CN108875280A - 一种舰载相控阵制导雷达驻留时间动态调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种舰载相控阵制导雷达驻留时间动态调度方法，属于雷达资源管理技术领域，包括：将整体扫描区域按照扫描区域网格划分为多个扫描区域单元；计算扫描区域单元的时间权重值M_t；计算相控阵单元的有效探测时间T_ef；计算工作周期系数因子C；计算目标相控阵单元功率分配系数T_e；计算信噪比。该本发明提供的舰载相控阵制导雷达驻留时间动态调度方法能够有效的提高雷达在执行不同任务时的性能，雷达对目标的探测距离增大，探测时间缩减；探测到目标后，雷达能够更快的转入跟踪状态；跟踪阶段，在雷达保证高效性前提下，大大缩减了雷达对该目标的驻留时间，减少了雷达资源的浪费。

Description

一种舰载相控阵制导雷达驻留时间动态调度方法

技术领域

本发明属于雷达资源管理技术领域，具体涉及一种舰载相控阵制导雷达驻留时间动态调度方法。

背景技术

舰载相控阵制导雷达可以在一个调度周期内完成多种雷达任务，如搜索、跟踪，雷达借助灵活的波束指向和捷变特性，可为空域搜索、目标跟踪等不同任务合理分配时间与能量资源，为此需要一种雷达资源调度策略，以有效地分配雷达资源，达到优化雷达整体性能的目的。

现有的相控阵雷达的资源调度方法有很多种。针对海面目标的探测率低，跟踪目标数目多的问题提出一种基于波束调度的多目标探测与跟踪方法。该方法主要对区域目标进行时间的分配和任务调度，不能针对某单个具体目标进行资源的分配，而且没有考虑敌方发射干扰的情况下对跟踪和搜索的影响。而且该方法只对雷达回访时间进行计算完成时间上分配，没有考虑到雷达波束的驻留时间对目标探测跟踪的影响，进行雷达驻留时间的调度。

为在保证所有目标满足预定跟踪性能下更合理的分配系统资源提出了一种基于目标跟踪的相控阵雷达波束和驻留时间联合分配方法。但是该方法中的驻留时间是在波束指向确定之下，根据贝叶斯克拉美罗界求得，这种方法只考虑了目标的测距和测角误差，没有考虑雷达驻留时间对测速精度的影响，没能对跟踪误差进行准确详尽的描述，限制了雷达的跟踪数目。

为提高相控阵雷达对目标的跟踪数目和跟踪精度，提出一种基于动态规划的多波束雷达时间功率资源联合分配方法。该方法虽然考虑到信噪比对波束驻留时间的影响，但其中驻留时间依然是人为给出一个常数，也没有考虑不同目标轨迹状态，波束的驻留时间也不同的问题。

针对以上几种方法，本发明恰恰弥补了上述方法的不足，解决了针对单个目标在干扰条件下雷达波束驻留时间分配问题，并在引入信噪比对驻留时间的影响的条件下，考虑了目标轨迹状态对时间分配的影响，提出了一种新的相控阵雷达资源调度方法。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种舰载相控阵制导雷达驻留时间动态调度方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

为了解决相控阵雷达的实时驻留问题，本发明首先求出相控阵雷达在各个方位上的时间权重值，然后依据该时间权重值与总权重值的比，求出相控阵雷达在各方位上的驻留时间。为了方便驻留时间分配方法的理解，作以下定义。

根据舰载警戒雷达提供信息的详细程度不同，可将目标的信息类型分为：目标轨迹位于干扰区(FromJammingZone)，目标轨迹只具有角度信息(Peleng)，目标轨迹包含目标详细信息(Complete)。当目标信息类型为FromJammingZone时，目标位于干扰区时，由于干扰区的存在，雷达无法获取目标运动状态和坐标信息，只能获取干扰区信息。当目标信息类型为Peleng时，当前该目标轨迹是无线电侦查和告警系统提供的即时目标角度信息。当目标类型为Complete时，预警机、指挥控制中心等将目标的详细信息传送给舰载多功能相控阵雷达，此时，目标状态信息包含目标的详细信息。

