CN114173349A - 一种多面相控阵雷达通信多功能资源调度系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明在现有四面相控阵雷达系统工作机制下，采用同频时分方式，利用多面相控阵部分辅阵面及主阵面与感知任务分时占用时间资源，发射定向窄波束通信信号，完成群组节点间数据通信组网，将感知周期内产生的数据在相邻阵面的通信周期及时发送出去，以达成多节点通过高速率、高带宽、低时延的数据传输进行实时数据共享感知、同步分析以及高效数据通信的目的。

Description

一种多面相控阵雷达通信多功能资源调度系统和方法

技术领域

本发明属于雷达共享数据感知及无线通信交叉领域，具体涉及一种移动四面相控阵雷达感知与通信的资源调度系统和方法。

背景技术

国内的某些特殊应用场景移动多天线传感器感知系统通常以四个阵面固定装载于载具四个方向完成（90°×4）的360°全向覆盖，用以全方位的进行目标感知。任务需求下，除本节点完成感知分析工作外，还需要在群组内甚至群组间的多节点间完成协同感知分析任务。目前传感器感知技术领域雷达与通信一体化技术是重要发展方向，但高带宽、低时延的实时全网共享感知分析技术还处于起步阶段。

为达到群组节点间的共享感知分析目的，群组节点间需要建立无线数据链路进行数据互传。通常会在节点上装载专有通信设备，将本节点传感器感知数据、分析结果发送至群组其它节点进行数据汇聚，达成数据共享目的。或者在不装载专有通信设备情况下，将本节点传感器感知数据、分析结果数据调制在传感器射频波束里发送至群组其它节点进行数据汇聚，达成数据共享目的。

多天线传感器发射接收功率大，跟踪目标多，担任的各种感知任务综合性强。这就要求群组各节点之间具备高速率、高带宽、低时延的数据传输通道。

装载专有通信设备的解决方案，为避免传感器发射接收射频干扰，需要选择与传感器工作频率不同的频段工作，并以全向覆盖方式与其它节点通信完成数据传输，这样出现在区域内的无线射频频率较多，不利于任务区域内的无线频谱静默管理，比较容易被侦测、被干扰。如果选择与传感器工作频率一致的频段进行通信，由于传感器是定向全方位扫描工作，极易产生感知与通信的频率互扰。并且由于通信系统与感知系统分离，资源不易协调，可靠性、利用率都比较低。

如果使用不装载专用通信设备的方案，采用感知与通信共用波形的方式，则数据链路带宽有限，能够传输的数据率较低。对于多天线传感器感知这样的大数据量交换汇聚，数据共享分析的系统网络，难以达到预期。另外，传感器感知任务与数据通信业务工作机制差异导致数据通信可用资源有限，不能满足高速率、高带宽、低时延的数据传输需求。

发明内容

本发明的目的是：在现有四面相控阵雷达系统工作机制下，采用同频时分方式，利用多面相控阵部分辅阵面及主阵面与感知任务分时占用时间资源，发射定向窄波束通信信号，完成群组节点间数据通信组网，将感知周期内产生的数据在相邻的通信周期及时发送出去，以达成多节点通过高速率、高带宽、低时延的数据传输进行实时数据共享感知、同步分析以及高效数据通信的目的。

本发明的技术方案是使用少部分多天线传感器天线作为通信功能天线，与感知功能阵列天线采用系统资源时分、频分、空分调度方式工作，完成多节点实时数据共享感知，低延时、高带宽数据共享过程。

系统组网中，考虑单簇支持10个通信节点，每个节点具备四个天线阵面，每阵面除正常用于感知的阵列天线外，少部分阵列天线用作通信功能，提供一个可捷变定向10°窄波束，可捷变指向范围是90°范围内、或120°范围内。群组内节点均为TDMA同步通信系统，全网同步时钟参考北斗时钟输入及节点本身的时钟源。

以节点指向方向为参考，左前天线阵面定义为阵面1，则顺时针方向依次为阵面2、阵面3、阵面4，定义一个感知与通信调度周期为100ms。如图1所示，以系统基准时钟T时刻为参考点，T~（T+X ms）是阵面1、3的通信周期窗口，这个周期内阵面1、3进行通信。与此同时，阵面2、4处于感知状态。（T+Xms）~(T+100ms) 是阵面2、4的通信周期窗口，这个周期内阵面2、4进行通信。与此同时，阵面1、3处于感知状态。

