CN110427255B - 一种多面阵时序同步的综合资源调度方法 - Google Patents

一种多面阵时序同步的综合资源调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于多功能相控阵雷达资源调度领域，特别涉及一种多面阵时序同步的综合资源调度方法。在由主动面阵和侦察面阵构成的多面阵综合探测系统中，在只有一个时序控制模块的条件下，完成多面阵时序同步的综合资源调度方法，满足相控阵雷达主动探测和电磁环境感知，干扰源测频、测向、干扰样式识别等不同需求。本发明中，资源调度首先编排有源面阵一个调度间隔内搜索、跟踪、干扰源跟踪等任务，构成脉冲列表；再将该脉冲列表作为侦察面阵时序基础，在有源面阵每个主动探测脉冲驻留时间内编排侦察任务，构成侦察面阵当前调度周期脉冲列表，控制侦察面阵执行侦察任务。

Description

一种多面阵时序同步的综合资源调度方法
技术领域
本发明属于多功能相控阵雷达资源调度领域。
背景技术
随着战场电磁环境的日益恶化，现代雷达已呈现向认知化、智能化快速发展的趋势，对雷达系统电磁环境感知能力、信息处理能力、资源管控能力均提出更高要求。然而，目前相控阵雷达主要关注主动探测资源的动态配置，并未充分考虑主动探测和被动探测、宽带侦察和窄带探测等系统资源的协同高效利用问题，成为限制基于电磁环境认知的现代雷达智能化信息处理技术快速推进的重要因素。
当前相控阵雷达通过接收固定或者可变定时中断，根据雷达功能系统下达工作任务或人工设定工作模式、扫描方式和搜索参数等信息完成任务响应和资源分配。当有多个面阵协同探测的条件下，多采用每个面阵独立进行资源调度和时序控制。如要对现有有源面阵增加独立侦察面阵完成宽带电磁环境分析等功能，对于资源调度系统，在不改变主动探测工作时序的前提下，将面临两种解决途径：一、独立设计被动侦察时序，基于主被动协同探测需求完成主被动探测资源一体化配置策略设计；二、在不改变原有面阵时序的条件下，增加与主动探测时序同步的被动探测调度任务，构建统一时序下的多面阵主被动综合探测资源调度系统。
实际中，虽然通过独立设计被动侦察时序，可实现主被动探测资源高效率利用，但考虑到当前多功能相控阵雷达仅有一个时序控制模块，该技术途径将不可避免面临增添硬件，调整波控分系统与有源面阵、侦察面阵间的主被动控制时序等工程实现难题，大幅增加了改造风险和调试工作量。针对上述问题，本发明以不改变现有工作时序，不增加系统硬件为基本原则，实现适用于相控阵雷达的有源面阵和侦察面阵时序同步资源调度策略设计和工程化应用改进方法，通过在主动探测各脉冲重复周期内增添被动侦察时序、编排驻留任务等方式，实现对被动侦察资源的充分利用，满足雷达系统对外电磁环境感知需求。
发明内容
本发明为有源面阵和侦察面阵结合的主被动一体化探测设备上资源调度系统提供一种多面阵时序同步的综合资源调度方法。在有源面阵和侦察面阵构成的主被动结合的一体化探测设备上，有源面阵完成警戒搜索、目标跟踪、目标指示、敌我识别以及气象探测等主动探测任务，侦察面阵完成雷达探测范围和工作频段内电磁频谱监测、重点辐射源信号侦收等被动探测任务。由资源调度软件根据波束控制硬件发送的定时中断，编排一个调度间隔内有源面阵主动探测任务和侦察面阵被动侦察任务。有源面阵和侦察面阵编排的脉冲时序同步，在每个调度间隔内侦察面阵每个脉冲驻留的时间与有源面阵每个脉冲驻留时间相同，但波束指向和频点等参数不同，实现一个时序控制模块控制两个面阵的功能。另外资源调度技术通过编排干扰源跟踪任务，使得有源面阵和侦察面阵配合完成干扰源行为分析，为有源面阵抗干扰措施提供有效指引信息。
本发明的具体步骤如下：
步骤1：资源调度根据波束控制硬件发送的定时中断，对主动数据处理提出的跟踪波束申请和被动数据处理提出的干扰源跟踪申请以及预先设计的主动搜索扫描表，按照截止时间优先原则编制一个调度间隔内雷达执行的任务波束，构成一组波束指向、发射脉宽、脉冲驻留时间、发射频点不同的有源面阵脉冲驻留列表；该脉冲驻留列表作为编制侦察面阵脉冲驻留列表的时序依据；