目标的状态类型包括：未知状态(Unknown)，未探测状态(Undetected)，已探测状态(Detected)，跟踪状态(Tracking)。当相控阵雷达对目标处于跟踪状态(Tracking)时，发射装置会发射导弹进行拦截，多功能相控阵雷达为该导弹进行制导。根据拦截该目标的导弹状态可分为三个阶段：

t1：拦截导弹未发射，或导弹发射但导引头未开启；

t2：拦截导弹发射后导引头开启，但未锁定目标；

t3：拦截导弹通过自身导引头制导。

下面详细介绍相控阵雷达在探测区域内驻留时间的调度过程：

本发明提供的舰载相控阵制导雷达驻留时间动态调度方法，包括以下步骤：

步骤1：将整体扫描区域划分为扫描区域网格

相控阵雷达最主要的特点是雷达不是通过机械转动来实现波束扫描，而是采用电子方式控制组成天线的许多单元的相位，来实现天线波束在空间的扫描。相控阵雷达在其扇区视界中扫描的过程中，雷达信号不断在矩形扫描区内跳变，根据相控阵雷达的波位编排和雷达信号的主瓣方向可将扫描区域进行划分：

整体扫描区域被划分为N_lines×N_cols个独立的扫描区域单元，N_lines、N_cols计算公式如下：

其中：Δα_sect，Δβ_sect表示相控阵雷达整体扫描扇区域在方位和俯仰上的角度范围；K_α、K_β表示模型系数；α₀₅，β₀₅表示相控阵雷达信号主瓣在方位和俯仰方向上的3分贝宽度。

根据上述计算公式，对相控阵雷达整体扫描区域分割后的每个扫描区域单元的尺寸为：

Δα_cell＝Δα_sect/N_lines (1.3)

Δβ_cell＝Δβ_sect/N_cols (1.4)

Δα_cell表示方位上每个扫描区域单元的角度范围，Δβ_cell表示俯仰上每个扫描区域单元的角度范围K_α、K_β表示模型系数；α₀₅，β₀₅表示相控阵雷达信号主瓣在方位和俯仰方向上的3分贝宽度；

根据公式(1.1)和(1.2)，对相控阵雷达整体扫描区域分割后的每个扫描区域单元的尺寸为：

Δα_cell＝Δα_sect/N_lines (1.3)

Δβ_cell＝Δβ_sect/N_cols (1.4)

Δα_cell表示方位上每个扫描区域单元的角度范围，Δα_cell表示俯仰上每个扫描区域单元的角度范围；

步骤2：计算扫描区域单元的时间权重值M_t：

时间权重值是一个无量纲的量，仅用以衡量扫描区域单元的重要程度。相控阵单元的时间权重系数计算过程如下：

相控阵单元内部具有目标的情况分为两种：只有一个目标和具有多个目标。下面根据这两种情况分别求m_t：

(1)当单元只有一个目标时,根据目标状态分为以下几种情况求解：

①若目标轨迹位于干扰区：

其中，S_p表示相控阵单元接收到的干扰功率，R_n表示噪声功率。

②若目标只具有角度信息：

m_t＝2 (1.7)

③若目标具有详细信息：

当轨迹状态为Detected时，

m_t＝3 (1.8)

当轨迹状态为Tracking时，进入第二级分类。根据拦截该目标的导弹状态进行分类：

拦截导弹处于t1阶段，m_t计算公式：

拦截导弹处于t2阶段，m_t计算公式：

拦截导弹处于t3阶段，m_t计算公式：

其中，q表示目标轨迹上一时刻对应的信噪比。

(2)当相控阵单元含有多个目标{m₁,m₂,m₃...}时，按照上述方法分别计算相控阵单元中每一个目标时的时间权重值，分别记为{m_t1，m_t2，m_t3...}，则相控阵单元的时间权重值m_t为：

m_t＝max{m_t1，m_t2，m_t3...} (1.12)

