CN116562039B - 一种相控阵雷达调度模型仿真方法及仿真系统 - Google Patents

一种相控阵雷达调度模型仿真方法及仿真系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及相控阵雷达调度技术领域，公开了一种相控阵雷达调度模型仿真方法及仿真系统，方法包括步骤：根据相控阵雷达空域监视帧周期和每个调度周期内的空域波位编排数目，计算每个调度周期内需要安排例行搜索的平均数；结合各种类型事件的请求数量，计算当前各类波束请求数量总数；计算每个调度周期内的最大事件数目；按照跟踪事件、确认事件、失跟事件的顺序，按照比例分配各种类型波束的波位数量，计算下一调度周期内各类型波束请求最大被执行的数量；计算下一调度周期剩余的时间均安排例行搜索事件。本发明方法能够解决当波束请求数量很多时，有可能出现的搜索任务一直无法安排的问题。

Description

一种相控阵雷达调度模型仿真方法及仿真系统
技术领域
本发明涉及相控阵雷达技术领域，具体涉及一种相控阵雷达调度模型仿真方法及仿真系统。
背景技术
随着相控阵雷达技术的蓬勃发展，它已充分体现出灵活、快速和多功能的发现跟踪各类目标的能力。相控阵雷达的阵列天线在计算机控制下，能以微秒量级的时间形成和定位雷达波束，因此能在1s内形成上百个跟踪和搜索波束、并进行回波处理，使雷达能同时对多个目标交替进行搜索、跟踪、识别、抗干扰等工作方式的操作。由于每个雷达动作如搜索和跟踪，都将消耗不同的雷达资源，而雷达资源又是有限的，尤其是时间资源，因此，如何分配和使用这些资源，将对发挥相控阵雷达的巨大潜力有着重要的意义。灵活的波束扫描和先进的事件调度是相控阵雷达优越性的重要体现，也是它与其他类型雷达相区别的重要特征。
雷达事件调度按照一定的原则，在每个时刻决定波束的指向和待执行的事件类型。REB(Radar Event Block)称为一个雷达任务块，是雷达处理的最基本单元，即一个雷达调度事件。在各个调度事件内，雷达发射的脉冲数目和脉冲波形是不相同的，所以占用的时间和能量资源也不尽相同。
发明内容
技术目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种相控阵雷达调度模型仿真方法及仿真系统，其给出了相控阵雷达的仿真流程，便于对相控阵的理解，使工程实践有更多的参考依据，且能够解决现有仿真方法中当波束请求数量很多时，有可能出现搜索任务一直无法安排的问题。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：
一种相控阵雷达调度模型仿真方法，其特征在于，仿真之前，执行如下步骤，计算出各种雷达事件在每个调度周期内要实际执行的数目：
S1、根据相控阵雷达空域监视帧周期，结合每个调度周期内的空域波位编排数目，计算出每个调度周期内需要安排例行搜索事件的平均数NSRB，即：
其中，Ts为雷达事件调度周期，Nbeam为空域波位编排数目，Tscan为空域监视帧周期，表示向上取整操作；
S2、根据步骤S1获得的每个调度周期内需要安排例行搜索事件的平均数NSRB，以及各种类型事件的请求数量，计算当前各类波束请求数量总数Ntotal，即：
其中，i＝1,2,3,4，分别代表跟踪事件、确认事件、失踪事件和空闲事件；Ni表示i类型事件的请求数量；
S3、计算每个调度周期内的最大事件数目Nmax，即：
其中，表示向下取整操作，Tdwell表示固定长度的波束驻留时间；
按照跟踪事件、确认事件、失踪事件的顺序，且按照比例分配各种类型波束的波位数量，计算下一调度周期内各类型波束请求最大被执行的数量，即：