步骤2：侦察面阵在该调度间隔内利用除干扰源跟踪波束外主动探测脉冲驻留时间完成当前方位和频点的外部电磁信息侦收，在每个脉冲驻留时间内，侦察面阵匿影时间大于主动面阵发射时间；若单个波束驻留时间不满足侦察波束驻留时间，通过多个波束驻留时间累计达到侦察波束驻留时间；对干扰源跟踪波束，根据请求参数进行独立编排；
步骤3：当前被动波束驻留累计时间达到设定值后，切换至等待状态，以规避宽带接收数据率和被动信息处理能力间的矛盾；在等待期间，侦察面阵按照当前波束参数持续采集数据，保证等待期内面阵时序编排完整，但波束采集标志为不采集，被动信息处理舍弃该段数据；
步骤4：待编排波束切换到侦察扫描中设定的下一个波束，若当前波束为扫描表中最后一个波束，表示所有波束全部编排完成，即完成一次侦察扫描帧，则当前波束的下一个波束为扫描表中设定的第一个波束，开始新的侦察扫描帧；
步骤5：转到步骤2，对步骤1内有源面阵脉冲驻留时间列表中剩余脉冲按照同样的方式继续编排，直到完成全部脉冲；构成当前调度间隔侦察面阵时序控制参数；
步骤6：将生成的主动面阵任务列表和侦察面阵任务列表发送给时序控制系统，由时序控制系统按照调度单元软件确定的时序精确控制主动面阵侦察面阵控制；
步骤7：等待下一个调度间隔触发，重复步骤1-步骤6内容，持续编排有源面阵和侦察面阵任务。
下面结合附图对本发明进一步详细描述。
附图说明
图1侦察面阵与有源面阵时序对比图。其中(a)表示主动雷达时序编排图，(b)表示侦察面阵时序编排图，t1表示雷达发射时间，t2表示雷达接收时间，t3表示侦察匿影时间，t4表示侦察采集时间。
图2侦察面阵时序编排流程。
具体实施方式
本发明提出了一种多面阵时序同步的综合资源调度方法。一方面，主动探测将依据主动探测扫描表，完成警戒搜索、目标跟踪、目标指示、敌我识别以及气象探测等任务。另一方面，被动探测将基于主动探测脉冲驻留时间，完成雷达探测范围和工作频段内电磁频谱监测、重点辐射源信号侦收等任务。图1中展示了有源面阵和侦察面阵时序编排对比，有源面阵和侦察面阵在一个调度间隔内脉冲个数相同，每个脉冲驻留时间相同，有源面阵每个脉冲驻留时间分为发射时间和接收时间，侦察面阵每个脉冲驻留时间分为侦察匿影时间和侦察采集时间。为了减轻近区强杂波区影响，侦察匿影时间大于有源面阵发射时间，脉冲驻留时间内剩余时间为侦察采集时间。
下面针对被动探测功能的资源调度时序进行详细介绍，每个调度间隔内任务编排流程如图2所示。
步骤1：主动面阵根据波控触发报文，对主动数据处理提出的跟踪波束申请和被动数据处理提出的干扰源跟踪申请以及预先设计的主动搜索扫描表按照截止时间优先原则编制一个调度间隔内雷达执行的任务波束；将当前调度间隔TSI划分成多个主动探测脉冲驻留时间列表，记作Tsi＝[t1,t2,...,t1,tN]，满足TSI＝∑ti，且其中每个脉冲的发射脉宽为[τ1,τ2,...,τN-1,τN,]；初始化当前脉冲索引ind＝1；
步骤2：编排当前调度间隔侦察面阵任务列表；
步骤2a：从侦察阵扫描表中读取出当前待编排的侦察任务波束：包括波束驻留时间TScout、驻留频段中心频率F、指向、当前波束采集状态、波束已驻留时间tRemain，波束已等待时间twait等参数；
步骤2b：待编排的侦察任务波束当前采集状态处于采集状态时，转到步骤2c；待编排的侦察任务波束当前等待状态时，转到步骤3；
步骤2c：从步骤1内Tsi中从ind索引开始按照顺序取出k个脉冲，且满足：
Figure BDA0002137386800000031
即使用多个主动波束驻留时间间隔累计行程一个侦察面阵侦察波束驻留时间；其中
Figure BDA0002137386800000032
称为侦察匿影时间，以减轻近区杂波对侦查影响；根据该波束指向参数，驻留频段等参数，生成侦察面阵k个脉冲控制参数列表，采集标志标记为采集，存放在侦察面阵当前调度间隔任务列表中；
若
Figure BDA0002137386800000041
表示该调度间隔时间内剩余时间不足以编排一个完整波束，当前波束需要在下一个调度间隔继续编排；填写侦察面阵(N-ind)个脉冲控制参数列表，采集标志标记为采集，存放在侦察面阵当前调度间隔任务列表中，更新当前波束已驻留时间为
Figure BDA0002137386800000042
转到步骤6.
