DE102021100403A1

DE102021100403A1 - Verfahren zum Auswählen von Konfigurationen einer Aufgabe in einem Radar-Ressourcen Managementsystem und Radar-Ressourcen Managementsystem

Info

Publication number: DE102021100403A1
Application number: DE102021100403.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Brüggenwirth; Sebastian Durst; Pascal Marquardt
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2021-01-12
Filing date: 2021-01-12
Publication date: 2022-07-14

Abstract

Ein Beispiel eines Verfahrens zum Auswählen von Konfigurationen einer Aufgabe in einem Radar-Ressourcen Managementsystem, umfasst ein Auswählen einer Konfiguration der Aufgabe unter Berücksichtigung eines Verhältnisses einer Nützlichkeit zu einem Ressourcenverbrauch der Konfigurationen der Aufgabe, wobei die ausgewählte Konfiguration der Aufgabe eine Abfolge von Zugriffen auf eine Radar-Ressource beansprucht, in welcher zwischen zumindest einem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe die Möglichkeit des Zugriffs einer weiteren Aufgabe auf die Radar-Ressource besteht.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele befassen sich mit einem Verfahren und einem Computerprogramm zum Auswählen von Konfigurationen einer Aufgabe in einem Radar-Ressourcen Managementsystem und mit einem Radar-Ressourcen Managementsystem.
Hintergrund
Moderne Radarsysteme können eine Vielzahl von Aufgaben (englisch Tasks) quasi zeitgleich bearbeiten. In der Realität werden diese sequenziell abgearbeitet und ein Radar-Ressourcen Management System sorgt im Hintergrund dafür, dass von dem Radarsystem mit dessen begrenzten Ressourcen möglichst alle Aufgaben so abgearbeitet werden, dass das Ergebnis den gewünschten Qualitätsanforderungen entspricht. Beispiele für Aufgaben sind beispielsweise das Nachverfolgen eines bereits bekannten Ziels, das Suchen neuer Radarziele, aber auch Aufgaben, die mit einer Objektlokalisierung nicht unmittelbar zu tun haben, wie beispielsweise das Stören eines anderen Radarsystems. Jede der einzelnen Aufgaben kann prinzipiell mit mehreren möglichen Konfigurationen des Radarsystems erledigt werden. Beispielsweise kann die Aufgabe der Zielverfolgung mit unterschiedlichen Sendeleistungen oder einer unterschiedlichen Anzahl sich wiederholender Sende- und Empfangs Zyklen durchgeführt werden. Die Auswahl der verwendeten Konfiguration bestimmt auch die Genauigkeit des erzielten Ergebnisses. Die Nützlichkeit des Einsatzes der verwendeten Ressource kann gemäß einer prinzipiell willkürlichen Metrik berechnet werden.
Es ist erstrebenswert, die begrenzten Ressourcen des Radarsystems so zu verwenden, dass über alle Aufgaben betrachtet die Nützlichkeit optimal ist und gleichzeitig minimale Qualitätsansprüche an die Qualität des Ergebnisses für jede einzelne Aufgaben gewahrt bleiben. Diese Anforderung wird von dem Radar-Ressourcen-Management-System umgesetzt, das unter dem Gesichtspunkt der Maximierung der gesamten Nützlichkeit für das System für jede der zu erfüllenden Aufgaben eine der möglichen Konfigurationen auswählt. Die einzelnen Konfigurationen für das Radar System werden anschließend von einem Ressourcenplaner (englisch scheduler) zeitlich so geplant, dass sie sequenziell vom Radar System abgearbeitet werden können. Zu diesem Zweck hat sich für die Aufgabe der Optimierung das Modell der Quality of service based resource allocation (Q-RAM) etabliert. Gemäß diesem Ansatz wird zunächst für jede Aufgabe eine Liste mit sämtlichen möglichen Konfigurationen oder mit einer Teilauswahl der möglichen Konfigurationen des Radar Systems erstellt, die diese Aufgabe prinzipiell erfüllen können. Für jede dieser Konfigurationen wird einschließlich der Ressourcenverbrauch und die Nützlichkeit bestimmt. Dies erzeugt eine Darstellung (englisch embedding) der Aufgaben im Ressourcen-Nützlichkeit Raum. In diesem Raum wird dann eine konvexe Hüllenoperation durchgeführt, um aus allen Konfigurationen diejenige Untermenge zu bestimmen, die bei gegebenen Ressourcen-Verbrauch eine hohe Nützlichkeit aufweisen. Lediglich diese Konfigurationen werden aus Gründen der Effizienz für die weitere Optimierung verwendet und dazu für jede Aufgabe in jeweils einer Aufgabenliste (englisch job list) zusammengefasst. Der globale Optimierungsalgorithmus allokiert dann iterativ Ressourcen für jede Aufgabe, indem durch die Konfigurationen innerhalb jeder Aufgabenliste so lange iteriert wird, bis für jede Aufgabe eine Konfiguration bei maximal möglicher integraler Nützlichkeit ausgewählt ist.
