描述为：

其中，为第i个雷达的发射天线增益，为第i个雷达的接收天线增益，为目标相对第i个雷达的雷达散射截面，λ为雷达发射信号波长，R_i为第i个雷达与目标之间的距离，N_t为系统中雷达个数；

(2)根据指定SINR的探测范围其中：为信干噪比SINR值下限，为信干噪比SINR值上限，建立基于非合作博弈的雷达组网功率控制模型：

其中，s.t.表示优化目标函数“受限于”下列限制条件，u_i(p_i,p_-i)为雷达i的效用函数，p_i为雷达i的发射功率值，p_-i代表除雷达i之外系统中所有其他雷达的辐射功率，b_i为惩罚因子，代表雷达i的最大辐射功率，第i个雷达的信干噪比γ_i可用下式来表示：

其中，c_i,j表示雷达i与雷达j之间的互相关系数，σ²为系统噪声功率，p_j为雷达j的发射功率值，表示雷达i与雷达j之间的信道传播损耗，d_i,j表示雷达i与雷达j之间的距离，当时，b_i保持不变，当时，当时，

(3)将效用函数u_i(p_i,p_-i)对辐射功率p_i求一阶偏导数：

其中：u_i(p_i,p_-i)为雷达i的效用函数；

(4)通过令获取雷达组网系统中各雷达的辐射功率迭代表达式为：

其中：为第n次迭代计算的雷达i发射功率值，为第n+1次迭代计算的雷达i发射功率值，为第n次迭代计算的雷达i信干噪比值。