CN109885394A - 一种旋转相控阵雷达多类型任务的优先级动态判决模型 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转相控阵雷达多类型任务的优先级动态判决模型。根据旋转相控阵雷达探测任务的特点，提炼任务类型优先级、任务优先级、任务预计执行时间和任务等待时间等四个判决要素，构建了相控阵雷达的动态优先级模型。根据此模型实现了综合不同量纲参数要素，在同一量纲下确定多种任务类型的任务优先级，并可根据任务执行情况和预计占用时间动态确定任务的优先级，解决了选择相控阵雷达任务调度的关键环节。

Description

一种旋转相控阵雷达多类型任务的优先级动态判决模型

技术领域

本发明涉及相控阵雷达任务调度的任务优先级的判决。

背景技术

相控阵雷达的任务调度是一个复杂的过程，过程如附图1所示，对于雷达收到的多种任务有：远程搜索、近程搜索、目标跟踪、回扫确认、重点区域搜索、识别探测、“烧穿”探测等，对每个调度周期的任务形成请求队列后，进行任务优先级排序，按照任务优先级的顺序进行任务调度。对于当前无法调度的任务，进入延迟队列，再次进入雷达任务请求队列，参加下一轮的调度。在如上过程中，请求队列优先级排序是相控阵雷达任务调度的核心，直接影响任务调度的先后顺序，从而直接影响探测任务的执行结果。

进行任务请求优先级排序时需要考虑以下因素：任务类型的优先级、同类任务中任务的紧急程度、任务的执行时间、任务的截止时间等因素。

任务类型优先级：对于搜索、跟踪、回扫确认、重点区域搜索、识别探测、“烧穿”探测等任务，不同类型的任务同时请求，应首先确定任务类型优先级。

同类任务中任务优先级由任务的紧急程度确定，对于跟踪类任务，其优先等级的主要因素是目标运动参数和所处环境。对于小区域搜索类任务，影响其优先级的主要因素是区域的特征，不同类型的任务优先级无法直接匹配优先级。

任务执行时间：即本次任务执行需占用的时间。相控阵雷达面临的各种任务中，各类人物因各自特点时间需求各异，每个任务的执行都是排他的，一个任务的执行是确定任务优先级过程中必须要考虑的因素。

任务等待时间：对于相控阵雷达而言，因为时间资源约束，不能保证所有申请任务都一次完成。对于未能获得及时执行的任务，若不能在其任务失效之前执行，将会导致任务执行效率降低，严重情况下，可能影响作战效能。因此，一个高效的任务优先级判定模型应该把任务等待时间作为一个重要的判决因子来考虑。

雷达资源调度中，较早的有固定模板、多模板等方法，但其适用范围多局限于功能单一或先验信息明确的相控阵雷达，以及后来提出来的一些自适应调度策略，多是围绕根据实际排列的任务情况，自适应调整调度任务间隔以节约时间资源的做法。以上工作所考虑的任务类型多数是多种任务类型的情况下，每个类型的任务只有一个，任务优先级基本可以通过静态优先级来确定。没有考虑多种类型的任务，每种类型任务有多个，同时考虑任务的执行时间和等待时间的情况。

当前的相控阵雷达任务调度研究中，多半是针对固定相控阵雷达开展的研究，针对旋转相控阵雷达资源调度方面的研究不够深入。旋转相控阵雷达由单面阵旋转来解决360°方位覆盖的问题。旋转带来了波束的可达性受到限制，一个任务如果在面阵波束的扫描范围内执行，只能待到下个天线周期安排，为保证任务被执行，必须根据任务的等待时间在下一个天线周期安排任务时，提高任务的优先级，以保证任务不被错失。旋转相控阵雷达的这些特点是固定相控阵采用的截止期判据模型所不能等同的，必须针对旋转相控阵雷达的体制特点开展针对性研究。

发明内容

本发明的目的在于综合考虑旋转相控阵雷达的面临多任务的情况下，提出一种任务优先级动态判决模型，可以自动根据探测任务的类型、紧急程度、任务执行需要花费的时间、时间的紧急程度等因素，给出任务优先级，保证在任务有效期内，任务执行的有效性。

技术方案如下：

1、总结体现动态任务优先级判决要素：任务类型优先级、任务优先级、任务预计执行时间和任务执行时间延迟等四个因素，几个要素的确定依据为：

任务类型优先级：对应着跟踪、识别、回扫确认等不同类型任务的优先级，一般在调度框架设计之初确定；

任务优先级：是指在同一类任务中，根据任务特性的不同，不同的任务呈现出不同的优先级，比如，对于跟踪任务，根据跟踪目标的运动特性、所处位置，不同的跟踪任务呈现出不同的紧急程度，对不同的任务可以确定不同的优先级；