Die sich daraus für jede Aufgabe ergebenden Konfigurationen werden nachfolgend an einen Aufgabenplaner übergeben, der diese zeitlich hintereinander anordnet, sodass das Radar System diese sequenziell abarbeiten kann. Aufgaben erfordern häufig eine längere kohärente Integrationsphase mit mehrfachen aufeinanderfolgenden Zugriffen auf die Radar-Ressource, beispielsweise einer Folge von mehreren Sende- und Empfangszyklen. Beispielsweise erfordert die Doppler-Prozessierung bei Zielverfolgungsaufgaben einen mehrfachen aufeinanderfolgenden Sende- und Empfangszyklus mit identischem zeitlichem Abstand, um zu vermeiden, dass eine darauffolgende FFT (Fast Fourier Transform) Analyse qualitativ schlechte Ergebnisse liefert, beispielsweise durch ein höheres Nebenkeulenniveau. Während der gesamten Folge ist das Radarsystem für die einzelne Aufgabe reserviert.
Beim bestehenden Radar-Ressourcen-Management besteht nach wie vor das Bedürfnis, die Ressourcen noch optimaler auszunutzen, um eine noch größere Anzahl an gleichzeitig zu bearbeitenden Aufgaben zu ermöglichen.
Zusammenfassung
Ein Ausführungsbeispiel befasst sich mit einem Verfahren zum Auswählen von Konfigurationen einer Aufgabe in einem Radar-Ressourcen Managementsystem. Gemäß dem Verfahren wird eine Konfiguration der Aufgabe unter Berücksichtigung eines Verhältnisses einer Nützlichkeit zu einem Ressourcenverbrauch der Konfigurationen der Aufgabe ausgewählt. Dabei beansprucht die ausgewählte Konfiguration der Aufgabe eine Abfolge von Zugriffen auf eine Radar-Ressource, in welcher zwischen zumindest einem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe die Möglichkeit des Zugriffs einer weiteren Aufgabe auf die Radar-Ressource besteht. Indem die ausgewählte Konfiguration die Radar-Ressource während des Durchführens der Aufgabe nicht wie herkömmlich exklusiv beansprucht, da zwischen zumindest einem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe die Möglichkeit des Zugriffs einer weiteren Aufgabe auf die Radar-Ressource besteht, kann die Radar-Ressource besser ausgenutzt werden. Dadurch kann beispielsweise eine höhere Anzahl von Aufgaben pro Zeitintervall durchgeführt werden, wenn beispielsweise eine weitere Aufgabe zwischen dem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe dieselbe Radar-Ressource nutzen kann.
Ein Ausführungsbeispiel eines Radar-Ressourcen Managementsystems mit den gleichen Wirkungen ist folglich ausgebildet zum Auswählen einer Konfiguration der Aufgabe unter Berücksichtigung eines Verhältnisses einer Nützlichkeit zu einem Ressourcenverbrauch der Konfigurationen der Aufgabe, wobei die ausgewählte Konfiguration der Aufgabe eine Abfolge von Zugriffen auf eine Radar-Ressource beansprucht, in welcher zwischen zumindest einem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe die Möglichkeit des Zugriffs einer weiteren Aufgabe auf die Radar-Ressource besteht.
Figurenliste
Einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Auswählen von Konfigurationen einer Aufgabe in einem Radar-Ressourcen Managementsystem;
2 eine graphische Darstellung einer zeitlichen Abfolge von Zugriffen auf eine Radar-Ressource;
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Radar Systems mit einem verbundenen Radar-Ressourcen Managementsystem;
4 ein Flussdiagramm eines Aspektes eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Auswählen von Konfigurationen einer Aufgabe in einem Radar-Ressourcen Managementsystem;
5 ein Beispiel für Frequenz als Radar-Ressource; und
6 ein Beispiel für die Apertur als Radar-Ressource.

Beschreibung
Einige Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Weitere mögliche Beispiele sind jedoch nicht auf die Merkmale dieser detailliert beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Diese können Modifikationen der Merkmale sowie Entsprechungen und Alternativen zu den Merkmalen aufweisen. Ferner soll die Terminologie, die hierin zum Beschreiben bestimmter Beispiele verwendet wird, nicht einschränkend für weitere mögliche Beispiele sein.
Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente beziehungsweise Merkmale, die jeweils identisch oder auch in abgewandelter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktion bereitstellen. In den Figuren können ferner die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B sowie A und B, sofern nicht im Einzelfall ausdrücklich anders definiert. Als alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen kann „zumindest eines von A und B“ oder „A und/oder B“ verwendet werden. Das gilt Äquivalent für Kombinationen von mehr als zwei Elementen.
Wenn eine Singularform, z. B. „ein, eine“ und „der, die, das“ verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch mehrere Elemente verwenden, um die gleiche Funktion zu implementieren. Wenn eine Funktion im Folgenden als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktion unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweist“ und/oder „aufweisend“ bei deren Gebrauch das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben beschreiben, dabei aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/einer Gruppe derselben ausschließen.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Auswählen von Konfigurationen einer Aufgabe in einem Radar-Ressourcen Managementsystem.
Das Verfahren umfasst ein Auswählen 100 einer Konfiguration der Aufgabe unter Berücksichtigung eines Verhältnisses einer Nützlichkeit zu einem Ressourcenverbrauch der Konfigurationen der Aufgabe, derart, dass die ausgewählte Konfiguration der Aufgabe eine Abfolge von Zugriffen auf eine Radar-Ressource beansprucht, in welcher zwischen zumindest einem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe die Möglichkeit des Zugriffs einer weiteren Aufgabe auf die Radar-Ressource besteht. Indem die ausgewählte Konfiguration die Radar-Ressource während des Durchführens der Aufgabe nicht wie herkömmlich exklusiv beansprucht, da zwischen zumindest einem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe die Möglichkeit des Zugriffs einer weiteren Aufgabe auf die Radar-Ressource besteht, kann die Radar-Ressource besser ausgenutzt werden. Wie in 2 dargestellt und diskutiert, kann beispielsweise eine höhere Anzahl von Aufgaben pro Zeitintervall durchgeführt werden, wenn beispielsweise eine weitere Aufgabe zwischen dem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe dieselbe Radar-Ressource nutzen kann.
