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1、江苏科技大学 硕士学位论文 多功能相控阵雷达资源调度算法研究 姓名：季明刚 申请学位级别：硕士 专业：信号与信息处理 指导教师：张友益 20070111 摘 要 I 摘摘 要要 雷达事件调度算法是相控阵雷达资源管理的重要研究课题，它有效地平衡相控阵 雷达的时间和能量等资源，使相控阵雷达能够利用自身的波束捷变能力实现对多个目 标交替进行搜索、验证和跟踪等工作方式的操作，从而实现其多功能化优势。所以雷 达事件调度算法的优劣直接影响到相控阵雷达的资源利用率和目标容量，从而影响到 相控阵雷达的实际使用价值。当前针对多功能相控阵雷达，自适应调度算法是最有效 和最灵活的设计方法。 论文根据某型多功能相控阵
2、雷达演示验证样机所提供的参数来设计适合于该样机 的雷达事件自适应调度算法，主要分为两大部分： 第一部分研究基于资源管理的相控阵雷达系统模型的建立。从系统的角度出发， 对相控阵雷达系统的工作原理进行阐述，重点讲述与资源管理相关的雷达特性，分析 了雷达搜索与跟踪工作方式，给出了在给定参数下的阵面方向图特性以及目标容量的 计算方法，以及应用于资源管理算法的雷达参数的设置； 第二部分着重研究自适应调度算法的原理及实现方法，并结合演示验证样机所提 供的雷达参数，提出一种基于雷达事件优先级的资源调度算法，给出波位编排方式及 仿真流程和结果分析。仿真结果表明了此算法在该样机上实现的可行性和有效性。 关键词：
3、多功能，相控阵雷达，自适应调度算法，优先级，波位编排。 关键词：多功能，相控阵雷达，自适应调度算法，优先级，波位编排。 ABSTRACT II ABSTRACT Radar function scheduling algorithm is an important research problem of phased array radar(PAR) resource management, it can effectively distribute the time and energy resources of PAR, makes the PAR search and track mul
4、tiple targets simultaneously with the beam agile capability, and realize its predominance of multifunctional. Therefore an effective scheduling algorithm is important to the use of radar resource and radar targets capacity. The adaptive scheduling algorithm is the most efficient scheduling mechanism
5、 to MFPAR. This paper design a compatible adaptive scheduling algorithm for the MFPAR demonstrate validate specimen(MFPARDVS) based on the parameter that provide by the MFPARDVS, and its mainly divided into to parts: In the first part of this dissertation, a PAR model was build based on resource man
6、agement. Analyzing the work principle systematic of the PAR, the radar characteristics for the resource management and the work mode of the search and track job, present the array bearing chart and targets capacity based on a given parameter. In the last, present the radar parameter of the resource
7、management. The second part, research the principle and realize method of adaptive scheduling algorithm. Present a scheduling algorithm based on the preference of the radar function using the parameter that present in the first part, and present the beam position arrangement mode, simulation flow an
8、d result analysis. The result analysis proved the validity and feasibility of the algorithm that uses on the MFPARDVS. Key Words: Multifunction, Phased array radar, Adaptive scheduling algorithm, Preference, Beam position arrangement 论 文 独 创 性 声 明 论 文 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果