任务预计执行时间：是指执行某一个具体任务所占用的时间的长短，不同的任务在时间资源上是互斥和排他的，为保证任务调度的效率和有效性，在确定任务优先级时必须考虑执行任务需要花费的时间；

任务已等待时间：是指在任务多而时间资源固定的情况下，在许可的范围内会推迟任务的执行时间，对于旋转相控阵雷达而言，推迟的单位是天线周期，同时要保证在截止期内任务被执行，必须根据任务延迟的时间来调整任务的优先级。

2、分层构建旋转相控阵雷达的动态优先级模型，先构建每个要素对应的模型，再确定优先级动态判决模型。

任务类型优先级模型由专家决策确定，一般情况下，根据不同雷达的使命任务和任务类型可由专家确定任务类型，此优先级不随任务的具体情况而改变，这里给出一组任务优先级的典型值，数值越高表示优先级越大。

任务优先级主要由具体的任务的特性确定，一般按照具体目标的运动参数确定，列入目标的距离、飞行高度、飞行速度、飞行方向、目标属性等要素，确定同一类任务中多个任务的任务优先级。

任务预计执行时间的预计执行时间根据不同雷达的扫描策略确定，主要决定因素有目标具体所对应的探测重复周期T、由处理方式确定的重复脉冲数N，任务的预计执行时间为NT。

任务已等待时间是指在实际任务调度过程中，旋转相控阵雷达安排任务的执行时间延迟情况，假设一个任务在3个天线周期内有效，那么任务每推迟执行1个天线周期，对应的任务优先级应对应提高。

3、根据上述分析要素建立任务的动态优先级模型，包含四项判决要素：任务类型静态优先级、本类任务中的任务静态优先级、任务预计执行时间、任务已等待时间，建立如下模型：

P＝P1+P2+a*timewait+(b–c*timerun)

各个参数的意义如下：

P为作业的动态优先级，

P1为任务类型优先级，

P2为同类任务中的任务优先级，

timerun为任务预计执行时间，

timewait为任务已等待时间，其单位为天线周期数；

a、b、c为权重参数

a为等待时间权重控制参数，参考值为0～1之间。

b为运行时间权重控制参数1，为运行时间权重的最大值。

c为运行时间权重控制参数2，参考值为0～1之间。

一般来说，4项权重赋予相同的比重，即：P1、P2、a×timerun、b–c*timerun四项最大值相同；也可以根据情况提高某一项的最大值，以提高其权重。其中b–c*timerun表示运行时间越小，优先级越高，但是又不能过分照顾短作业，因此才有b、c作为参数。b是优先级中运行时间部分的最大值，即如果c＝0，则优先级公式简化为：P＝P1+P2+a*timewait+b。

如果b–c*timerun≤0，则运行时优先级部分小于等于0，实际应用算法时，在应用程序中作判断，使得b–c*timerun＝0部分最小为零。

根据以上参数，可以计算得到每个具体任务的动态优先级，按照动态优先级的大小进行排序，可以得到任务的动态优先级序列。

本发明的有益效果：该模型适合相控阵雷达可能面临不同任务类型，每种类型的任务中有多个任务的情况下，确定任务优先级。同时，该模型充分考虑任务执行时间和任务等待时间，通过调整控制参数，可调整任务执行时间和任务等待时间在优先级算法中所占的比重，保证执行时间长的任务和长时间未执行的任务的优先级，提高任务调度的执行效率。

附图说明

图1是相控阵雷达任务调度典型流程。

图2是多类型任务的优先级动态判决流程。

具体实施方式

确定需执行任务的要求和具体参数要求，确定任务优先级的流程如图2，具体分以下几步：

1、确定每个任务的具体参数；

2、针对一个具体任务提炼动态优先级判决要素：任务类型优先级、任务优先级、任务预计执行时间和任务执行时间延迟，计算得到具体参数值；

3、构建动态优先级模型，并确定权重参数；

4、根据动态优先级判决公式，计算得到任务的动态优先级；

5、根据动态优先级的实际大小，进行任务由小到大排序，对应的序号为优先级的值，形成一个执行周期内的多任务动态优先级列表。

下面举例说明动态优先级的具体确定过程：

假设当前任务情况如下：

当前天线周期为1s，以45°扇区为调度周期(对应的时间为125ms)，波束宽度为2.2°，假定当前天线周期任务调度需预留的跟踪任务的执行时间比例为40％。确定跟踪和识别类任务优先级的执行步骤为：

