CN112859064A - 一种被动相控阵雷达自适应辐射源跟踪调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种被动相控阵雷达自适应辐射源跟踪调度方法，用于解决被动雷达和辐射源同时扫描情况下，雷达与辐射源时域失配导致的目标截获时间长、目标跟踪不稳定问题。在被动雷达已截获数据能够进行辐射源扫描周期估计情况下，采用基于辐射源扫描周期的跟踪任务调度算法，并根据截获的作战目标特性调整驻留时间、数据率等跟踪参数。当辐射源失更或先验信息不足无法估计扫描周期时，采用基于长时驻留与任务颗粒度拆解相结合的跟踪调度方法实现对目标的重新截获并稳定跟踪。两种方法可根据目标截获情况及调度资源情况自适应进行切换。该方法能有效缩短目标截获时间，减少资源浪费，提高跟踪稳定性，属于被动相控阵雷达辐射源跟踪技术领域。

Description

一种被动相控阵雷达自适应辐射源跟踪调度方法
技术领域
本发明属于被动相控阵雷达辐射源跟踪技术领域。
背景技术
被动雷达由于其作用距离远、隐蔽性好等优点发展迅速，而相控阵技术的多波束、多功能性、灵活性、高数据率等特点逐渐应用到被动雷达的设计和研制中。通过监视空域的搜索截获目标信号后，对辐射源目标的稳定跟踪至关重要，因为需要跟踪的辐射源目标往往是被动雷达的作战对象，对被动雷达威胁大。设计合理的跟踪调度算法，保证波束驻留能完成对辐射源目标的稳定跟踪，对被动相控阵雷达至关重要。
现有大多数调度算法主要针对搜索算法的研究，或者是如何提高多任务调度的成功率。《综合优先级的被动雷达任务自适应调度算法》(《现代防御技术》第46卷第1期)运用综合优先级算法实现任务自适应调度，设计调度收益与调度代价的评价函数，提升多任务综合调度能力；《一种被动相控阵雷达资源动态排队管控方法》(CN201610587378.5)通过对被动雷达大量任务的先验知识分析，动态匹配任务与雷达系统资源，重点解决任务拥挤问题。上述文献对辐射源目标的稳定跟踪问题缺乏研究。
针对辐射源目标跟踪调度，主要集中对空域覆盖进行研究，包括一些滤波算法的研究。《基于空频域信息的单站被动目标跟踪算法研究》(占荣辉，中国学位论文全文数据库-工学博士学位论文)就基于空频域信息的单站被动跟踪中的一些关键问题进行了研究；专利《一种雷达被动工作模式下扫描方式自适应调整方法》通过对重点辐射源目标在不同角度范围内截获的辐射强度值的积累，实现对该目标出现区域的识别，从而自适应调整雷达扇扫中心及扇扫范围；上述文献均针对辐射源目标的空域覆盖问题进行研究。时域的跟踪调度依赖于数据处理提供精确的跟踪参数，如驻留时刻、驻留时长等，如果这些参数不准确，调度算法无法进行自适应的调整以提高跟踪的稳定性，或减少辐射源目标重新截获的耗时。
随着相控阵雷达的广泛应用，现有跟踪方法很难满足要求。
发明内容
本发明从辐射源目标跟踪的需求出发，主要从时域有效覆盖进行研究，提出一种自适应辐射源跟踪调度方法，根据截获的辐射源目标特性计算驻留时间、数据率等跟踪参数，在先验信息不足情况下，提出了一种基于长时驻留与任务颗粒度拆解相结合的跟踪调度方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：
调度与数据处理组成反馈式控制回路，周期性接收数据处理提供的辐射源截获参数。在被动雷达已截获数据能够进行辐射源扫描周期估计情况下，采用基于辐射源扫描周期的跟踪任务调度算法，并根据截获的作战目标特性调整驻留时间、数据率等跟踪参数。当辐射源失更或先验信息不足无法估计扫描周期时，采用基于长时驻留与任务颗粒度拆解相结合的跟踪调度方法。两种方法可根据目标截获情况自适应进行切换。
进一步的，基于辐射源扫描周期的跟踪任务调度算法包括：根据跟踪目标的扫描周期，并结合目标上次截获起始时刻、可用跟踪资源、目标扫描周期等参数，计算下一周期的跟踪参数，包括驻留起始时刻、驻留次数、单次驻留时长、跟踪数据率等，实现目标的跟踪调度。