步骤3：计算相控阵单元的有效探测时间T_ef

其中，M_t表示该相控阵单元自身的时间权重值，S_m表示相控阵所有扫描区域单元时间权重值之和，T_c表示调度间隔时间。

步骤4：计算工作周期系数因子C

其中，T_Tracking表示相控阵对目标轨迹跟踪时间间隔，T_Tracking在拦截导弹的三个阶段t1，t2，t3的取值分别为T_Tracking1，T_Tracking2，T_Tracking3，且满足T_Tracking1>T_Tracking2>T_Tracking3，即拦截导弹越接近末端，跟踪时间间隔越短，跟踪频率越高；T_Frame表示相控阵雷达搜索任务扫描周期。

步骤5：计算目标相控阵单元功率分配系数T_e

对于多功能相控阵雷达划分的相控阵单元功率分配系数T_e计算公式如下：

其中，T_ef表示该相控阵单元的有效探测时间，C是体现目标相控阵单元功率分配与轨迹状态相关的多功能相控阵雷达工作周期系数因子。

步骤6：计算信噪比

(1)目标回波功率计算

舰载多功能相控阵雷达目标回波功率是以单个相控阵单元进行计算的，相控阵单元的目标回波信号功率P_r的计算公式为：

其中,P_t为舰载多功能相控阵雷达平均发射功率；T_e为目标单元的功率分配系数；G为雷达天线的增益系数；λ为载波波长；σ为该轨迹对应目标的雷达反射面积；L_obr为雷达信号处理损耗系数，R为雷达与目标之间的距离。

忽略镜面反射情况下的天线增益只与天线主瓣增益有关系，通过目标点与主瓣的位置关系即可求得。天线增益计算公式如下：

G＝Pattern²(α,β) (1.17)

其中，α，β表示目标点相对于相控阵单元主瓣中心的方位角和俯仰角；函数Pattern表示主瓣增益；2次方表示雷达使用同一副天线发射和接收信号，该增益包含发射增益和接收增益。

振幅计算函数Pattern(n)的计算公式如下：

其中，G₀表示主瓣中轴方向振幅，G₁表示第一副瓣振幅。计算公式如下：

E表示天线有效系数(效率)；α₀₅，β₀₅表示相控阵雷达信号主瓣在方位方向上和俯仰方向上的3分贝波束宽度。n为目标方位偏离中心程度参数：

其中，参数C_α和C_β为计算系数。

(2)噪声功率计算

敌方电子战飞机与被掩护目标处于不同的方位上，对雷达干扰的目的是形成雷达的副瓣干扰。假定干扰噪声的频谱宽度和频率瞄准精度均满足噪声干扰所需要的压制系数，使噪声功率有效进入雷达接收机。在不考虑大气衰减时，则一架电子战飞机有效干扰功率谱密度P_jp计算公式如下：

其中，P_j为该敌方电子战飞机干扰发射功率；G_j表示第j架电子战飞机的天线增益系数；R_j表示雷达与敌方电子战飞机的距离；L_obr为电子干扰信号损耗系数；Δf_c为该敌方电子战飞机干扰频谱宽度；

多架干扰飞机的干扰效果可以近似为它们各自P_jp的一定累加，当模型中有n架电子战飞机完成支援干扰，则有效干扰功率谱密度P_p的计算公式变为：

忽略镜面反射情况下，天线增益可根据目标点与雷达接收单元主轴的位置关系求得。天线增益计算公式如下：

G_j＝Pattern(α_j,β_j) (1.23)

其中，α_j，β_j表示目标点相对于相控阵单元主瓣中心的方位角和俯仰角。

(3)信噪比计算

信噪比是指信号与噪声的比，其中信号指的是雷达接收到的目标轨迹回波功率，噪声指的是雷达内部噪声、有源干扰能量、背景干扰能量等。考虑到雷达内部噪声和背景干扰能量在模型中较为稳定，模型构建过程中将内部噪声和背景因素干扰能量通过一个常量N_Receive来表示。信噪比q的计算公式如下：