NTRB为跟踪事件波束请求最大被执行的数量、NCRB为确认事件波束请求最大被执行的数量、NLRB为失踪事件波束请求最大被执行的数量；
S4、根据步骤S3的处理结果，计算下一调度周期剩余的时间均安排例行搜索事件即：
其中，为下一调度周期实际安排的例行搜索事件。
优选地，步骤S3中，若NTRB+NCRB+NLRB>Nmax，则实际执行的数目为
优选地，步骤S4中，若下一调度周期还有剩余时间，均安排空闲事件，用于填满整个调度周期。
优选地，包括如下自适应仿真流程：
(1)、按照静态优先级由高至低的顺序，逐个选择链表，一个链表中安排同一种类型的雷达事件，其中，所述静态优先级用于表示不同类型雷达事件之间的优先级，雷达事件的类型包括静态优先级由高到低的跟踪事件、确认事件、失踪事件和搜索事件；
(2)、根据当前时间，更新当前所选链表中的所有雷达事件的动态优先级，其中，所述动态优先级用于表示同一类型的多个雷达事件之间的优先级；
(3)、剔除所选链表中动态优先级为0的雷达事件；
(4)、判断所选链表中是否存在动态优先级不为0的雷达事件，若不存在，则进入步骤(6)；
若存在，则按照动态优先级由大到小的顺序选择动态优先级最大的不为0的雷达事件，并判断所选雷达事件是否不是没有实质内容的事件且满足预设的约束条件，若是，则安排执行并刷新仿真时间，若否，则将所选雷达事件的动态优先级设置为0；
(5)、所选雷达事件执行完毕后，判断仿真时间是否结束，若仿真时间未结束，则返回步骤(4)，若仿真时间结束，进入步骤(6)；
(6)、完成当前链表的调度，返回步骤(1)，选择下一个链表。
一种相控阵雷达调度模型仿真系统，其特征在于：采用所述仿真方法调度雷达事件。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明相控阵雷达调度模型仿真方法，能够解决当波束请求数量很多时，有可能出现搜索任务一直无法安排的问题。
附图说明
图1为本发明提出一种相控阵雷达调度模型仿真方法的流程图；
图2为计算出各种雷达事件在每个调度周期内要实际执行的数目的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细的说明。
一般地，相控阵雷达中包括4种雷达任务类型，分别对应不同的雷达任务块，即：搜索请求块(SRB，Search Request Block)、确认请求块(CRB，Confirm Request Block)、跟踪请求块(TRB，Track Request Block)、失踪处理请求块(LRB，Lost-process RequestBlock)，具体为：
1、确认任务(CRB)，是根据搜索事件结果对产生的新起始航迹进行N次探测确认，以确认目标是否是虚假的，同时建立搜索到跟踪的过程，完成距离维和角度维跟踪回路(包括方位、俯仰二维)的闭合。
2、跟踪任务(TRB)，是对已经确认的航迹按照给定的数据率进行跟踪照射和航迹关联处理。
3、失踪任务(LRB)，是对失踪目标进行补充搜索，通常以申请位置为中心按照若干个波位。
4、搜索任务(SRB)，也称之为例行搜索或常规搜索，是以预设的扫描规律，在给定的时间内(即扫描帧周期)完成对监视空域(包括方位、俯仰二维)的波束扫描覆盖，并完成目标存在性判决的过程。
静态任务优先级如下表所示(1为最高优先级，2，3，4优先级依次减弱)
任务类型 优先级
跟踪事件 1
确认事件 2
失踪事件 3
搜索事件 4
仿真流程图如附图1所示。雷达调度中所有候选的雷达事件也称之为波束照射请求，该请求的来源一般有两个，搜索类请求来自于雷达的搜索波位编排模块，其它类型的请求来自于雷达数据处理模块。仿真过程中，雷达调度模块为每一个类型的事件都设置了一个请求链表，搜索照射请求链表由波位编排模块负责更新，其它链表由数据处理模块负责更新。