相背阵面由于背波干扰问题，需要保持同收同发。其中，X取值范围由感知与通信任务需求灵活配置划分，默认感知50ms：通信50ms，具体的感知及通信占用时间，取决于通信任务需求中的源节点、目的节点及转发节点的资源协商结果。在此100ms工作周期内，感知与通信任务分别占用时间资源进行分时工作，达到避免同频干扰问题，如图2所示。在系统感知与通信过程中，任一感知周期内形成的数据会在其后一个相邻的通信周期内及时的发送至目标邻节点进行数据共享。

为使群组各节点间能够保持工作同步且系统通信及感知资源规律可控，系统设计为T时刻以及T+n×100ms，为通信工作周期开始时刻，即全网节点遵循每个感知与通信调度周期100ms进行感知与通信阵面切换。

本发明涉及的一种多面相控阵雷达通信多功能资源调度系统，包括：多天线传感器节点、一体化调度模块、高速数据传输及调制解调模块、网络管理模块、感知管理模块；每个节点具备多个天线阵面，在传感器主阵面中选取部分辅阵面，作为通信用天线，即通信辅阵天线，提供一个可捷变定向窄波束；通信辅阵天线后端连接高速数据传输及调制解调模块，完成基础无线通信功能；多个高速数据传输及调制解调模块接入网络管理模块；传感器阵面连接波束赋形模块、感知管理模块，与网络管理模块共同受控于感知与通信一体化调度模块。

可捷变定向窄波束为可捷变定向10°窄波束，可捷变指向范围是90°范围内、或120°范围内。群组内节点均为同步通信系统，全网同步时钟参考北斗时钟输入及节点本身的时钟源。

为使群组各节点间能够保持工作同步且系统通信及感知资源规律可控，系统设计为T时刻以及T+n×Kms，为通信工作周期开始时刻，即全网节点遵循每个感知与通信调度周期K毫秒进行感知与通信阵面切换，其中，T为系统基准时钟，n为正整数，一个感知与通信调度周期为K毫秒。

当每个节点具备四个天线阵面时，以节点指向方向为参考，左前天线阵面定义为阵面1，则顺时针方向依次为阵面2、阵面3、阵面4，定义一个感知与通信调度周期为100ms。如图1所示，以系统基准时钟T时刻为参考点，T~（T+X ms）是阵面1、3的通信周期窗口，这个周期内阵面1、3进行通信。与此同时，阵面2、4处于感知状态。（T+Xms）~(T+100ms) 是阵面2、4的通信周期窗口，这个周期内阵面2、4进行通信。与此同时，阵面1、3处于感知状态。

相背阵面由于背波干扰问题，需要保持同收同发。其中，X取值范围由感知与通信任务需求灵活配置划分，默认感知50ms：通信50ms，具体的感知及通信占用时间，取决于通信任务需求中的源节点、目的节点及转发节点的资源协商结果。针对同一个天线阵面，在此100ms工作周期内，感知与通信任务分别占用时间资源进行分时工作，达到避免多任务冲突问题，如图2所示。在系统感知与通信过程中，任一感知周期内形成的数据会在相邻阵面的通信周期内及时的发送至目标邻节点进行数据共享。

本发明涉及的一种多面相控阵雷达通信多功能资源调度方法，步骤如下：

步骤1、节点具备多阵面，传感器感知与通信共用天线阵面，同一时刻，感知与通信占用不同阵面。

步骤1.1、节点具备多阵面，针对每个传感器主阵面中选取部分辅阵面，作为通信用天线，即通信辅阵天线。

步骤1.2、通信辅阵天线后端连接高速数据传输及调制解调模块完成基础无线通信功能。

步骤1.3、与多个通信辅阵天线连接的多个高速数据传输及调制解调模块接入网络管理模块。

步骤1.4、传感器阵面连接波束赋形模块，与网络管理模块共同受控于感知与通信一体化调度模块。

步骤1.5、同一时刻，感知与通信占用不同阵面，当每个传感器节点具备四个天线阵面时，以节点指向方向为参考，左前天线阵面定义为阵面1，则顺时针方向依次为阵面2、阵面3、阵面4，定义一个感知与通信调度周期为Kms；以系统基准时钟T时刻为参考点，T~（T+X ms）是阵面1、3的通信周期窗口，这个周期内阵面1、3进行通信；与此同时，阵面2、4处于感知状态；（T+Xms）~(T+Kms) 是阵面2、4的通信周期窗口，这个周期内阵面2、4进行通信；与此同时，阵面1、3处于感知状态。