Dabei ist die zeitliche Abfolge von Zugriffen auf die Radar-Ressource lediglich ein Beispiel für aufeinanderfolgende Zugriffe auf die Radar-Ressource, die derart behandelt werden können. Ein weiteres Beispiel ist beispielsweise die instantane Sende-Frequenz, die etwa bei breitbandigen MIMO-Radar Systemen eine Ressource ist, die auf die zu erledigenden Aufgaben verteilt werden muss. In einer solchen Anwendung können die direkt aufeinanderfolgenden Zugriffe einer Aufgabe auch Frequenzbereiche sein, die so weit voneinander beanstandet sind, dass eine weitere Aufgabe einen Frequenzbereich dazwischen verwenden kann, wie in 5 illustriert. Ein weiteres Beispiel für aufeinanderfolgende (direkt aneinander angrenzende) Zugriffe kann der Zugriff auf einzelne Antennen eines Antennenarrays sein, wie nachfolgend anhand von 6 beschrieben. Das Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe kann also ein Zugriff auf zwei Elemente eines Antennenarrays sein, wobei zwischen den beiden Elementen sich ein zumindest weiteres Element des Antennenarrays befindet, dass zeitgleich für eine andere Aufgabe genutzt werden kann.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen darf in der Abfolge von Zugriffen auf die Radar-Ressource der ausgewählten Konfiguration lediglich eine maximal erlaubte Anzahl direkt aufeinanderfolgender Zugriffe fehlen, verglichen mit einer vollständigen Konfiguration der Aufgabe, die die Abfolge einer maximalen Anzahl von direkt aufeinanderfolgenden Zugriffen auf die Radar-Ressource beansprucht. Mit anderen Worten darf ausgehend von einer vollständigen Konfiguration für eine Aufgabe, die sich dadurch auszeichnet, dass sie ausschließlich direkt aufeinanderfolgende Zugriffe auf die Radar-Ressource beansprucht, lediglich eine maximale Anzahl direkt aufeinanderfolgender Zugriffe weggelassen werden. Dadurch kann vermieden werden, dass die Qualität, mit der die Aufgabe noch erfüllt werden kann, unter ein vorbestimmtes Mindestmaß fällt oder das möglicherweise die Aufgabe gar nicht mehr erfüllt werden kann. In herkömmlichen Verfahren, die bei der Optimierung beispielsweise den Q-RAM Algorithmus verwenden, werden häufig lediglich solche vollständigen Konfigurationen verwendet. In Verbindung mit Konfigurationen für Aufgaben, bei denen zwischen zumindest einem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe die Möglichkeit des Zugriffs einer weiteren Aufgabe auf die Radar-Ressource besteht, können zur Analyse der Radar-Daten, die dann möglicherweise nicht mehr mittels äquidistanter Puls- Wiederholzyklen (englisch Pulse Repetition Interval, PRI) gewonnen werden, Verfahren verwendet werden, die ein abtasten von Daten unter der Nyquist Grenze ermöglichen, beispielsweise compressed sensing.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen soll die Abfolge von Zugriffen auf die Radar-Ressource der ausgewählten Konfiguration eine vorgegebene statistische Verteilung erfüllen, um noch analysierbar zu sein. Beispielsweise muss die Ausdünnung im Vergleich zur vollständigen Konfiguration zufällig sein, was, was zur Folge hat, dass keine größere Anzahl direkt aufeinanderfolgender Zugriffe weggelassen werden darf.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird die Konfiguration derart ausgewählt, dass die ausgewählte Konfiguration der Aufgabe ein besseres Verhältnis einer Nützlichkeit zu einem Ressourcenverbrauch aufweist als weitere mögliche Konfigurationen der Aufgabe. Diese Art der Auswahl ermöglicht es, Konfigurationen für eine Mehrzahl von Aufgaben derart auszuwählen, dass bei gegebenen begrenzten Ressourcen die globale Nützlichkeit über alle Aufgaben optimiert ist, dass also alle Aufgaben abgearbeitet werden können, auch wenn für einzelne oder alle der Aufgaben am Ende eine Konfiguration gewählt wurde, die nicht das prinzipiell mögliche maximale Verhältnis der Nützlichkeit zu dem Ressourcenverbrauch für die betreffende Aufgabe erzielt.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner das Kennzeichnen der Aufgabe als unterbrochene Aufgabe. Das derartige Kennzeichnen der Aufgabe dient dazu, zu signalisieren, dass die Aufgabe mit einer anderen als der vollständigen Konfiguration gelöst werden soll, was wiederum zur Folge hat, dass die Aufgabe mit der nicht-vollständigen Konfiguration mit nur geringen Änderungen in einem herkömmlichen Radar-Ressourcen-Managementsystem verarbeitet werden kann, das beispielsweise den Q-RAM Algorithmus verwendet.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner das Auswählen einer weiteren Aufgabe, die zwischen dem zumindest einem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe der ausgewählten Konfiguration Zugriff auf die Radar-Ressource beansprucht. Das Einfügen einer weiteren Aufgabe in die Folge von Zugriffen einer bereits ausgewählten Aufgabe kann die Kapazität eines mit einem entsprechenden Radar-Ressourcen Managementsystem versehenen Radarsystems erhöhen, da dieses dadurch mehrere Aufgaben pro Zeiteinheit erledigen kann als herkömmliche Lösungen.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner das Kennzeichnen der weiteren Aufgabe als unterbrechende Aufgabe. Das derartige Kennzeichnen der weiteren Aufgabe führt dazu, dass diese Aufgabe in einem herkömmlichen Radar-Ressourcen-Managementsystem, das beispielsweise den Q-RAM Algorithmus verwendet, mittels des darin befindlichen Aufgabenplaners bearbeitet werden kann.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner das Beschreiben der Ressource zwischen dem zumindest einem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe der ausgewählten Konfiguration mit einem virtuellen Ressourcenparameter. Der virtuelle Ressourcenparameter beschreibt somit den geringeren Ressourcenverbrauch der ausgewählten Konfiguration, wenn man diese mit der vollständigen Konfiguration für dieselbe Aufgabe vergleicht. Diese Ressource besteht demzufolge für andere Aufgaben zur Verfügung. Das derartige Kennzeichnen kann dazu führen, dass für das globale Optimieren durch Auswählen von Konfiguration für alle Aufgaben einer konkreten Anwendung der im wesentlichen unveränderte Q-RAM Algorithmus verwendet werden kann, wie nachfolgend anhand des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert werden wird.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist die Abfolge von Zugriffen eine zeitliche Abfolge von Zugriffen.