进一步的，基于长时驻留与任务颗粒度拆解相结合的跟踪调度方法，当目标失更或先验信息不足无法估计扫描周期时，如果当前跟踪资源充足并不被高优先级任务打断，则下一周期进行一次长时驻留，可保证截获目标，驻留时长根据作战对象进行设置；当前跟踪资源不足或存在高优先级任务导致无法进行长时驻留时，对跟踪任务进行颗粒度拆解，将驻留时长以交叠方式填充满，保证目标的截获。
进一步的，自适应切换包括：调度与数据处理组成反馈式控制回路，根据当前调度资源情况及数据处理传送的上一周期辐射源截获参数，自适应切换跟踪调度算法
更进一步的，对跟踪任务进行颗粒度拆解包括：为实现在多个周期将T秒的长时驻留以交叠方式填充满，如果将T拆分为N次驻留，交叠时长为t，假设N次驻留起始时刻分别为t1，t2，…，tN，并满足(t1)mod(T)＜(t2)mod(T)＜…＜(tN)mod(T)，驻留时长分别为T1，T2，…，TN，则满足：Ti＝(ti+1)mod(T)-(ti)mod(T)-t，
Figure BDA0002902277470000021
能够保证将T以交叠方式填充满。
本发明与现有方法相比，其显著优点为：
当数据处理能够进行目标扫描周期估计情况下，调度算法利用扫描周期计算跟踪参数并进行调度，不仅能稳定跟踪目标，并且减少对跟踪时间资源的需求；当由于数据处理无法估计扫描周期或者估计错误导致目标失更情况下，通过本发明中的调度算法，能够保证百分之百再次截获目标，并减少重新截获目标的时间消耗，实现目标稳定跟踪。
附图说明
图1本发明的实现流程图。
图2根据扫描周期计算调度参数流程图。
图3长时驻留算法流程图。
图4基于任务颗粒度拆解调度算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明可解决被动雷达和辐射源同时扫描情况下，被动雷达由于与其时域失配导致的目标截获时间长、目标跟踪不稳定问题，有效缩短目标截获时间，减少资源浪费，提高跟踪稳定性。本发明从资源调度算法出发，研究提高被动相控阵雷达目标跟踪稳定性的方法。当数据处理能够进行目标扫描周期估计情况下，本发明按扫描周期进行跟踪任务调度，驻留时刻与辐射源扫描同步，可保证每次驻留均能截获目标；当扫描周期估计失败，时间资源充足情况下，采用最大预估扫描周期进行驻留，能保证在长时驻留期间至少截获一次目标信号。用于预估最大扫描周期的配置文件为搜集作战目标获得，并且可定期更新，具有很高的可信度。当时间资源不足情况下，提出的基于任务颗粒度拆解的跟踪调度算法，能够保证将最大扫描周期以交叠方式填充满，亦能保证在完成一次完整驻留情况下至少截获一次目标信号。
本发明实现流程参见图1，包括有如下步骤：
1.显控设置待跟踪目标，将批号发送至数据处理；
2.数据处理根据批号提取跟踪目标参数，并根据目标截获情况及上一周期调度参数计算目标扫描周期及可信度，扫描周期计算方法可参考专利《一种基于信号聚类的辐射源扫描周期实时估计方法》，可信度可根据截获目标的幅度、PDW数、信噪比等进行设置，计算完成后将目标方位、频率、扫描周期、扫描周期可信度等信息填入跟踪目标任务申请，发送至资源调度；
3.资源调度解析跟踪目标任务申请，根据目标参数和当前调度资源情况，自适应选择跟踪调度算法，具体流程为：
4.判断扫描周期可信度，如果可信度为5，则选择基于辐射源扫描周期的跟踪调度算法；如果不为5则转b)；
5.如果可信度小于5，则判断当前调度资源是否满足长时驻留要求，满足则使用基于长时驻留的跟踪调度方法；如果不满足长时驻留要求则转c)；
6.如果可信度为4，则选择基于辐射源扫描周期的跟踪调度算法；如果小于4，则选择基于任务颗粒度拆解的跟踪调度算法；
7.如选取基于辐射源扫描周期的跟踪调度算法，结合目标上次截获起始时刻、可用跟踪资源、目标扫描周期等参数，计算下一周期的跟踪调度参数。
调度参数计算流程参见图2，具体流程为：
假设目标最新一次更新时刻(即最近一次目标截获时刻)为t0(ms)，扫描周期τ(ms)，资源调度当前时刻为T0(ms)，目标更新周期为T(ms)。
则存在N，满足：
t0+N×τ≥T0+Δt0
其中Δt0是考虑跟踪目标申请的传输延迟，避免申请到达资源调度时，第一次驻留过期；设N的最小取值为n，则跟踪目标申请的第一次驻留起始时刻为：
t1＝t0+n×τ-Δt