本发明提供的舰载相控阵制导雷达驻留时间动态调度方法能够有效的提高雷达在执行不同任务时的性能，雷达对目标的探测距离增大，探测时间缩减；探测到目标后，雷达能够更快的转入跟踪状态；跟踪阶段，在雷达保证高效性前提下，大大缩减了雷达对该目标的驻留时间，减少了雷达资源的浪费。

附图说明

图1为本发明实施例1的舰载相控阵制导雷达驻留时间动态调度方法的相控阵雷达扫描网格示意图；

图2为实施例2仿真周期增加过程中目标信噪比随时间的变化；

图3为实施例2仿真周期增加过程中目标时间权重值随时间的变化；

图4为实施例2仿真周期增加过程中有效探测周期随时间的变化。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供的舰载相控阵制导雷达驻留时间动态调度方法，包括以下步骤：

步骤1：将整体扫描区域划分为扫描区域网格

相控阵雷达最主要的特点是雷达不是通过机械转动来实现波束扫描，而是采用电子方式控制组成天线的许多单元的相位，来实现天线波束在空间的扫描。相控阵雷达在其扇区视界中扫描的过程中，雷达信号不断在矩形扫描区内跳变，根据相控阵雷达的波位编排和雷达信号的主瓣方向可将扫描区域如图1进行划分：

如图1所示，整体扫描区域被划分为N_lines×N_cols个独立的扫描区域单元，N_lines、N_cols计算公式如下：

其中：Δα_sect，Δβ_sect表示相控阵雷达整体扫描扇区域在方位和俯仰上的角度范围；K_α、K_β表示模型系数；α₀₅，β₀₅表示相控阵雷达信号主瓣在方位和俯仰方向上的3分贝宽度。

根据上述计算公式，对相控阵雷达整体扫描区域分割后的每个扫描区域单元的尺寸为：

Δα_cell＝Δα_sect/N_lines (1.3)

Δβ_cell＝Δβ_sect/N_cols (1.4)

Δα_cell表示方位上每个扫描区域单元的角度范围，Δβ_cell表示俯仰上每个扫描区域单元的角度范围K_α、K_β表示模型系数；α₀₅，β₀₅表示相控阵雷达信号主瓣在方位和俯仰方向上的3分贝宽度；

根据公式(1.1)和(1.2)，对相控阵雷达整体扫描区域分割后的每个扫描区域单元的尺寸为：

Δα_cell＝Δα_sect/N_lines (1.3)

Δβ_cell＝Δβ_sect/N_cols (1.4)

Δα_cell表示方位上每个扫描区域单元的角度范围，Δα_cell表示俯仰上每个扫描区域单元的角度范围；

步骤2：计算扫描区域单元的时间权重值M_t：

时间权重值是一个无量纲的量，仅用以衡量扫描区域单元的重要程度。相控阵单元的时间权重系数计算过程如下：

相控阵单元内部具有目标的情况分为两种：只有一个目标和具有多个目标。下面根据这两种情况分别求m_t：

(1)当单元只有一个目标时,根据目标状态分为以下几种情况求解：

①若目标轨迹位于干扰区：

其中，S_p表示相控阵单元接收到的干扰功率，R_n表示噪声功率。

②若目标只具有角度信息：

m_t＝2 (1.7)

③若目标具有详细信息：

当轨迹状态为Detected时，

m_t＝3 (1.8)

当轨迹状态为Tracking时，进入第二级分类。根据拦截该目标的导弹状态进行分类：

拦截导弹处于t1阶段，m_t计算公式：

拦截导弹处于t2阶段，m_t计算公式：

拦截导弹处于t3阶段，m_t计算公式：

其中，q表示目标轨迹上一时刻对应的信噪比。

(2)当相控阵单元含有多个目标{m₁,m₂,m₃...}时，按照上述方法分别计算相控阵单元中每一个目标时的时间权重值，分别记为{m_t1，m_t2，m_t3...}，则相控阵单元的时间权重值m_t为：

m_t＝max{m_t1，m_t2，m_t3...} (1.12)