2 zeigt ein Beispiel eines Ergebnisses eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens mittels einer graphischen Darstellung einer zeitlichen Abfolge von Zugriffen auf eine Radar-Ressource für verschieden Konfigurationen einer Aufgabe und für verschiedene Aufgaben.
Die zeitliche Serie 220 von Zugriffen auf die Radar-Ressource repräsentiert die vollständige Konfiguration für eine Aufgabe. Diese besteht aus mehrfachen Wiederholungen eines Sendezeitintervalls 222, eines darauffolgenden Warteintervalls 226, und eines darauffolgenden Empfangszeitintervalls 224. Wie die vollständige Konfiguration zeigt, wird dieses Pulswiederholintervall (PRI) als jeweils ein Zugriff auf die Radar-Ressource mehrfach wiederholt, die vollständige Konfiguration besteht also aus einer Folge von zeitlich unmittelbar aneinander angrenzenden PRI's.
Die zeitliche Serie 230 repräsentiert die ausgewählte Konfiguration während der Optimierung, die sich dadurch auszeichnet, dass diese mehrere Paare direkt aufeinanderfolgender Zugriffe (PRI's) auf die Radar-Ressource hat, zwischen denen jeweils die Möglichkeit des Zugriffs einer weiteren Aufgabe auf die Radar-Ressource besteht. Diese im Vergleich zur vollständigen Konfiguration 220 weggelassenen Zugriffe sind mit den Bezugszeichen 232, 234, und 236 kenntlich gemacht.
In der Serie von Zugriffen 240 ist eine Mehrzahl von weiteren Aufgaben 242, 244, und 246 dargestellt, die kurz genug sind, dass sie jeweils zwischen den Paaren direkt aufeinanderfolgender Zugriffe 232, 234, und 236 der ausgewählten Konfiguration abgearbeitet werden können. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen werden diese Konfigurationen 242, 244, und 246 während des globalen Optimierens ebenfalls ausgewählt, sodass vom Aufgabenplaner des Radar-Ressourcen-Managementsystems die zeitliche Abfolge von Zugriffen 210 gebildet werden kann, mittels derer in derselben Zeit, die die vollständige Konfiguration 220 einer einzelnen Aufgabe benötigen würde, diese und drei weitere Aufgaben von dem Radar System abgearbeitet werden können. Wie bereits in den vorherigen Absätzen ausgeführt, ist das Optimieren hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs von Zugriffen auf eine Radar-Ressourcen lediglich eine von vielen Möglichkeiten, ein Ausführungsbeispiel eines hierin beschriebenen Verfahrens zu implementieren. Prinzipiell können beliebige andere Ressourcen, die in einem Radar System begrenzt sind und die zwischen unterschiedlichen Aufgaben aufgeteilt werden müssen, auf ähnliche Art und Weise von weiteren Implementierungen diesbezüglich abgewandelter Verfahren optimiert werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Radar Systems 310 mit einem verbundenen Radar-Ressourcen Managementsystem 300.
Das Radar System 310 kann prinzipiell ein beliebiges Radar System sein, dessen begrenzte Ressourcen zur Verwendung mehrerer Aufgaben verwendet wird.
In dem Radar-Ressourcen Managementsystem 300 wird ein Ausführungsbeispiel des in den vorherstehenden Absätzen beschriebenen Verfahrens durchgeführt, sodass auf eine erneute Beschreibung der einzelnen Verfahrensschritte und der optionalen Aspekte des Verfahrens aus Gründen der Effizienz an dieser Stelle verzichtet wird.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Auswählen von Konfigurationen einer Aufgabe in einem Radar-Ressourcen Managementsystem, das derart implementiert ist, dass es sich in einen bekannten Q-RAM Algorithmus integrieren lässt, sodass die globalen Optimierungsfähigkeiten dieses Algorithmus verwendet werden können. Ferner lassen sich dadurch bestehende Implementierungen leicht um die zusätzlichen Aspekte ergänzen. Diese werden dadurch zusätzlich dahingehend verbessert, dass verglichen mit herkömmlichen Implementierungen eine höhere Anzahl von Aufgaben pro Zeiteinheit für das Radar System geplant werden können. In dem Beispiel wird als Ressource, hinsichtlich derer optimiert wird, als ein mögliches Beispiel einer Ressource die Zeit t verwendet.