步骤2d：更新当前脉冲索引ind＝k+1,侦察波束当前状态切换到等待状态；
步骤3：编排侦察等待波束；
步骤3a：从步骤1内Tsi中从ind索引开始按照顺序取出m个脉冲，使得：
Figure BDA0002137386800000043
表示m个脉冲驻留时间按构成该侦察波束等待时间，即使用整个脉冲驻留时间作为侦察面阵等待时间；根据当前侦察波束指向，驻留频段等参数，生成侦察面阵m个脉冲的控制参数列表，采集标志标记为不采集，存放在侦察面阵当前调度间隔任务列表中；
若
Figure BDA0002137386800000044
表示该调度间隔时间内剩余时间不足以编排一个完整等待波束，需要在下一个调度间隔继续编排；填写侦察面阵(N-ind)个脉冲控制参数列表，存放在侦察面阵当前调度间隔任务列表中，更新当前波束已驻留时间为
Figure BDA0002137386800000045
转到步骤 6.
步骤4：待编排波束切换到侦察扫描中设定的下一个波束，若当前波束为扫描表中最后一个波束，表示所有波束全部编排完成，即完成一次侦察扫描帧，则当前波束的下一个波束为扫描表中设定的第一个波束，开始新的侦察扫描帧；
步骤5：更新当前脉冲索引ind＝ind+m+1,转到步骤2,对步骤1内Tsi中剩余脉冲按照同样的方式继续编排，直到完成Tsi中全部脉冲。构成当前调度间隔侦察面阵时序控制参数。
步骤6：将生成的主动面阵任务列表和侦察面阵任务列表发送给时序控制系统，由时序控制系统按照调度单元软件确定的时序精确控制主动面阵侦察面阵控制。
步骤7：转到步骤1，等待下一次触发，对新的调度间隔内主动面阵和侦察面阵任务进行编排；
侦察面阵任务规划：
在自由探测模式下，侦察面阵主要完成雷达探测范围和工作频段内电磁频谱监测任务。侦察面阵的波束扫描表通过显控或者上级指控下达，在侦察任务规划的主要参数包括：侦察频段[Fs,Fe]，表示侦察频段的起始和结束频点；侦察范围[Azis,Azie]，表示侦察范围的起始和结束方位；各波束驻留时间T，表示每个频点、波位被动侦收时间。具体空时频域资源配置过程如下：
步骤1：根据设定参数，对侦察频段进行切分，按照侦察面阵带宽B将预设的侦察频段切分成若干段，{[Fs,Fs+B],[[Fs+B,Fs+2B],...[,Fs+(N-1)B,Fs+NB]}，N＝[(Fe-Fs)/B]，其中[x]表示向上取整；
步骤2：综合侦收频段中心频点、侦察范围和波束方向图以及驻留时间等要素，动态生成覆盖侦察范围的被动侦收扫描表，并统计搜索数据率等信息，反馈至显控。
随动探测模式下，侦察阵负责侦察干扰类型，收集干扰信号，分析干扰样式，为主面阵提供主副瓣干扰自适应处理信息。根据自由模式下发现的重点辐射频段和重点区域，缩小侦察范围，在较小的频段范围和方位范围内进行侦察，每个波束的驻留时间也相应缩短，提高重点目标的截获概率。该模式下，采取侦察面阵扫描频段和波束驻留范围缩小至干扰源所在区域、数据采集按主动探测脉冲重复周期划定各帧数据采集时间等措施。
干扰源跟踪任务实现：
干扰源跟踪任务作为有源面阵和侦察面阵相互配的任务，需要由有源面阵和侦察面阵同时完成。利用侦察面阵采集对应时序内的干扰信号，为干扰源定位、干扰行为分析和干扰行为预测等辐射源精细化分析提供必要支撑，实现方法如下：
步骤1：由显控或者上级指控提出干扰源跟踪任务驻留请求，发送给资源调度；
步骤2：资源调度根据任务驻留申请，编排有源面阵任务波束，根据请求配置发射驻留时间，脉冲宽度，发射频点，发射波形等参数。
步骤3：侦察面阵在编排当前调度周期任务时，在该波位所在脉冲驻留时间内不编排侦察扫描表中内容，而是根据有源面阵脉冲参数确定侦察面阵波束参数，使得侦察面阵波束指向覆盖有源面阵波束方位指向，接收频段覆盖有源面阵波束发射频点，驻留时间覆盖有源面阵驻留时间。利用侦察面阵宽带侦察优势，收集干扰机对有源面阵发射的脉冲应对措施，给有源面阵主动探测抗干扰措施选择提供数据。