步骤3：计算相控阵单元的有效探测时间T_ef

其中，M_t表示该相控阵单元自身的时间权重值，S_m表示相控阵所有扫描区域单元时间权重值之和，T_c表示调度间隔时间。

步骤4：计算工作周期系数因子C

其中，T_Tracking表示相控阵对目标轨迹跟踪时间间隔，T_Tracking在拦截导弹的三个阶段t1，t2，t3的取值分别为T_Tracking1，T_Tracking2，T_Tracking3，且满足T_Tracking1>T_Tracking2>T_Tracking3，即拦截导弹越接近末端，跟踪时间间隔越短，跟踪频率越高；T_Frame表示相控阵雷达搜索任务扫描周期。

步骤5：计算目标相控阵单元功率分配系数T_e

对于多功能相控阵雷达划分的相控阵单元功率分配系数T_e计算公式如下：

其中，T_ef表示该相控阵单元的有效探测时间，C是体现目标相控阵单元功率分配与轨迹状态相关的多功能相控阵雷达工作周期系数因子。

步骤6：计算信噪比

(1)目标回波功率计算

舰载多功能相控阵雷达目标回波功率是以单个相控阵单元进行计算的，相控阵单元的目标回波信号功率P_r的计算公式为：

其中,P_t为舰载多功能相控阵雷达平均发射功率；T_e为目标单元的功率分配系数；G为雷达天线的增益系数；λ为载波波长；σ为该轨迹对应目标的雷达反射面积；L_obr为雷达信号处理损耗系数，R为雷达与目标之间的距离。

忽略镜面反射情况下的天线增益只与天线主瓣增益有关系，通过目标点与主瓣的位置关系即可求得。天线增益计算公式如下：

G＝Pattern²(α,β) (1.17)

其中，α，β表示目标点相对于相控阵单元主瓣中心的方位角和俯仰角；函数Pattern表示主瓣增益；2次方表示雷达使用同一副天线发射和接收信号，该增益包含发射增益和接收增益。

振幅计算函数Pattern(n)的计算公式如下：

其中，G₀表示主瓣中轴方向振幅，G₁表示第一副瓣振幅。计算公式如下：

E表示天线有效系数(效率)；α₀₅，β₀₅表示相控阵雷达信号主瓣在方位方向上和俯仰方向上的3分贝波束宽度。n为目标方位偏离中心程度参数：

其中，参数C_α和C_β为计算系数。

(2)噪声功率计算

敌方电子战飞机与被掩护目标处于不同的方位上，对雷达干扰的目的是形成雷达的副瓣干扰。假定干扰噪声的频谱宽度和频率瞄准精度均满足噪声干扰所需要的压制系数，使噪声功率有效进入雷达接收机。在不考虑大气衰减时，则一架电子战飞机有效干扰功率谱密度P_jp计算公式如下：

其中，P_j为该敌方电子战飞机干扰发射功率；G_j表示第j架电子战飞机的天线增益系数；R_j表示雷达与敌方电子战飞机的距离；L_obr为电子干扰信号损耗系数；Δf_c为该敌方电子战飞机干扰频谱宽度；

多架干扰飞机的干扰效果可以近似为它们各自P_jp的一定累加，当模型中有n架电子战飞机完成支援干扰，则有效干扰功率谱密度P_p的计算公式变为：

忽略镜面反射情况下，天线增益可根据目标点与雷达接收单元主轴的位置关系求得。天线增益计算公式如下：

G_j＝Pattern(α_j,β_j) (1.23)

其中，α_j，β_j表示目标点相对于相控阵单元主瓣中心的方位角和俯仰角。

(3)信噪比计算

信噪比是指信号与噪声的比，其中信号指的是雷达接收到的目标轨迹回波功率，噪声指的是雷达内部噪声、有源干扰能量、背景干扰能量等。考虑到雷达内部噪声和背景干扰能量在模型中较为稳定，模型构建过程中将内部噪声和背景因素干扰能量通过一个常量N_Receive来表示。信噪比q的计算公式如下：