Nachfolgend wird der Ressourcenverbrauch zwischen dem zumindest einem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe, also die im Vergleich zu einer vollständigen Konfiguration freigewordene Ressource, mit einem virtuellen Ressourcenparameter R₂ bezeichnet und mittels dieses Ressourcenparameters verfolgt. Der tatsächliche Ressourcenverbrauch der vollständigen Konfiguration wird mit dem Ressourcenparameter R₁ beschrieben, was es ermöglicht, einen herkömmlichen Q-RAM Algorithmus zur globalen Optimierung zu verwenden, der auf dem Ressourcenparameter R₁ basiert. Mit den folgenden Änderungen an den Definitionen und folgender zusätzlicher Algorithmik kann dann beispielsweise die Optimierung durchgeführt werden.
Zusätzlich zu der allgemeinen Bezeichnung einer Aufgabe (wie beispielsweise Verfolgung, Suche, Klassifikation, SAR, GMTI, ...) werden die Aufgaben als unterbrechbar oder als nicht unterbrechbar bezeichnet. Unterbrechbare Aufgaben sind solche, die neben einer vollständigen Konfiguration auch noch andere mögliche Konfigurationen haben können, in denen zwischen zumindest einem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe die Möglichkeit des Zugriffs einer weiteren Aufgabe auf die Ressource besteht. Für solche unterbrechbaren Aufgaben wird ein neuer Parameter d eingeführt, der den Bruchteil der im Vergleich zur vollständigen Konfiguration fehlenden Zugriffe beschreibt. Prinzipiell mögliche Werte für diesen Parameter können entweder analytisch oder experimentell bestimmt werden. Für unterbrechbare Aufgaben ergibt sich dann der tatsächliche Ressourcenverbrauch R zu: $\frac{t_{x} + t_{w} + t_{r}}{T} n (1 - d),$
wobei t_x, t_w, t_r die Längen der Sendezeitintervalle, der Wartezeitintervalle, und der Empfangszeitintervalle eines einzelnen Zugriffs auf die Radar-Ressource bezeichnen, deren Summe die Länge eines PRI's der Aufgabe ergibt. Die Anzahl der PRI's, die es zur Erfüllung der Aufgabe braucht, ist n und T ist die Länge des für die Planung zu berücksichtigenden Zeitintervalls, sofern die Aufgabe nicht immer wiederkehrend ist. Im Fall immer wiederkehrende Aufgaben bezeichnet T die Periode der Wiederholungen.
Mit dieser Definition des Ressourcenverbrauchs kann auch für die nicht-vollständigen Konfigurationen unterbrochener Aufgaben der Ressourcenverbrauch bestimmt und das Nützlichkeit- zu Ressourcenverhältnis berechnet werden, sodass auch diese Konfigurationen als Input für die Q-RAM Optimierung verwendet werden können. Aus diesen kann dann wie bekannt mittels einer komplexen Hüllenoperation eine Aufgabenliste für jede Aufgabe erstellt werden, die nun auch unterbrochene Konfigurationen umfassen kann.
Während der globalen Optimierung werden, wie nachfolgend im Detail beschrieben, vom Optimierer einzelne Aufgaben ausgewählt und es kann bestimmt werden, ob diese mit einer unterbrochenen Konfiguration durchgeführt werden oder nicht. Zusätzlich können vollständige Konfigurationen für Aufgaben ausgewählt werden, deren Ressourcenverbrauch niedrig genug ist, dass diese vollständig zwischen zwei direkt aufeinanderfolgenden Zugriffen einer unterbrochenen Aufgabe durchgeführt werden können, ohne dass durch diese zusätzliche Aufgabe mehr als die zur Verfügung stehenden Ressourcen verbraucht werden.
Für die nachfolgende Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels einer derartigen globalen Optimierung wird vereinfachend angenommen, dass die Rate d kleiner 0,5 sei und das als einfaches Kriterium für die Durchführbarkeit der Analyse einer unterbrochenen Aufgabe angenommen ist, dass lediglich eine vorbestimmte Anzahl direkt aufeinanderfolgender Zugriffe im Vergleich zur vollständigen Konfiguration weggelassen werden darf. Aus dieser Forderung ergibt sich eine Maximale Zeitdauer tmax, für die Zugriffe auf die Radar-Ressource im Vergleich zur vollständigen Konfiguration der Aufgabe weggelassen werden können. Wie bereits oben beschrieben, erhält der Optimierer für jede Aufgabe T₁, T₂, ..., T_k eine Aufgabenliste. Die Ressource R wird mittels der beiden oben eingeführten Parameter R₁ und R₂ beschrieben als R = (R₁, R₂).
Zu Beginn der Optimierung werden für alle Aufgaben die Start-Konfigurationen gewählt. Die zur Verfügung stehende Ressource R wird auf R = (1,0) gesetzt, d. h., keine virtuellen Ressourcen sind durch das Auswählen von unterbrochenen Konfigurationen freigeworden und alle reellen Ressourcen stehen noch zur Verfügung.