步骤1.6、对通信辅阵天线进行时分调度以及节点间控制消息交互、共享数据传输。

步骤2、针对同一阵面，节点感知任务与通信任务采用时分方式占用不同时间周期，避免感知射频与通信射频的相互干扰。

步骤2.1、一体化调度模块编制感知任务与通信任务的工作时间周期，控制感知与通信的工作时序。

步骤2.2、感知管理模块根据感知任务需求遵循一体化调度模块制定的工作时序策略完成节点间感知协同。

步骤2.3、网络管理模块根据通信网络业务需求完成网络内节点间系统资源协商，制定通信工作时序上报一体化调度模块，遵循一体化调度模块制定的工作时序策略完成通信数据共享。

步骤3、通信周期内，系统资源分配划分为静态资源和动态资源。

配置部分时隙资源固定用作系统控制、网络维护、业务资源协商，该部分资源作为静态资源长期存在。其它未固定分配资源作为动态的业务资源，使用与否取决于节点间业务资源协商结果进行占用或释放。

步骤3.1、一个无线帧的长度为100ms，其中前10ms（无线子帧0）为静态资源，用于网络建立及维护使用。

步骤3.2、时隙号为偶数的时隙均作为分组控制消息发送。时隙号为奇数的时隙，以及无线子帧1、2、3、4中的时隙资源为动态资源，可以用来作为业务资源进行分配。

步骤3.3、无线子帧5、6、7、8、9的时隙资源用来作为传感器感知工作周期。

步骤3.4、阵面1、3的感知通信调度周期，与阵面2、4的感知与通信调度周期相差50ms。即确保阵面1、3在进行通信的时间内，阵面2、4处于感知工作周期；阵面1、3在进行感知的时间内，阵面2、4处于通信工作周期。

步骤4、网络动态资源的协商过程由一体化调度模块根据网络业务需求触发本地网络管理模块，由本节点向目的节点发起资源协商过程。

过程中根据网络拓扑情况、路由选择情况，可能会经过转发节点或直达目的节点。

步骤4.1、在业务触发节点，无线资源管理模块收到一体化调度模块的业务预警，包含业务的参数：业务类型，目的节点id。

步骤4.2、无线资源管理模块为本业务分配无线接入承载RABid，RABid中包含业务触发节点信息，业务类型。

步骤4.3、之后使用目的节点id调用路由协议，路由协议返回路由集：路由域id，本端接口地址，下一跳节点id，下一跳接口地址，本次调用可返回1/3阵面域、2/4阵面域的路由集（路由集的选择策略在路由协议确定），1/3阵面域即1、3阵面通信周期，2/4阵面域即2、4阵面通信周期。

步骤4.4、无线资源管理模块使用RABid，业务类型，映射到业务Qos需要的无线参数上：业务需要的时隙个数，调制编码等级；再使用本地记录的本端接口地址的无线资源占用情况（对于固定占用的广播信道和之前分配的业务信道所使用的时隙不能再占用），分配本业务使用的时隙资源。

步骤4.5、然后无线资源管理模块组织资源分配请求消息，在本节点的1/3阵面域及2/4阵面域的物理广播信道，将资源请求消息发送到本端接口地址对应的天线阵面（下一跳节点和阵面广播空间内的所有节点都可以收到）。

步骤4.6、节点收到广播消息后，在广播消息中发现有无线资源请求消息，将消息转发到无线资源管理模块。当本节点不是本次资源分配的目的节点时，无线资源管理模块将资源分配过程挂起，在本次资源分配未结束前，不发起本节点触发业务的资源分配过程，作为转发节点时，向上一跳的资源分配节点返回资源分配失败消息，即资源分配过程在一跳可见内闭锁。

步骤4.7、当本节点是本次资源分配的目的节点时，检查本节点上本端口的时隙资源状态与收到消息中的状态是否一致，当一致时优先使用上一跳节点推荐的时隙资源，当不一致时，优先分配双方都认为空闲的时隙资源。

步骤4.8、在本地空闲资源不能满足本跳需要时，分配资源失败，向上一跳的源节点返回资源分配失败（带具体失败原因），资源分配过程在本节点结束。

步骤4.9、在上一跳资源满足需要，业务目的节点就是本节点时，向上一跳节点返回资源分配响应消息（带分配的资源信息）。

步骤4.10、在上一条资源满足需要，业务目的节点不是本节点时，无线资源管理模块分配下一条链路上的无线承载表示RABid，调用路由模块分配业务的下一跳路由，按照节点出路由方式分配下一跳节点的无线资源；然后广播无线资源请求消息到下一跳节点所在的区域。

步骤4.11、下一跳收到广播后，重复上述协商的过程，直到业务目的节点就是本节点，向上一跳返回分配响应消息；或者资源不能满足需要返回失败的分配响应消息。

窄波束协商业务建立过程如下：

（1）一体化调度模块向网络管理模块发出“业务建立请求消息”，网络管理模块按照业务目的节点编号，查询路由表，获得到目的节点的路由信息，路由信息中包含下一跳节点编号，网络管理模块内无线资源管理按照业务的Qos信息，预分配业务的无线资源，分配成功后组织“无线资源分配请求消息”，在自己与下一跳节点的窄波束发送时机，将消息定向发送到下一跳节点；