实施例2

下面通过一个具体的例子来说明上述方法的实际应用，在平静海域，单目标(反舰导弹)，朝向防御方舰船进行打击，舰船上舰载多功能相控阵雷达分别采用传统优先级调度方法、本实施例提出的动态驻留时间分配原则进行仿真，追踪记录相控阵雷达监控单目标(反舰导弹)的时间权重值、有效探测时间、信噪比，记录过程从发现目标到目标(反舰导弹)被摧毁。

实施时敌机态势我方态势

实例的作战背景选取为舰艇编队对空防御过程，选取一作匀速直线运动，朝着雷达飞行的敌方作战飞机作为目标，初始条件设置为：

(1)目标战机初始速度为250m/s，高度5000m；

(2)目标初始距离为300km，自北向南指向舰艇编队中心位置飞行。

(3)干扰状况为有源压制性干扰

(4)干扰机高度5000m，距离300km，

相控阵雷达扫描扇区视界范围为360°×45°，其天线阵列是由四个互成90°的天线阵列组成，每个天线阵列负责90°方位角范围内的扫描。仿真参数设置为：相控阵雷达天线在方位和俯仰上的主瓣宽度分别为α₀₅＝1.5°，β₀₅＝1.475°；扫描扇区处于非干扰区，分割系数为K_α＝K_β＝0.8；相控阵雷达搜索任务周期T_Frame＝5.0s，雷达调度间隔时间T_c＝0.05s，不同跟踪状态下的任务周期分别为T_Tracking1＝2.0s，T_Tracking2＝0.5s，T_Tracking3＝0.1s。

实施步骤如下：

步骤1：将扫描区域划分为n个单元

已知相控阵雷达扫描扇区视界范围为360°×45°，则Δα_sect＝2π，Δβ_sect＝π/4。则：

相控阵扫描区分割后的每个扫描区域单元的尺寸为：

步骤2：计算目标的时间权重值M_t：

仿真进行过程中，目标的时间权重值是雷达对目标的探测情况的变化而变化的。根据目标被探测的情况，目标的时间权重值分为以下几种进行计算：

当轨迹状态为Detected时，

M_t＝3

当轨迹状态为Tracking时，根据拦截该目标的导弹的状态进行分类：

拦截导弹处于t1阶段：

拦截导弹处于t2阶段：

拦截导弹处于t3阶段：

步骤3：计算目标的相对驻留时间系数T_ef

取调度间隔时间T_c＝0.05

步骤4：计算工作周期系数因子C

相控雷达在目标跟踪阶段的任务周期T_Tracking，T_Tracking在拦截导弹的三个阶段t1，t2，t3的取值分别为T_Tracking1＝2，T_Tracking2＝0.5，T_Tracking3＝0.1，相控阵雷达搜索任务扫描周期取值为T_Frame＝5。由此，工作周期系数因子C的表达式如下：

步骤5：计算目标相控阵单元功率分配系数T_e

步骤6：计算信噪比

(1)目标回波功率计算

取雷达平均发射功率P_t＝5×10⁶W，波长λ＝0.1，雷达信号处理损耗系数L_obr＝20

目标单元的功率分配系数T_e为

目标的雷达反射面积σ

雷达与目标之间的距离R。

雷达天线的天线增益系数G计算如下：

已知天线有效系数E＝0.8，α₀₅＝1.5°，β₀₅＝1.475°，则有：

目标点相对于相控阵单元主瓣中心的方位角为α和俯仰角为β

目标方位偏离中心程度参数为：

根据公式1.18，计算出Pattern(α,β)，相控阵雷达的天线增益系数为G＝Pattern²(α,β)。

目标单元的发射功率目标回波信号功率P_r的计算如下：

(2)噪声功率计算

设置敌方电子战飞机数量为1，敌方电子战飞机干扰发射功率P_j＝150W，λ＝0.1，电子干扰信号损失系数L_obr＝5，敌方电子战飞机干扰频谱宽度Δf_c＝3×10⁶；