Danach wird diejenige Aufgabe mit dem besten Verhältnis von Nützlichkeit zu Ressourcenverbrauch aus allen Joblisten gewählt und es wird versucht, diese aufzuwerten. Dabei sind drei prinzipielle Fälle zu unterscheiden.
Der erste Fall ist, dass die ausgewählte Aufgabe eine nicht unterbrochene Aufgabe ist, die einen Ressourcenverbrauch von r hat. Wenn eine einzelne Ausführung der Aufgabe weniger Zeit der Radar-Ressource beansprucht als tmax, kann diese zwischen aufeinanderfolgenden Zugriffen auf die Ressourcen einer anderen Aufgabe ausgeführt werden. Die so zur Verfügung stehende Ressource ist in Parameter R₂ gespeichert. Steht diese Ressource zur Verfügung, ist also R₂ >= 0, kann die ausgewählte Aufgabe zwischen aneinander angrenzenden Zugriffen einer anderen Aufgabe ausgeführt werden und diese wird als unterbrechend gekennzeichnet. Entsprechend wird der Ressourcenparameter geändert zu: $R - (r - min (r, R_{2}), min (r, R_{2})) .$
Wenn eine einzelne Ausführung der Aufgabe mehr Zeit als tmax beansprucht, kann diese nicht mit der virtuellen Ressource erfüllt werden. Infolgedessen ändert sich die zur Verfügung stehende Ressource auf R - (r, 0), sofern die Aufgabe vorher als nicht-unterbrechend gekennzeichnet war. War die Aufgabe vorher als unterbrechend gekennzeichnet, ändert sich die Ressource R - (r +r_alt, -r_alt), wobei r_alt der Ressourcenverbrauch der bislang gewählten Konfiguration ist. Zusätzlich wird die Aufgabe wieder als nicht-unterbrechend gekennzeichnet.
Der zweite Fall ist, dass die gewählte Aufgabe eine unterbrochene Aufgabe ist, die bislang noch nicht während Optimierung ausgewählt wurde und die einen Ressourcenverbrauch r und eine Rate d hat. In diesem Fall ändert sich die Ressource zu R - (r/(1-d), r-r/(1-d)) und die Aufgabe wird als unterbrochen gekennzeichnet.
Im dritten Fall ist die ausgewählte Aufgabe eine unterbrochene Aufgabe die bereits vorher ausgewählt wurde und die auf einen kleineren Parameter d aufgewertet wird. Wenn dafür genügend virtuelle Ressource zur Verfügung steht, wenn also R₂>=r, ändert sich der Ressourcenverbrauch zu R - (0, r). Ist dies nicht der Fall, wird versucht, andere Aufgaben, die als unterbrechend gekennzeichnet sind, in nicht unterbrechende Aufgaben umzuwandeln. Dadurch wird zusätzliche reelle Ressource R₁ verbraucht, aber im selben Umfang virtuelle Ressource R₂ frei, die dann genutzt werden kann, um die Aufwertung des ausgewählten Tasks zu ermöglichen.
Wenn die ausgewählte Aufgabe bei den zur Verfügung stehenden Ressourcen nicht aufgewertet werden kann, (wenn also R₁ kleiner null ist oder würde), wird versucht, die nächste Aufgabe aufzuwerten, d. h., die vorhergehenden Schritte werden so lange wiederholt, bis keine weiteren Aufwertungen mehr möglich sind.
Diese Herangehensweise und insbesondere das beschriebene Handling des Ressourcenparameters R = (R₁, R₂) ermöglicht es, den herkömmlichen Q-RAM Algorithmus für die Optimierung zu verwenden, der sich ausschließlich an Parameter R₁ orientiert, welcher wiederum im vorhergehenden Beispiel so behandelt wird, als würden keine unterbrechenden Aufgaben existieren. Diese werden mit Hilfe des Parameters R₂, der zweiten Komponente des Ressourcensektors R, verfolgt und optimiert, der in diesem Sinne als virtueller Ressourcenparameter bezeichnet werden kann und der die durch die unterbrochenen Aufgaben freigegebenen Ressourcen beschreibt.
Im vorhergegangenen Beispiel wurde zur Vereinfachung ein globales Limit für den Parameter tmax eingeführt. In weiteren Ausführungsbeispielen kann dieses Limit auch spezifisch für jede zu erfüllenden Aufgaben festgelegt werden. Gemäß einigen Beispielen kann dann für jedes dieser Limits ein virtueller Ressourcenparameter verwendet werden, um die Optimierung im vorgenannten Sinne zu ermöglichen.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen werden, sofern nach der globalen Optimierung der Parameter R₂ nicht 0 ist, die dann im zeitlichen Verlauf noch existierenden Lücken, in denen kein Zugriff auf die Ressourcen erfolgt, mit zusätzlichen Zugriffen von unterbrochenen Aufgaben aufgefüllt, um deren Nützlichkeit noch weiter als durch die globale Optimierung erreicht, zu erhöhen.
5 zeigt ein Beispiel für die Frequenz, die gemäß einem Ausführungsbeispiel eines hierin beschriebenen Verfahrens als Radar-Ressource verwendet wird.