附图1给出了仿真中雷达自适应调度的处理流程。在每一次调度处理中，雷达按照静态优先级的顺序依次选择链表进行安排，只有当前链表中所有满足安排条件的事件被安排完毕，才进行下一个链表的安排。在安排每一个链表的事件时，每一次都需要根据更新后的当前调度时间实时计算刷新链表内事件的动态优先级，并剔除其中动态优先级小于0的事件，因为根据前面的动态优先级计算方法可知，优先级小于0的事件实质上已经“过期”，没有安排的可能。找出链表中优先级最大的事件后，对其进行约束条件的判定，如果满足则最终安排，再继续刷新优先级选择事件；否则该事件不适合当前被安排，将其优先级设为0，等待后续考虑。
当前调度时间从调度间隔的起点时刻开始，直到调度间隔的终点结束，它表征了调度间隔内已经被安排的长度。
图1所示自适应调度仿真流程，包括步骤：
(1)、按照静态优先级由高至低的顺序，逐个选择链表，一个链表中安排同一种类型的雷达事件，其中，所述静态优先级用于表示不同类型雷达事件之间的优先级，雷达事件的类型包括静态优先级由高到低的跟踪事件、确认事件、失踪事件和搜索事件；
(2)、根据当前时间，更新当前所选链表中的所有雷达事件的动态优先级，其中，所述动态优先级用于表示同一类型的多个雷达事件之间的优先级；
(3)、剔除所选链表中动态优先级为0的雷达事件；
(4)、判断所选链表中是否存在动态优先级不为0的雷达事件，若不存在，则进入步骤(6)；
若存在，则按照动态优先级由大到小的顺序选择动态优先级最大的不为0的雷达事件，并判断所选雷达事件是否不是没有实质内容的事件且满足预设的约束条件，若是，则安排执行并刷新仿真时间，若否，则将所选雷达事件的动态优先级设置为0；
(5)、所选雷达事件执行完毕后，判断仿真时间是否结束，若仿真时间未结束，则返回步骤(4)，若仿真时间结束，进入步骤(6)；
(6)、完成当前链表的调度，返回步骤(1)，选择下一个链表。
如图1所示，在每一次调度处理中，雷达按照静态优先级的顺序依次选择链表进行安排，只有当前链表中所有满足安排条件的事件被安排完毕，才进行下一个链表的安排。结合表格中给出的优先级排序，当跟踪、确认、失踪三种类型的波束请求数量很多时，有可能出现搜索任务一直无法安排的情况。
进一步在附图1所示的仿真流程的基础上进行一定程度的修正，即事先计算出各种雷达事件在每个调度周期内要实际执行的数目，如图2所示，具体包括四个步骤：
1、根据相控阵雷达空域监视帧周期，结合每个调度周期内的、空域波位编排数目，计算出每个调度周期内需要安排例行搜索的平均数，即
其中，Ts、Nbeam、Tscan分别为雷达事件调度周期、空域波位编排数目和空域监视帧周期，代表向上取整操作。
2、计算当前各类波束请求数量总数，即
其中，i＝1,2,3,4，分别代表跟踪事件、确认事件、失踪事件和空闲事件，空闲事件指的是雷达不做任何工作，处于静默状态，Ni表示i类型的事件/波束请求数量，是在仿真前人为设置的，一般默认为50。
3、按照比例分配各种类型波束的波位数量，从而在考虑静态优先级顺序的基础上，兼顾各类波束请求数量，以实现多种类型的任务。首先计算每个调度周期内的最大事件数目，注意在仿真中假设采用了固定长度的波束驻留时间，则
其中，代表向下取整操作，Tdwell表示仿真使用的固定长度的波束驻留时间。
分别按照跟踪事件(TRB)、确认事件(CRB)、失踪事件(LRB)的顺序，安排下一调度周期内各类型波束请求最大被执行的数量，即