目标点相对于相控阵单元主瓣中心的方位角为α_j和俯仰角为β_j；

雷达与敌方电子战飞机之间的距离为R_j；

目标方位偏离中心程度参数为：

第j架电子战飞机的天线增益系数为G_j＝Pattern(α_j,β_j)；

噪声功率的计算式如下：

(3)信噪比计算

取N_Receive＝1×10^-20kw，则信噪比q的计算公式如下：

重复步骤3到步骤6直到仿真结束。仿真过程中目标的信噪比、时间权重值以及目标驻留时间记录如图2到图4所示，图2中纵坐标表示信噪比，横坐标表示时间(S)；图3中纵坐标表示时间权重值，横坐标表示时间(S)；图4中纵坐标表示有效探测时间，横坐标表示时间(S)。

由图2到图4可知，当探测到目标，但未进入拦截状态时，目标的时间权重值保持不变，目标开始进入拦截状态时，目标时间权重值增加到最大，使得雷达集中最多的资源用于对目标的确认，从而实现精确探测，保证雷达能够在最短的时间内实现对目标探测转入拦截状态。在对目标进行拦截的过程中，由于目标的不断接近，普通模式下，目标信噪比不断增大，远远超出雷达探测门限的需要，此时的驻留时间分配原则大大降低了目标的时间权重，从而减小雷达对目标的驻留时间，驻留时间的减小大大缩减了信噪比的增长速度，但信噪比仍能够保证雷达的高效性。

上述仿真结果证实：本实施例所提出的驻留时间分配原则能够有效的提高雷达在执行不同任务时的性能，雷达对目标的探测距离增大，探测时间缩减；探测到目标后，雷达能够更快的转入跟踪状态；跟踪阶段，在雷达保证高效性前提下，大大缩减了雷达对该目标的驻留时间，节省了雷达资源的浪费。本试验充分验证了驻留时间分配原则的有效性和合理性。

以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种舰载相控阵制导雷达驻留时间动态调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将整体扫描区域按照扫描区域网格划分为多个扫描区域单元

相控阵雷达扫描扇区视界，得到雷达信号，雷达信号不断在矩形扫描区内跳变，根据相控阵雷达的波位编排和雷达信号的主瓣方向将扫描区域划分为N_lines×N_cols个独立的扫描区域单元，N_lines、N_cols计算公式如下：

其中：Δα_sect，Δβ_sect表示相控阵雷达整体扫描扇区域在方位和俯仰上的角度范围；K_α、K_β表示模型系数；α₀₅，β₀₅表示相控阵雷达信号主瓣在方位和俯仰方向上的3分贝宽度；

根据公式(1.1)和(1.2)，对相控阵雷达整体扫描区域分割后的每个扫描区域单元的尺寸为：

Δα_cell＝Δα_sect/N_lines (1.3)

Δβ_cell＝Δβ_sect/N_cols (1.4)

Δα_cell表示方位上每个扫描区域单元的角度范围，Δβ_cell表示俯仰上每个扫描区域单元的角度范围；

步骤2：计算扫描区域单元的时间权重值M_t：

相控阵单元的时间权重系数计算过程如下：

相控阵单元内部具有目标的情况分为两种：只有一个目标和具有多个目标，下面根据这两种情况分别求m_t：

(1)当单元只有一个目标时,根据目标状态分为以下几种情况求解：

①若目标轨迹位于干扰区：

其中，S_p表示相控阵单元接收到的干扰功率，R_n表示噪声功率；

②若目标只具有角度信息：

m_t＝2 (1.7)

③若目标具有详细信息：

当轨迹状态为Detected时，

m_t＝3 (1.8)

当轨迹状态为Tracking时，进入第二级分类；根据拦截该目标的导弹状态进行分类：

拦截导弹处于t1阶段，m_t计算公式：

拦截导弹处于t2阶段，m_t计算公式：

拦截导弹处于t3阶段，m_t计算公式：

其中，q表示目标轨迹上一时刻对应的信噪比；t1表示拦截导弹未发射，或导弹发射但导引头未开启；t2表示拦截导弹发射后导引头开启，但未锁定目标；t3表示拦截导弹通过自身导引头制导；