Die Figur zeigt drei Darstellungen, in denen jeweils auf der Y-Achse die Frequenz eines breitbandigen Radarsignals dargestellt ist, wobei einzelne Aufgaben mehrere schmalbandige Frequenzbereiche innerhalb des breitbandigen Signals belegen. Während in der linken Darstellung die vollständigen Konfigurationen für eine erste Aufgabe 502 und für eine zweite Aufgabe 512 dargestellt sind, zeigt die mittlere Darstellung die während der Optimierung ausgewählten (unterbrochenen) Konfigurationen für die erste Aufgabe 504 und für die zweite Aufgabe 514.
Während die vollständigen Konfigurationen 502 und 512 ausschließlich direkt aufeinanderfolgende Frequenzbereiche beinhalten, ist dies bei den ausgewählten Konfigurationen 504 und 514 nicht mehr der Fall. Vielmehr weist beispielsweise die erste ausgewählte Konfiguration 504 zwischen benachbarten Frequenzbereichen Lücken im Spektrum auf, die so groß sind, dass innerhalb dieser Lücken Frequenzbereiche passen, die von der zweiten Aufgabe 514 beansprucht werden. In der Folge ergibt sich nach der Optimierung eine optimierte Ressource bzw. eine optimierte Frequenzzuweisung 520, in der die Frequenzbereiche für die erste und die zweite Aufgabe verschachtelt sind, sodass lediglich ein einziges breitbandiges Radarsignal zur Bearbeitung beider Aufgaben verwendet werden kann, wohingegen für die beiden vollständigen Konfigurationen zwei aufeinanderfolgende breitbandige Radarsignale erforderlich gewesen wären.
6 zeigt ein Beispiel für die Apertur, die gemäß einem Ausführungsbeispiel eines hierin beschriebenen Verfahrens als Radar-Ressource verwendet wird.
In allen Darstellungen sind jeweils schematisch die Antennenpositionen einer Gruppenantenne dargestellt, mittels dem durch geeignete Phasenverschiebung zwischen benachbarten Antennenelementen (Keulenbildung) eine Richtwirkung erzielt werden kann. Die obere Darstellung zeigt eine Aufgabe, für die eine Richtwirkung (im Beispiel für eine Peilaufgabe eines Ziels) in der ersten Richtung 612 erforderlich ist, wobei in der gezeigten vollständigen Konfiguration alle Antennenelemente 610 als Ressource beansprucht werden.
Selbiges gilt für die mittlere Darstellung, in der für eine zweite Aufgabe eine Richtwirkung in der zweiten Richtung 622 erforderlich ist und die ebenfalls alle Antennenelemente 610 beansprucht.
Gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen kann als Ergebnis einer Optimierung die Radar-Ressource Apertur wie in der unteren Darstellung gezeigt, geteilt werden.
Wie dort dargestellt, können mittels beispielsweise digitaler Keulenbildung die einzelnen Antennenelemente des Arrays für entweder die erste Aufgabe (Antennenelemente 614) oder die zweite Aufgabe (Antennenelemente 624) verwendet werden, sodass nach erfolgter Optimierung mittels eines Ausführungsbeispiels eines hierin beschriebenen Verfahrens die beiden Aufgaben zeitgleich von dem Radar System mit der gezeigten Apertur bearbeitet werden können.
Die Aspekte und Merkmale, die im Zusammenhang mit einem bestimmten der vorherigen Beispiele beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der weiteren Beispiele kombiniert werden, um ein identisches oder ähnliches Merkmal dieses weiteren Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das weitere Beispiel zusätzlich einzuführen.
Beispiele können weiterhin ein (Computer-)Programm mit einem Programmcode zum Ausführen eines oder mehrerer der obigen Verfahren sein oder sich darauf beziehen, wenn das Programm auf einem Computer, einem Prozessor oder einer sonstigen programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird. Schritte, Operationen oder Prozesse von verschiedenen der oben beschriebenen Verfahren können also auch durch programmierte Computer, Prozessoren oder sonstige programmierbare Hardwarekomponenten ausgeführt werden. Beispiele können auch Programmspeichervorrichtungen, z. B. Digitaldatenspeichermedien, abdecken, die maschinen-, prozessor- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare, prozessorausführbare oder computerausführbare Programme und Anweisungen codieren beziehungsweise enthalten. Die Programmspeichervorrichtungen können z. B. Digitalspeicher, magnetische Speichermedien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeichermedien umfassen oder sein. Weitere Beispiele können auch Computer, Prozessoren, Steuereinheiten, (feld)programmierbare Logik-Arrays ((F)PLAs = (Field) Programmable Logic Arrays),(feld)programmierbare Gate-Arrays ((F)PGA = (Field) Programmable Gate Arrays), Grafikprozessoren (GPU = Graphics Processor Unit), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC = application-specific integrated circuit), integrierte Schaltungen (IC= Integrated Circuit) oder Ein-Chip-Systeme (SoC = System-on-a-Chip) abdecken, die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind.
Es versteht sich ferner, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als zwingend in der beschriebenen Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht im Einzelfall explizit angegeben oder aus technischen Gründen zwingend erforderlich ist. Daher wird durch die vorhergehende Beschreibung die Durchführung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt. Ferner kann bei weiteren Beispielen ein einzelner Schritt, eine einzelne Funktion, ein einzelner Prozess oder eine einzelne Operation mehrere Teilschritte, -funktionen, -prozesse oder -operationen einschließen und/oder in dieselben aufgebrochen werden.