其中Δt是考虑跟踪目标申请的截获窗口边界情况，以驻留起始为中心进行一定时间的偏移，假设资源调度时间片为p，一般Δt取为调度时间片的2倍，即2*p；
得到当前周期的第一次驻留起始时刻后，根据扫描周期将总驻留时长拆分为多次驻留，假设总驻留时长为TH，其应为时间片μ的整数倍，则存在M，满足：
t1+M×τ≤T0+T
假设M的最小取值为m，则跟踪目标申请的驻留次数为m+1。当TH无法被m+1整除时，对TH/(m+1)向下取整，多余时长放在第m+1次驻留，得到每次驻留的驻留起始时刻及驻留时长如下表：
Figure BDA0002902277470000041
8.如选取基于长时驻留的跟踪调度方法，需读取扫描周期配置文件，预估当前频率目标的最大扫描周期。目标扫描周期配置文件形式进行存储，并随着被动相控阵雷达的使用可定期进行的更新，算法实现流程参见图3。
9.如选取基于任务颗粒度拆解的跟踪调度算法，调度参数的计算流程参见图4，具体流程为：
a)读取扫描周期配置文件，确定当前频率辐射源的最大扫描周期；
b)以最大扫描周期T为驻留时长，对跟踪任务进行颗粒度拆解；
c)考虑拆解后的单次驻留在截获窗口边界时，无法有效分选，相邻驻留交叠一个调度时间片，任务拆解次数根据跟踪任务被高优先级任务抢占的次数确定，如被抢占M次，则任务需拆解为M+1次驻留。
d)为实现在多个周期将T秒的长时驻留以交叠方式填充满，如果将T拆分为N次驻留，交叠时长为t，假设N次驻留起始时刻分别为t1，t2，…，tN，并满足
(t1)mod(T)＜(t2)mod(T)＜…＜(tN)mod(T)
e)驻留时长分别为T1，T2，…，TN，则满足：
Ti＝(ti+1)mod(T)-(ti)mod(T)-t
Figure BDA0002902277470000051
能够保证将T以交叠方式填充满。

Claims (5)

1.一种被动相控阵雷达自适应辐射源跟踪调度方法，其特征在于：在被动雷达已截获数据能够进行辐射源扫描周期估计情况下，采用基于辐射源扫描周期的跟踪任务调度算法，并根据截获的作战目标特性调整跟踪参数；当辐射源失更或先验信息不足无法估计扫描周期时，采用基于长时驻留与任务颗粒度拆解相结合的跟踪调度方法；两种方法可根据目标截获情况及调度资源情况进行自适应切换。
2.根据权利要求1所述的被动相控阵雷达自适应辐射源跟踪调度方法，其特征在于：所述基于辐射源扫描周期的跟踪任务调度算法是根据跟踪辐射源的扫描周期，并结合辐射源上次截获起始时刻、可用跟踪资源、辐射源扫描周期的参数，计算下一周期的跟踪参数，包括驻留起始时刻、驻留次数、单次驻留时长、跟踪数据率，实现辐射源的跟踪调度。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的被动相控阵雷达自适应辐射源跟踪调度方法，其特征在于：所述基于长时驻留与任务颗粒度拆解相结合的跟踪调度方法包括当辐射源失更或先验信息不足无法估计扫描周期时，如果当前跟踪资源充足并不被高优先级任务打断，则下一周期进行一次长时驻留，可保证截获目标，驻留时长根据作战对象进行设置；当前跟踪资源不足或存在高优先级任务导致无法进行长时驻留时，对跟踪任务进行颗粒度拆解，将驻留时长以交叠方式填充满，保证目标的截获。
4.根据权利要求3所述的被动相控阵雷达自适应辐射源跟踪调度方法，其特征在于：所述自适应切换包括：调度与数据处理组成反馈式控制回路，根据当前调度资源情况及数据处理传送的上一周期辐射源截获参数，自适应切换跟踪调度算法。
5.根据权利要求3所述的被动相控阵雷达自适应辐射源跟踪调度方法，其特征在于：对跟踪任务进行颗粒度拆解包括：为实现在多个周期将T秒的长时驻留以交叠方式填充满，如果将T拆分为N次驻留，交叠时长为t，假设N次驻留起始时刻分别为t1，t2，…，tN，并满足(t1)mod(T)＜(t2)mod(T)＜…＜(tN)mod(T)，驻留时长分别为T1，T2，…，TN，则满足:Ti＝(ti+1)mod(T)-(ti)mod(T)-t，
Figure FDA0002902277460000011
能够保证将T以交叠方式填充满。
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