(2)当相控阵单元含有多个目标{m₁,m₂,m₃...}时，按照上述方法分别计算相控阵单元中每一个目标时的时间权重值，分别记为{m_t1，m_t2，m_t3...}，则相控阵单元的时间权重值m_t为：

m_t＝max{m_t1，m_t2，m_t3...} (1.12)

步骤3：计算相控阵单元的有效探测时间T_ef

其中，M_t表示该相控阵单元自身的时间权重值，S_m表示相控阵所有扫描区域单元时间权重值之和，T_c表示调度间隔时间；

步骤4：计算工作周期系数因子C

其中，T_Tracking表示相控阵对目标轨迹跟踪时间间隔，T_Tracking在拦截导弹的三个阶段t1，t2，t3的取值分别为T_Tracking1，T_Tracking2，T_Tracking3，且满足T_Tracking1>T_Tracking2>T_Tracking3，即拦截导弹越接近末端，跟踪时间间隔越短，跟踪频率越高；T_Frame表示相控阵雷达搜索任务扫描周期；

步骤5：计算目标相控阵单元功率分配系数T_e

对于多功能相控阵雷达划分的相控阵单元功率分配系数T_e计算公式如下：

其中，T_ef表示该相控阵单元的有效探测时间，C是体现目标相控阵单元功率分配与轨迹状态相关的多功能相控阵雷达工作周期系数因子；

步骤6：计算信噪比

(1)目标回波功率计算

舰载多功能相控阵雷达目标回波功率是以单个相控阵单元进行计算的，相控阵单元的目标回波信号功率P_r的计算公式为：

其中,P_t为舰载多功能相控阵雷达平均发射功率；T_e为目标单元的功率分配系数；G为雷达天线的增益系数；λ为载波波长；σ为该轨迹对应目标的雷达反射面积；L_obr为雷达信号处理损耗系数，R为雷达与目标之间的距离；

忽略镜面反射情况下的天线增益只与天线主瓣增益有关系，通过目标点与主瓣的位置关系即可求得，天线增益计算公式如下：

G＝Pattern²(α,β) (1.17)

其中，α，β表示目标点相对于相控阵单元主瓣中心的方位角和俯仰角；函数Pattern表示主瓣增益；2次方表示雷达使用同一副天线发射和接收信号，该增益包含发射增益和接收增益；

振幅计算函数Pattern(n)的计算公式如下：

其中，G₀表示主瓣中轴方向振幅，G₁表示第一副瓣振幅，计算公式如下：

E表示天线有效系数(效率)；α₀₅，β₀₅表示相控阵雷达信号主瓣在方位方向上和俯仰方向上的3分贝波束宽度，n为目标方位偏离中心程度参数：

其中，参数C_α和C_β为计算系数；

(2)噪声功率计算

在不考虑大气衰减时，一架电子战飞机有效干扰功率谱密度P_jp计算公式如下：

其中，P_j为该敌方电子战飞机干扰发射功率；G_j表示第j架电子战飞机的天线增益系数；R_j表示雷达与敌方电子战飞机的距离；L_obr为电子干扰信号损耗系数；Δf_c为该敌方电子战飞机干扰频谱宽度；

多架干扰飞机的干扰效果近似为它们各自P_jp的一定累加，当模型中有n架电子战飞机完成支援干扰，则有效干扰功率谱密度P_p的计算公式变为：

忽略镜面反射情况下，天线增益可根据目标点与雷达接收单元主轴的位置关系求得，天线增益计算公式如下：

G_j＝Pattern(α_j,β_j) (1.23)

其中，α_j，β_j表示目标点相对于相控阵单元主瓣中心的方位角和俯仰角；

(3)信噪比计算

内部噪声和背景因素干扰能量通过常量N_Receive来表示，信噪比q的计算公式如下：