需要注意的是，如果上述最大被执行的数量超过当前各类型波束请求数量，即若NTRB+NCrB+NLRB>Nmax，则实际被执行的数目为请求数量。
4.下一调度周期剩余的时间均安排例行搜索事件，即
其中，是下一调度周期实际安排的例行搜索事件的数量，区别于每个调度周期内需要安排例行搜索的平均数NSRB。因为上述考虑了向上、向下取整操作，如果下一调度周期还有剩余时间的话，均安排空闲事件，以填满整个调度周期。
按照上述步骤1-4的方法，确定仿真方法中各个调度周期内的雷达任务的安排。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种相控阵雷达调度模型仿真方法，其特征在于，仿真之前，执行如下步骤，计算出各种雷达事件在每个调度周期内要实际执行的数目：
S1、根据相控阵雷达空域监视帧周期，结合每个调度周期内的空域波位编排数目，计算出每个调度周期内需要安排例行搜索事件的平均数NSRB，即：
其中，Ts为雷达事件调度周期，Nbeam为空域波位编排数目，Tscan为空域监视帧周期，表示向上取整操作；
S2、根据步骤S1获得的每个调度周期内需要安排例行搜索事件的平均数NSRB，以及各种类型事件的请求数量，计算当前各类波束请求数量总数Ntotal，即：
其中，i＝1,2,3,4，分别代表跟踪事件、确认事件、失踪事件和空闲事件；Ni表示i类型事件的请求数量；
S3、计算每个调度周期内的最大事件数目Nmax，即：
其中，表示向下取整操作，Tdwell表示固定长度的波束驻留时间；
按照跟踪事件、确认事件、失踪事件的顺序，且按照比例分配各种类型波束的波位数量，计算下一调度周期内各类型波束请求最大被执行的数量，即：
NTRB为跟踪事件波束请求最大被执行的数量、NCRB为确认事件波束请求最大被执行的数量、NLRB为失踪事件波束请求最大被执行的数量；
S4、根据步骤S3的处理结果，计算下一调度周期剩余的时间均安排例行搜索事件即：
其中，为下一调度周期实际安排的例行搜索事件；
所述仿真方法包括如下自适应仿真流程：
(1)、按照静态优先级由高至低的顺序，逐个选择链表，一个链表中安排同一种类型的雷达事件，其中，所述静态优先级用于表示不同类型雷达事件之间的优先级，雷达事件的类型包括静态优先级由高到低的跟踪事件、确认事件、失踪事件和搜索事件；
(2)、根据当前时间，更新当前所选链表中的所有雷达事件的动态优先级，其中，所述动态优先级用于表示同一类型的多个雷达事件之间的优先级；
(3)、剔除所选链表中动态优先级为0的雷达事件；
(4)、判断所选链表中是否存在动态优先级不为0的雷达事件，若不存在，则进入步骤(6)；
若存在，则按照动态优先级由大到小的顺序选择动态优先级最大的不为0的雷达事件，并判断所选雷达事件是否不是没有实质内容的事件且满足预设的约束条件，若是，则安排执行并刷新仿真时间，若否，则将所选雷达事件的动态优先级设置为0；
(5)、所选雷达事件执行完毕后，判断仿真时间是否结束，若仿真时间未结束，则返回步骤(4)，若仿真时间结束，进入步骤(6)；
(6)、完成当前链表的调度，返回步骤(1)，选择下一个链表。
2.根据权利要求1所述的一种相控阵雷达调度模型仿真方法，其特征在于：步骤S3中，若NTRB+NCRB+NLRB>Nmax，则实际执行的数目为
3.根据权利要求1所述的一种相控阵雷达调度模型仿真方法，其特征在于：步骤S4中，若下一调度周期还有剩余时间，均安排空闲事件，用于填满整个调度周期。
4.一种相控阵雷达调度模型仿真系统，其特征在于：采用权利要求1-3任一所述仿真方法调度雷达事件。
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