（2）下一跳节点收到“无线资源分配请求消息”后，向一体化调度模块使用消息“业务建立指示消息”；指示有新业务到达；然后校验消息中的预分配资源信息，与本节点资源信息比对，如果没有冲突使用上一跳预分配的资源，如果资源存在冲突，需要将冲突资源调整，以整体上满足业务资源需求。将调整后的资源信息状态进行标记，如果还存在路由上的下一跳，继续在下一跳上分配资源；在本节点及下一跳资源分配完成后，网络管理模块组织“无线资源分配响应消息”，将本端准备使用的无线资源通知到发起请求的节点，该消息使用定向窄波束发送。发送过程同前面描述。

（3）业务发起节点的网络管理模块收到“无线资源分配响应消息”后，比对自身预分配资源，下一跳节点分配资源，在比较确认下一跳分配资源可用后，将最终选取的资源再通过广播，使用消息“无线资源分配确认消息”，将消息通知到下一跳节点。资源分配过程完成，业务源节点的网络管理模块向一体化调度模块返回“业务建立响应消息”；业务转发节点和业务目的节点上网络管理模块向一体化调度模块发送“业务建立确认消息”。

（4）经过以上的资源分配过程，协商完成无线资源，各节点内的一体化调度模块，网络管理模块间已经准备好用于数据数据传输的各种路径和资源；源节点的一体化调度模块可以开始进行业务发送。

本发明的有益效果是：

本发明可以使单簇10（及以内）节点的群组之间，利用传感器天线阵面通过同频段的定向窄波束完成各节点全部阵面的自组织网络建立，及任意节点之间的以定向射频波束为载体的高速数据传输。建网过程及通信过程有效降低被侦测、被干扰概率；系统工作过程有效降低网络系统内感知任务与通信任务的同频干扰问题；在系统感知与通信过程中，任一感知周期内以50ms的时间颗粒形成的数据会在其后一个相邻的50ms通信周期内及时的发送至目标邻节点进行数据共享。同时配合高速率传输调制解调以及高效系统资源分配机制，为群组节点间提供高速率、高带宽、低时延的数据实时传输通道，达成节点间高速数据共享感知及分析的目的。

附图说明

图1 感知通信调度周期划分

图2 感知与通信调度周期排布

图3 感知与通信协同系统功能框架

图4 资源分配调度流程

图5 窄波束协商业务建立过程

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明的技术方案是使用少部分多天线传感器天线作为通信功能天线，与感知功能阵列天线采用系统资源时分、频分、空分调度方式工作，完成多节点实时数据共享感知，低延时、高带宽数据共享过程。

系统组网中，考虑单簇支持10个通信节点，每个节点具备四个天线阵面，每阵面除正常用于感知的阵列天线外，少部分阵列天线用作通信功能，提供一个可捷变定向10°窄波束，可捷变指向范围是90°范围内、或120°范围内。群组内节点均为同步通信系统，全网同步时钟参考北斗时钟输入及节点本身的时钟源。

以节点指向方向为参考，左前天线阵面定义为阵面1，则顺时针方向依次为阵面2、阵面3、阵面4，定义一个感知与通信调度周期为100ms。如图1所示，以系统基准时钟T时刻为参考点，T~（T+X ms）是阵面1、3的通信周期窗口，这个周期内阵面1、3进行通信。与此同时，阵面2、4处于感知状态。（T+Xms）~(T+100ms) 是阵面2、4的通信周期窗口，这个周期内阵面2、4进行通信。与此同时，阵面1、3处于感知状态。

相背阵面由于背波干扰问题，需要保持同收同发。其中，X取值范围由感知与通信任务需求灵活配置划分，默认感知50ms：通信50ms，具体的感知及通信占用时间，取决于通信任务需求中的源节点、目的节点及转发节点的资源协商结果。针对同一个天线阵面，在此100ms工作周期内，感知与通信任务分别占用时间资源进行分时工作，达到避免多任务冲突问题，如图2所示。在系统感知与通信过程中，任一感知周期内形成的数据会在相邻阵面的通信周期内及时的发送至目标邻节点进行数据共享。

为使群组各节点间能够保持工作同步且系统通信及感知资源规律可控，系统设计为T时刻以及T+n×100ms，为通信工作周期开始时刻，即全网节点遵循每个感知与通信调度周期100ms进行感知与通信阵面切换。