9、。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得江苏科技大学或其它教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日 期： 学 位 论 文 使 用 授 权 声 明 学 位 论 文 使 用 授 权 声 明 江苏科技大学有权保存本人所送交的学位论文的复印件和电子文稿，可以将学位 论文的全部或部分上网公布，有权向国家有关部门或机构送交并授权其保存、上网公 布本学位论文的复印件或电子文稿。本人电子文稿的内容和纸质论文的内容一致。除 在保密期内的保密论
10、文外，允许论文被查阅和借阅。 研究生签名： 导师签名： 日 期： 日 期： 第一章 绪论 1 第一章 绪论第一章 绪论 1.1 引言 近几十年来，随着舰艇作战环境的不断恶化，对舰载雷达的要求也越来越高。舰 载雷达不但要有快的反应时间、远的探测距离及高的数据率等，还必须具备多目标搜 索、跟踪、制导、低空超低空探测及抗饱和攻击等功能1。在传统意义上，这些功能 是由不同的雷达完成的。大量数据从各雷达传感器送至控制计算机，在系统反应链中 显然是个薄弱环节。并且许多雷达配置在一个相对空间较小的舰艇上势必带来电磁兼 容等问题，不是一个最佳选择，由此提出多功能相控阵雷达的概念，即以一部雷达来 完成多部雷达的
11、功能，甚至包括电子对抗和通信。 随着近几十年来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 能的发现跟踪目标的能力。相控阵雷达采用电扫描方式工作。在搜索和跟踪目标时， 整个天线系统可以固定不动，天线波束指向不必用机械伺服系统来控制，而是通过控 制阵列天线中各个单元的相位，得到所需的天线方向图和波束指向，使波束在一定空 域中按预定的规律进行扫描。由于不存在机械运动惯性，改变波束指向所需控制的时 间就很短，大约需十几微秒，是常规雷达反应时间（大约几秒）的几十万分之一2。 另外，相控阵雷达天线波束的扫描由计算机控制，具有很大的灵活性。天线在空间扫 描的无惯性将使相控阵具有边扫描边跟踪的能
12、力，可以利用时间分割技术实时跟踪多 个目标。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，因此，如何分配和使用这些资源，即对相控阵雷达资源管理问题的研究， 具有重大的实用价值，对发挥相控阵雷达的巨大潜力有着重要的影响。 相控阵雷达资源管理主要包括雷达时间资源管理、雷达能量资源管理和雷达时间 调度管理3，其中时间资源管理是针对雷达工作任务（如搜索、目标跟踪等）中与时 间相关的一类参数的优化设计和控制管理问题；能量资源管理是根据外界环境的变化 自适应调整发射波形能量的一种管理方式；雷达事件调度管理是指在雷达时间、能量 和计算机资源的约束条件下，如何实时地平衡各种雷
13、达事件请求来选择最佳调度序列 的一种管理机制，即多功能相控阵雷达调度算法的设计问题。 雷达事件调度管理是相控阵雷达实现多功能化的重要研究课题，事件调度管理算 法的优劣直接关系到相控阵雷达的资源利用率， 从而决定相控阵雷达的实际使用价值。 自适应调度算法是当前针对多功能相控阵雷达最有效的资源调度策略2456。它是在 满足不同工作方式相对优先级条件下，在雷达设计范围内，实时地平衡各种雷达事件 第一章 绪论 2 请求（波束驻留请求）所要求的时间、能量和计算机资源，为一个调度间隔选择一组 最佳雷达事件序列的一种调度方法。目前在相控阵雷达事件调度管理算法上比较先进 的自适应调度算法是利用时间窗约束来协调
14、各雷达时间的执行时间，从而达到优化调 度效率的目的7。时间窗约束可以使雷达执行容量提高一个等级，但它还不是最优的 调度算法，通过仿真可以看到，它的雷达时间利用率即使在事件饱和的情况下也远远 达不到 80%，可见还有相当大的一部分雷达资源没有被利用。本文在时间窗约束的基 础上优化了调度算法，利用跟踪事件的驻留空隙交迭安排雷达事件，同时给出了一套 详细的演示验证样机的仿真参数模型，仿真结果显示该算法在一定程度上提高了雷达 的跟踪容量，从而提高了雷达的资源利用率。 1.2 国内外发展现状 先进的调度策略是相控阵雷达与机械扫描雷达之间的显著区别，也是相控阵雷达 技术发展的一个重要方向。目前，在相控阵雷
15、达资源调度及自适应调度算法方面的研 究国外起步较早。 关于相控阵雷达资源调度方面的研究最早来自于 Baugh R.A，他针对 AEGIS 系统 中的 AN/SPY-1 雷达， 系统地描述了相控阵雷达计算机控制软件的设计方法， 对相控阵 雷达中资源调度的基本原理作了详细阐述，并规范了雷达事件调度算法的设计原则。 蔡庆宇等设计了一种对相控阵雷达工作方式进行自适应调度的专家系统。张伯彦等在 文献11的基础上，提出了一种相控阵雷达自适应调度的软/硬件体系结构，并用 C 语言开发了整个软件系统。 A.G.Huizing于1996年在仿真多功能雷达自适应调度算法时提出了雷达事件请求 时间窗的概念，在文献7
16、中，他详细地阐述了时间窗的概念和存在的合理性，并且在 文献8中给出了仿真结果。 时间窗概念的提出使得雷达时间请求的实际执行时间可根 据其期望发射时间在时间窗范围内移动，这就使得原本因时间冲突而舍弃的雷达事件 得到执行，从而提高了雷达事件的执行率。 为更有效地提高雷达时间利用率9，Izquierdo-Fuente 等提出一种基于填充 （Pulse Packing）技术的动态调度算法，其思想是在单个任务收发脉冲间隔中交错调 度其他任务的发射或接收脉冲；Orman 等进一步分析了这种脉冲交错调度技术，并用 启发式方法解决了一部实际雷达的多任务调度问题。Kuo 等提出一种称为 Batch-TC 的 实时驻留调度算法，在保证雷达基本操作