Claims (3)

1.一种多面阵时序同步的综合资源调度方法，其特征在于：
步骤1：资源调度根据波束控制硬件发送的定时中断，对主动数据处理提出的跟踪波束申请和被动数据处理提出的干扰源跟踪申请以及预先设计的主动搜索扫描表，按照截止时间优先原则编制一个调度间隔内雷达执行的任务波束，构成一组波束指向、发射脉宽、脉冲驻留时间、发射频点不同的有源面阵脉冲驻留列表；该脉冲驻留列表作为编制侦察面阵脉冲驻留列表的时序依据；
步骤2：侦察面阵在该调度间隔内利用除干扰源跟踪波束外主动探测脉冲驻留时间完成当前方位和频点的外部电磁信息侦收，在每个脉冲驻留时间内，侦察面阵匿影时间大于主动面阵发射时间，其中所述侦察面阵匿影时间为
Figure FDA0003068970010000011
若单个波束驻留时间不满足侦察波束驻留时间，通过多个波束驻留时间累计达到侦察波束驻留时间；对干扰源跟踪波束，根据侦察任务波束请求参数进行独立编排；
步骤3：当前被动波束驻留累计时间达到设定值后，切换至等待状态，以规避宽带接收数据率和被动信息处理能力间的矛盾；在等待期间，侦察面阵按照当前波束参数持续采集数据，保证等待期内面阵时序编排完整，但波束采集标志为不采集，被动信息处理舍弃波束采集标志为不采集的数据；
步骤4：待编排波束切换到侦察扫描中设定的下一个波束，若当前波束为扫描表中最后一个波束，表示所有波束全部编排完成，即完成一次侦察扫描帧，则当前波束的下一个波束为扫描表中设定的第一个波束，开始新的侦察扫描帧；
步骤5：转到步骤2，对步骤1内有源面阵脉冲驻留时间列表中剩余脉冲按照同样的方式继续编排，直到完成全部脉冲，构成当前调度间隔侦察面阵时序控制参数；
步骤6：将主动数据处理提出的跟踪波束申请和被动数据处理提出的干扰源跟踪申请以及预先设计的主动搜索扫描表，按照截止时间优先原则编制一个调度间隔内雷达执行的任务波束，构成一组波束指向、发射脉宽、脉冲驻留时间、发射频点不同的有源面阵脉冲驻留列表发送给时序控制系统，由时序控制系统按照调度单元软件确定的时序精确控制主动面阵和侦察面阵；
步骤7：等待下一个调度间隔触发，重复步骤1-步骤6内容，持续编排有源面阵和侦察面阵任务。
2.根据权利要求1所述的一种多面阵时序同步的综合资源调度方法，其特征在于：所述侦察面阵任务分为自由模式和随动模式两种，工作模式设置由显控或者上级指控发起，通过网络报文的形式发送给调度软件单元；面向编排电磁频谱监测的编排方法按照显控或者指控系统下达的侦察探测参数，按照驻留频段和方位指向顺序生成一系列侦察波束列表，作为自由模式下侦察阵波束扫描依据；面向干扰源侦察识别的编排方法根据自由模式下探测获得的干扰源测量结果，按照较小的频段范围和方位范围进行侦察；按照驻留频段和方位指向顺序生成一系列侦察波束列表，作为随动模式下侦察阵波束扫描依据；在所述侦察面阵任务编排过程中，在不同工作模式下，按照不同的扫描表中编排侦察波束。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种多面阵时序同步的综合资源调度方法，其特征在于：被动数据处理提出干扰源跟踪驻留请求，包含任务执行时间、执行时间窗、方位仰角指向、发射频点、发射脉宽、波形参数、脉冲个数信息，资源调度接收到请求后，在所述步骤1内编排有源面阵干扰源跟踪任务；然后在所述步骤2侦察面阵任务编排过程中，修改有源面阵任务脉冲侦察波束的在指向、频点、匿影时间。
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