本发明涉及的一种多面相控阵雷达通信多功能资源调度系统，包括：多天线传感器节点，每个节点具备四个天线阵面，每阵面除正常用于感知的阵列天线外，少部分阵列天线用作通信功能，提供一个可捷变定向10°窄波束，可捷变指向范围是90°范围内、或120°范围内。群组内节点均为TDMA同步通信系统，全网同步时钟参考北斗时钟输入及节点本身的时钟源。

以节点指向方向为参考，左前天线阵面定义为阵面1，则顺时针方向依次为阵面2、阵面3、阵面4，定义一个感知与通信调度周期为100ms。如图1所示，以系统基准时钟T时刻为参考点，T~（T+X ms）是阵面1、3的通信周期窗口，这个周期内阵面1、3进行通信。与此同时，阵面2、4处于感知状态。（T+Xms）~(T+100ms) 是阵面2、4的通信周期窗口，这个周期内阵面2、4进行通信。与此同时，阵面1、3处于感知状态。

相背阵面由于背波干扰问题，需要保持同收同发。其中，X取值范围由感知与通信任务需求灵活配置划分，默认感知50ms：通信50ms，具体的感知及通信占用时间，取决于通信任务需求中的源节点、目的节点及转发节点的资源协商结果。针对同一个天线阵面，在此100ms工作周期内，感知与通信任务分别占用时间资源进行分时工作，达到避免多任务冲突问题，如图2所示。在系统感知与通信过程中，任一感知周期内形成的数据会在相邻阵面的通信周期内及时的发送至目标邻节点进行数据共享。

为使群组各节点间能够保持工作同步且系统通信及感知资源规律可控，系统设计为T时刻以及T+n×100ms，为通信工作周期开始时刻，即全网节点遵循每个感知与通信调度周期100ms进行感知与通信阵面切换。

本发明涉及的一种多面相控阵雷达通信多功能资源调度方法，步骤如下：

步骤1、节点具备多阵面，传感器感知与通信共用天线阵面，同一时刻，感知与通信占用不同阵面。

步骤1.1、节点具备多阵面，针对每个传感器主阵面中选取部分辅阵面，作为通信用天线，即通信辅阵天线。

步骤1.2、通信辅阵天线后端连接高速数据传输及调制解调模块完成基础无线通信功能。

步骤1.3、与多个通信辅阵天线连接的多个高速数据传输及调制解调模块接入网络管理模块。

步骤1.4、传感器阵面连接波束赋形模块，与网络管理模块共同受控于感知与通信一体化调度模块。

步骤1.5、同一时刻，感知与通信占用不同阵面，当每个传感器节点具备四个天线阵面时，以节点指向方向为参考，左前天线阵面定义为阵面1，则顺时针方向依次为阵面2、阵面3、阵面4，定义一个感知与通信调度周期为Kms；以系统基准时钟T时刻为参考点，T~（T+X ms）是阵面1、3的通信周期窗口，这个周期内阵面1、3进行通信；与此同时，阵面2、4处于感知状态；（T+Xms）~(T+Kms) 是阵面2、4的通信周期窗口，这个周期内阵面2、4进行通信；与此同时，阵面1、3处于感知状态。

步骤1.6、对通信辅阵天线进行时分调度以及节点间控制消息交互、共享数据传输。

步骤2、针对同一阵面，节点感知任务与通信任务采用时分方式占用不同时间周期，避免感知射频与通信射频的相互干扰。

步骤2.1、一体化调度模块编制感知任务与通信任务的工作时间周期，控制感知与通信的工作时序。

步骤2.2、感知管理模块根据感知任务需求遵循一体化调度模块制定的工作时序策略完成节点间感知协同。

步骤2.3、网络管理模块根据通信网络业务需求完成网络内节点间系统资源协商，制定通信工作时序上报一体化调度模块，遵循一体化调度模块制定的工作时序策略完成通信数据共享。

步骤3、通信周期内，系统资源分配划分为静态资源和动态资源。

配置部分时隙资源固定用作系统控制、网络维护、业务资源协商，该部分资源作为静态资源长期存在。其它未固定分配资源作为动态的业务资源，使用与否取决于节点间业务资源协商结果进行占用或释放。

步骤3.1、一个无线帧的长度为100ms，其中前10ms（无线子帧0）为静态资源，用于网络建立及维护使用。

步骤3.2、时隙号为偶数的时隙均作为分组控制消息发送。时隙号为奇数的时隙，以及无线子帧1、2、3、4中的时隙资源为动态资源，可以用来作为业务资源进行分配。

步骤3.3、无线子帧5、6、7、8、9的时隙资源用来作为传感器感知工作周期。

步骤3.4、阵面1、3的感知通信调度周期，与阵面2、4的感知与通信调度周期相差50ms。即确保阵面1、3在进行通信的时间内，阵面2、4处于感知工作周期；阵面1、3在进行感知的时间内，阵面2、4处于通信工作周期。