Wenn einige Aspekte in den vorhergehenden Abschnitten im Zusammenhang mit einer Vorrichtung oder einem System beschrieben wurden, sind diese Aspekte auch als eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens zu verstehen. Dabei kann beispielsweise ein Block, eine Vorrichtung oder ein funktionaler Aspekt der Vorrichtung oder des Systems einem Merkmal, etwa einem Verfahrensschritt, des entsprechenden Verfahrens entsprechen. Entsprechend dazu sind Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben werden, auch als eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks, eines entsprechenden Elements, einer Eigenschaft oder eines funktionalen Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung oder eines entsprechenden Systems zu verstehen.
Die folgenden Ansprüche werden hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Ferner ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen bezieht - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hiermit explizit vorgeschlagen, sofern nicht im Einzelfall angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt als abhängig von diesem anderen unabhängigen Anspruch definiert ist.

Claims

Ein Verfahren zum Auswählen von Konfigurationen einer Aufgabe in einem Radar-Ressourcen Managementsystem, umfassend: Auswählen einer Konfiguration der Aufgabe unter Berücksichtigung eines Verhältnisses einer Nützlichkeit zu einem Ressourcenverbrauch der Konfigurationen der Aufgabe, wobei die ausgewählte Konfiguration der Aufgabe eine Abfolge von Zugriffen auf eine Radar-Ressource beansprucht, in welcher zwischen zumindest einem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe die Möglichkeit des Zugriffs einer weiteren Aufgabe auf die Radar-Ressource besteht.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei in der Abfolge von Zugriffen auf die Radar-Ressource der ausgewählten Konfiguration eine maximal erlaubte Anzahl direkt aufeinanderfolgender Zugriffe fehlen kann, verglichen mit einer vollständigen Konfiguration der Aufgabe, die die Abfolge einer maximalen Anzahl von direkt aufeinanderfolgenden Zugriffen auf die Radar-Ressource beansprucht.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abfolge von Zugriffen auf die Radar-Ressource der ausgewählten Konfiguration eine vorgegebene statistische Verteilung erfüllt.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konfiguration derart ausgewählt wird, dass die ausgewählte Konfiguration der Aufgabe ein besseres Verhältnis einer Nützlichkeit zu einem Ressourcenverbrauch aufweist als weitere mögliche Konfigurationen der Aufgabe.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: Kennzeichnen der Aufgabe als unterbrochene Aufgabe.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: Auswählen einer weiteren Aufgabe, die zwischen dem zumindest einem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe der ausgewählten Konfiguration Zugriff auf die Radar-Ressource beansprucht.
Das Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: Kennzeichnen der weiteren Aufgabe als unterbrechende Aufgabe.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: Beschreiben des Ressourcenverbrauchs zwischen dem zumindest einem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe der ausgewählten Konfiguration mit einem virtuellen Ressourcenparameter.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abfolge von Zugriffen eine zeitliche Abfolge von Zugriffen ist.
Eine Radar-Ressourcen Managementsystem, das ausgebildet ist, zum Auswählen einer Konfiguration der Aufgabe unter Berücksichtigung eines Verhältnisses einer Nützlichkeit zu einem Ressourcenverbrauch der Konfigurationen der Aufgabe, wobei die ausgewählte Konfiguration der Aufgabe eine Abfolge von Zugriffen auf eine Radar-Ressource beansprucht, in welcher zwischen zumindest einem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe die Möglichkeit des Zugriffs einer weiteren Aufgabe auf die Radar-Ressource besteht.
Das Radar-Ressourcen Managementsystem nach Anspruch 10, wobei in der Abfolge von Zugriffen auf die Radar-Ressource der ausgewählten Konfiguration eine maximal erlaubte Anzahl direkt aufeinanderfolgender Zugriffe fehlen kann, verglichen mit einer vollständigen Konfiguration der Aufgabe, die die Abfolge einer maximalen Anzahl von direkt aufeinanderfolgenden Zugriffen auf die Radar-Ressource beansprucht.
Das Radar-Ressourcen Managementsystem nach Anspruch 10, wobei die Abfolge von Zugriffen auf die Radar-Ressource der ausgewählten Konfiguration eine vorgegebene statistische Verteilung erfüllt.
Das Radar-Ressourcen Managementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konfiguration derart ausgewählt wird, dass die ausgewählte Konfiguration der Aufgabe ein besseres Verhältnisses einer Nützlichkeit zu einem Ressourcenverbrauch aufweist als weitere mögliche Konfigurationen der Aufgabe.
Das Radar-Ressourcen Managementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner ausgebildet zum Kennzeichnen der Aufgabe als unterbrochene Aufgabe.
Das Radar-Ressourcen Managementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner ausgebildet zum Auswählen einer weiteren Aufgabe, die zwischen dem zumindest einem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe der ausgewählten Konfiguration Zugriff auf die Radar-Ressource beansprucht.
Das Radar-Ressourcen Managementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet zum Kennzeichnen der weiteren Aufgabe als unterbrechende Aufgabe.
Das Radar-Ressourcen Managementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner ausgebildet zum Beschreiben des Ressourcenverbrauchs zwischen dem zumindest einem Paar direkt aufeinanderfolgender Zugriffe der ausgewählten Konfiguration mit einem virtuellen Ressourcenparameter.
Das Radar-Ressourcen Managementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abfolge von Zugriffen eine zeitliche Abfolge von Zugriffen ist.
Computerprogramm mit einem Programmcode, der ein Durchführen eines Verfahrens der Ansprüche 1 bis 9 bewirkt, wenn der Programmcode auf einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.