1、确定执行每个任务的具体任务参数：

假设当前的任务具体参数为：

表1任务具体参数列表

跟踪任务参数为：

表2跟踪任务的具体参数列表

任务类型	目标距离	目标高度	飞行速度	飞行方向	目标属性
						跟踪任务1	150km	4000m	220m/s	向站	敌
跟踪任务2	80km	1000m	220m/s	向站	敌
						跟踪任务3	30km	200m	700m/s	向站	敌

2、针对一个具体任务提炼动态优先级判决要素：任务类型优先级、任务优先级、任务预计执行时间和任务执行时间延迟，确定具体值。

根据专家决策，任务类型优先级确定为：

表3任务优先级

任务类型	任务类型优先级
		目标跟踪	2
识别探测	1
		回扫确认	3

按照传统的跟踪任务优先级判决算法，综合考虑目标距离、目标高度、飞行速度、飞行方向等目标运动参数和属性参数后，跟踪任务优先级判决为：

表4跟踪任务内的任务优先级

任务类型	任务优先级
		跟踪任务1	1
跟踪任务2	2
		跟踪任务3	3

对于没有只有一个的任务，其任务优先级和跟踪任务的最大值取一致。

根据执行任务需要的周期和重复脉冲数，及搜索任务的波位数，计算得到相应任务的执行时间如下：

表5不同任务的预计执行时间

3、构建如下动态优先级模型

P＝P1+P2+a*timewait+(b–c*timerun)

根据任务的具体情况，确定各权重参数：

考虑到每等待一个天线周期，优先级增加1，取a＝1；

运行时间权重1取b＝1；

运行时间权重2取任务预计执行时间tm的最大值的倒数c＝1/64；

4、根据动态优先级判决公式，计算得到任务的动态优先级；

表6动态优先级判决公式中的相关值

任务类型	P1	P2	timewait	timerun(ms)
					跟踪任务1	2	1	0	3
跟踪任务2	2	2	1	4.8
					跟踪任务3	2	3	0	4
回扫确认	3	3	0	3.2
					识别任务	1	3	2	64

根据P＝P1+P2+a*timewait+(b–c*timerun)，计算得到动态任务优先级P的列表为和实际顺序P0为：

表7动态优先级计算结果和实际排序

任务类型	P	P0
			跟踪任务1	3.952	1
跟踪任务2	5.9232	2
			跟踪任务3	5.936	3
回扫确认	6.9488	4
			识别任务	5.976	5

5、根据动态优先级的实际大小，进行任务由小到大排序，对应的序号为优先级的值，形成一个执行周期内的多任务动态优先级列表。

表8任务优先级排序列表

由此确定了任务优先级类别，表8队列为附图1中“任务请求优先级排序”的结果，其中识别任务和跟踪任务2因为被延迟，优先级被提高，可保证被执行。接下来，经过事件调度后进行“资源约束条件判定”，45°扇区对应的任务执行时间为125ms，跟踪和识别类任务的可占用的时间资源为60％，即75ms，判定的结果是雷达任务执行队列包含的任务列表，如表9：

表9雷达任务执行队列列表

任务类型	P
		跟踪任务2	2
跟踪任务3	3
		回扫确认	4
识别任务	5

判定为拒绝任务的为：跟踪任务1，假设预算下个天线周期执行对于跟踪任务1不失效，则该任务判定进入延迟队列，下个天线周期继续安排执行。

至此，完成了多任务情况下的任务优先级动态判决，并在此基础上完成了任务调度，实现了已等待任务、紧急任务和预计占用执行时间长的任务的折中，保障重要紧急任务被优先调度。

Claims (2)

1.一种旋转相控阵雷达多类型任务的优先级动态判决模型，其主要特征在于：构建了包含任务类型优先级、任务优先级、任务预计执行时间和任务等待时间四个优先级判决要素，结合权重参数构建优先级判决模型；其中，任务类型优先级为不同类型任务的优先级，任务优先级是指在同一类任务中，多个任务的优先级，任务预计执行时间由任务的预计执行参数确定，任务等待时间为任务已等待时间，可以是具体时间或者天线周期数。

2.根据权利要求1所述的一种旋转相控阵雷达多类型任务的优先级动态判决模型，其主要特征在于：判决模型中的四个优先=判决要素：类型优先级、任务优先级、任务预计执行时间和任务等待时间,通过权重参数调整相关要素的贡献度，实现不同要素的线性叠加。