步骤4、网络动态资源的协商过程由一体化调度模块根据网络业务需求触发本地网络管理模块，由本节点向目的节点发起资源协商过程。

过程中根据网络拓扑情况、路由选择情况，可能会经过转发节点或直达目的节点。

步骤4.1、在业务触发节点，无线资源管理模块收到一体化调度模块的业务预警，包含业务的参数：业务类型，目的节点id。

步骤4.2、无线资源管理模块为本业务分配无线接入承载RABid，RABid中包含业务触发节点信息，业务类型。

步骤4.3、之后使用目的节点id调用路由协议，路由协议返回路由集：路由域id，本端接口地址，下一跳节点id，下一跳接口地址，本次调用可返回1/3阵面域、2/4阵面域的路由集（路由集的选择策略在路由协议确定），1/3阵面域即1、3阵面通信周期，2/4阵面域即2、4阵面通信周期。

步骤4.4、无线资源管理模块使用RABid，业务类型，映射到业务Qos需要的无线参数上：业务需要的时隙个数，调制编码等级；再使用本地记录的本端接口地址的无线资源占用情况（对于固定占用的广播信道和之前分配的业务信道所使用的时隙不能再占用），分配本业务使用的时隙资源。

步骤4.5、然后无线资源管理模块组织资源分配请求消息，在本节点的1/3阵面域及2/4阵面域的物理广播信道，将资源请求消息发送到本端接口地址对应的天线阵面（下一跳节点和阵面广播空间内的所有节点都可以收到）。

步骤4.6、节点收到广播消息后，在广播消息中发现有无线资源请求消息，将消息转发到无线资源管理模块。当本节点不是本次资源分配的目的节点时，无线资源管理模块将资源分配过程挂起，在本次资源分配未结束前，不发起本节点触发业务的资源分配过程，作为转发节点时，向上一跳的资源分配节点返回资源分配失败消息，即资源分配过程在一跳可见内闭锁。

步骤4.7、当本节点是本次资源分配的目的节点时，检查本节点上本端口的时隙资源状态与收到消息中的状态是否一致，当一致时优先使用上一跳节点推荐的时隙资源，当不一致时，优先分配双方都认为空闲的时隙资源。

步骤4.8、在本地空闲资源不能满足本跳需要时，分配资源失败，向上一跳的源节点返回资源分配失败（带具体失败原因），资源分配过程在本节点结束。

步骤4.9、在上一跳资源满足需要，业务目的节点就是本节点时，向上一跳节点返回资源分配响应消息（带分配的资源信息）。

步骤4.10、在上一条资源满足需要，业务目的节点不是本节点时，无线资源管理模块分配下一条链路上的无线承载表示RABid，调用路由模块分配业务的下一跳路由，按照节点出路由方式分配下一跳节点的无线资源；然后广播无线资源请求消息到下一跳节点所在的区域。

步骤4.11、下一跳收到广播后，重复上述协商的过程，直到业务目的节点就是本节点，向上一跳返回分配响应消息；或者资源不能满足需要返回失败的分配响应消息。

窄波束协商业务建立过程如下：

（1）一体化调度模块向网络管理模块发出“业务建立请求消息”，网络管理模块按照业务目的节点编号，查询路由表，获得到目的节点的路由信息，路由信息中包含下一跳节点编号，网络管理模块内无线资源管理按照业务的Qos信息，预分配业务的无线资源，分配成功后组织“无线资源分配请求消息”，在自己与下一跳节点的窄波束发送时机，将消息定向发送到下一跳节点；

（2）下一跳节点收到“无线资源分配请求消息”后，向一体化调度模块使用消息“业务建立指示消息”；指示有新业务到达；然后校验消息中的预分配资源信息，与本节点资源信息比对，如果没有冲突使用上一跳预分配的资源，如果资源存在冲突，需要将冲突资源调整，以整体上满足业务资源需求。将调整后的资源信息状态进行标记，如果还存在路由上的下一跳，继续在下一跳上分配资源；在本节点及下一跳资源分配完成后，网络管理模块组织“无线资源分配响应消息”，将本端准备使用的无线资源通知到发起请求的节点，该消息使用定向窄波束发送。发送过程同前面描述。

（3）业务发起节点的网络管理模块收到“无线资源分配响应消息”后，比对自身预分配资源，下一跳节点分配资源，在比较确认下一跳分配资源可用后，将最终选取的资源再通过广播，使用消息“无线资源分配确认消息”，将消息通知到下一跳节点。资源分配过程完成，业务源节点的网络管理模块向一体化调度模块返回“业务建立响应消息”；业务转发节点和业务目的节点上网络管理模块向一体化调度模块发送“业务建立确认消息”。

（4）经过以上的资源分配过程，协商完成无线资源，各节点内的一体化调度模块，网络管理模块间已经准备好用于数据数据传输的各种路径和资源；源节点的一体化调度模块可以开始进行业务发送。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种多面相控阵雷达通信多功能资源调度系统，其特征在于，该系统包括：多天线传感器节点、一体化调度模块、高速数据传输及调制解调模块、网络管理模块、感知管理模块；每个节点具备多个天线阵面，在传感器主阵面中选取部分辅阵面，作为通信用天线，即通信辅阵天线，提供一个可捷变定向窄波束；通信辅阵天线后端连接高速数据传输及调制解调模块，完成基础无线通信功能；多个高速数据传输及调制解调模块接入网络管理模块；传感器阵面连接波束赋形模块、感知管理模块，与网络管理模块共同受控于感知与通信一体化调度模块。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，可捷变定向窄波束为可捷变定向10°窄波束，可捷变指向范围是90°范围内、或120°范围内；群组内节点均为同步通信系统，全网同步时钟参考北斗时钟输入及节点本身的时钟源。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，为使群组各节点间能够保持工作同步且系统通信及感知资源规律可控，系统设计为T时刻以及T+n×Kms，为通信工作周期开始时刻，即全网节点遵循每个感知与通信调度周期K毫秒进行感知与通信阵面切换，其中，T为系统基准时钟，n为正整数，一个感知与通信调度周期为K毫秒。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当每个传感器节点具备四个天线阵面时，以节点指向方向为参考，左前天线阵面定义为阵面1，则顺时针方向依次为阵面2、阵面3、阵面4，定义一个感知与通信调度周期为Kms；以系统基准时钟T时刻为参考点，T~（T+X ms）是阵面1、3的通信周期窗口，这个周期内阵面1、3进行通信；与此同时，阵面2、4处于感知状态；（T+Xms）~(T+Kms) 是阵面2、4的通信周期窗口，这个周期内阵面2、4进行通信；与此同时，阵面1、3处于感知状态。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，相背阵面由于背波干扰问题，需要保持同收同发；其中，X取值范围由感知与通信任务需求灵活配置划分，具体的感知及通信占用时间，取决于通信任务需求中的源节点、目的节点及转发节点的资源协商结果；针对同一个天线阵面，在此K毫秒工作周期内，感知与通信任务分别占用时间资源进行分时工作，达到避免多任务冲突问题，在系统感知与通信过程中，任一感知周期内形成的数据会在相邻阵面的通信周期内及时的发送至目标邻节点进行数据共享。

6.一种多面相控阵雷达通信多功能资源调度方法，其特征在于，该方法步骤如下：

步骤1、节点具备多阵面，传感器感知与通信共用天线阵面，同一时刻，感知与通信占用不同阵面；

步骤2、针对同一阵面，节点感知任务与通信任务采用时分方式占用不同时间周期，避免感知射频与通信射频的相互干扰；

步骤3、通信周期内，系统资源分配划分为静态资源和动态资源；

配置部分时隙资源固定用作系统控制、网络维护、业务资源协商，该部分资源作为静态资源长期存在；其它未固定分配资源作为动态的业务资源，使用与否取决于节点间业务资源协商结果进行占用或释放；

步骤4、网络动态资源的协商过程由一体化调度模块根据网络业务需求触发本地网络管理模块，由本节点向目的节点发起资源协商过程；

过程中根据网络拓扑情况、路由选择情况，可能会经过转发节点或直达目的节点。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤1包括如下步骤：

步骤1.1、节点具备多阵面，针对每个传感器主阵面中选取部分辅阵面，作为通信用天线，即通信辅阵天线；

步骤1.2、通信辅阵天线后端连接高速数据传输及调制解调模块完成基础无线通信功能；

步骤1.3、与多个通信辅阵天线连接的多个高速数据传输及调制解调模块接入网络管理模块；

步骤1.4、传感器阵面连接波束赋形模块，与网络管理模块共同受控于感知与通信一体化调度模块；

步骤1.5、同一时刻，感知与通信占用不同阵面，当每个传感器节点具备四个天线阵面时，以节点指向方向为参考，左前天线阵面定义为阵面1，则顺时针方向依次为阵面2、阵面3、阵面4，定义一个感知与通信调度周期为Kms；以系统基准时钟T时刻为参考点，T~（T+Xms）是阵面1、3的通信周期窗口，这个周期内阵面1、3进行通信；与此同时，阵面2、4处于感知状态；（T+Xms）~(T+Kms) 是阵面2、4的通信周期窗口，这个周期内阵面2、4进行通信；与此同时，阵面1、3处于感知状态；

步骤1.6、对通信辅阵天线进行时分调度以及节点间控制消息交互、共享数据传输。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤2包括如下步骤：

步骤2.1、一体化调度模块编制感知任务与通信任务的工作时间周期，控制感知与通信的工作时序；

步骤2.2、感知管理模块根据感知任务需求遵循一体化调度模块制定的工作时序策略完成节点间感知协同；

步骤2.3、网络管理模块根据通信网络业务需求完成网络内节点间系统资源协商，制定通信工作时序上报一体化调度模块，遵循一体化调度模块制定的工作时序策略完成通信数据共享。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤3包括如下步骤：

步骤3.1、一个无线帧的长度为100ms，其中前10ms，即无线子帧0，为静态资源，用于网络建立及维护使用；

步骤3.2、时隙号为偶数的时隙均作为分组控制消息发送；时隙号为奇数的时隙，以及无线子帧1、2、3、4中的时隙资源为动态资源，可以用来作为业务资源进行分配；

步骤3.3、无线子帧5、6、7、8、9的时隙资源用来作为传感器感知工作周期；

步骤3.4、阵面1、3的感知通信调度周期，与阵面2、4的感知与通信调度周期相差50ms；即确保阵面1、3在进行通信的时间内，阵面2、4处于感知工作周期；阵面1、3在进行感知的时间内，阵面2、4处于通信工作周期。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤4包括如下步骤：

步骤4.1、在业务触发节点，无线资源管理模块收到一体化调度模块的业务预警，包含业务的参数：业务类型，目的节点id；

步骤4.2、无线资源管理模块为本业务分配无线接入承载RABid，RABid中包含业务触发节点信息，业务类型；

步骤4.3、之后使用目的节点id调用路由协议，路由协议返回路由集：路由域id，本端接口地址，下一跳节点id，下一跳接口地址，本次调用可返回1/3阵面域、2/4阵面域的路由集，路由集的选择策略在路由协议确定，1/3阵面域即1、3阵面通信周期，2/4阵面域即2、4阵面通信周期；

步骤4.4、无线资源管理模块使用RABid，业务类型，映射到业务Qos需要的无线参数上：业务需要的时隙个数，调制编码等级；再使用本地记录的本端接口地址的无线资源占用情况，即，对于固定占用的广播信道和之前分配的业务信道所使用的时隙不能再占用，分配本业务使用的时隙资源；

步骤4.5、然后无线资源管理模块组织资源分配请求消息，在本节点的1/3阵面域及2/4阵面域的物理广播信道，将资源请求消息发送到本端接口地址对应的天线阵面，下一跳节点和阵面广播空间内的所有节点都可以收到；

步骤4.6、节点收到广播消息后，在广播消息中发现有无线资源请求消息，将消息转发到无线资源管理模块；当本节点不是本次资源分配的目的节点时，无线资源管理模块将资源分配过程挂起，在本次资源分配未结束前，不发起本节点触发业务的资源分配过程，作为转发节点时，向上一跳的资源分配节点返回资源分配失败消息，即资源分配过程在一跳可见内闭锁；

步骤4.7、当本节点是本次资源分配的目的节点时，检查本节点上本端口的时隙资源状态与收到消息中的状态是否一致，当一致时优先使用上一跳节点推荐的时隙资源，当不一致时，优先分配双方都认为空闲的时隙资源；

步骤4.8、在本地空闲资源不能满足本跳需要时，分配资源失败，向上一跳的源节点返回资源分配失败，其中，带具体失败原因，资源分配过程在本节点结束；

步骤4.9、在上一跳资源满足需要，业务目的节点就是本节点时，向上一跳节点返回资源分配响应消息，其中，带分配的资源信息；

步骤4.10、在上一条资源满足需要，业务目的节点不是本节点时，无线资源管理模块分配下一条链路上的无线承载表示RABid，调用路由模块分配业务的下一跳路由，按照节点出路由方式分配下一跳节点的无线资源；然后广播无线资源请求消息到下一跳节点所在的区域；

步骤4.11、下一跳收到广播后，重复上述协商的过程，直到业务目的节点就是本节点，向上一跳返回分配响应消息；或者资源不能满足需要返回失败的分配响应消息。

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