双波段旋转相控阵雷达任务调度算法

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1、双 波 段 旋 转 相 控 阵 雷 达 任 务 调 度 算 法程 小 枫 涂 刚 毅 吴 少 鹏(中 国 船 舶 重 工 集 团 公 司 第 七 二 四 研 究 所 ， 南 京 210003)摘 要 针 对 双 波 段 旋 转 相 控 阵 雷 达 旋 转 工 作 的 特 点 以 及 两 阵 面 波 段 的 不 同 特 性 ， 研 究 了 一 种 任 务 调 度 算 法 。 首 先 给 出 了旋 转 情 况 下 的 波 束 驻 留 任 务 的 模 型 ; 其 次 为 了 体 现 两 阵 面 的 不 同 特 性 ， 提 出 了 一 种 纳 入 空 域 优 先 级 的 任 务 综 合 优 先 级 算

2、 法 ; 对 于 单 个 阵 面 ， 采 用 了 一 种 新 的 时 间 窗 算 法 ， 在 不 显 著 增 加 时 间 偏 移 率 的 前 提 下 ， 增 加 了 时 间 利 用 率 ; 最 后 通 过 工 作 模 式 调 整 策 略 ， 实 现 了 雷 达 的 抗 饱 和 攻 击 ; 仿 真 实 验 验 证 了 算 法 的 有 效 性 。关 键 词 旋 转 相 控 阵 雷 达中 图 法 分 类 号 TN958. 92;双 波 段 空 域 优 先 级 任 务 调 度文 献 标 志 码 A通 常 相 控 阵 雷 达 的 天 线 阵 面 是 固 定 的 ， 两 个 或三 个 阵 面 组 合 在

3、一 起 ， 通 过 旋 转 ， 能 在 一 段 扫 描 时 间 内 完 成 全 空 域 覆 盖 ， 即 为 旋 转 相 控 阵 雷 达 。 旋 转 相 控 阵 雷 达 的 优 点 有 :显 著 降 低 系 统 成 本 ;任 务 在 方 位 角 上 能 使 用 天 线 的 整 个 阵 面 来 执 行 ， 降 低 了 波 束 展 宽 效 应 的 影 响 。 同 时 ， 旋 转 和 多 阵 面 也 带 来 了 任 务 调 度 算 法 的 复 杂 性 :任 务 如 何 在 阵 面 之 间 分 配 ;采 用 何 种 调 度 策 略 以 发 挥 各 阵 面 的 特 长 。目 前 国 内 关 于 雷 达 任

4、 务 调 度 算 法 方 面 的 研 究 仅 限 于 固 定 相 控 阵 雷 达 16 。 研 究 重 点 集 中 于 任 务 综 合 优 先 级 的 设 计 方 法 46 ， 而 调 度 算 法 模 型 大 多 基 于 文 献 7 的 时 间 窗 概 念 。 国 外 关 于 旋 转 相 控 阵 雷 达 的 资 源 管 理 的 论 文 8， 9 ， 都 没 有 给 出 具 体 的 任 务调 度 算 法 。提 出 了 一 种 双 波 段 旋 转 相 控 阵 雷 达 的 任 务 调 度算 法 。 算 法 给 出 了 旋 转 情 况 下 波 束 驻 留 任 务 的 模 型 ;针 对 两 阵 面 的

5、不 同 特 点 ， 提 出 了 一 种 包 含 空 域 优 先 级 的 任 务 综 合 优 先 级 设 计 方 法 ;给 出 了 饱 和 攻 击 下 雷 达 资 源 的 调 整 策 略 ;最 后 给 出 了 仿 真 结 果 ， 验 证 了 算 法 的 有 效 性 。Task = pt ， ps ， d， ta ， tl ， te ， td ， tc ， pla (1)任 务 一 共 分 为 五 类 :搜 索 任 务 、 确 认 任 务 、 普 通跟 踪 任 务 、 精 密 跟 踪 任 务 和 失 跟 处 理 任 务 。 按 任 务 类 型 不 同 ， 工 作 方 式 优 先 级 pt 也 各

6、不 相 同 。 五 种 任 务 的 相 互 转 化 关 系 如 下 :搜 索 任 务 发 现 目 标 后 ， 转 为 确 认 任 务 ， 确 认 成 功 后 转 为 普 通 跟 踪 任 务 或 精 密 跟踪 任 务 ， 跟 踪 任 务 失 败 执 行 失 跟 处 理 任 务 重 新 搜 索 目 标 。任 务 所 处 空 域 优 先 级 ps 由 当 下 照 射 此 目 标 的阵 面 对 不 同 空 域 的 偏 好 所 决 定 。波 束 驻 留 时 间 由 目 标 距 离 和 脉 冲 重 复 次 数 N决 定(2)d = N2 / C式 (2)中 ， C 为 光 速 。任 务 到 达 时 间 t

7、 定 义 为 目 标 进 入 天 线 波 束 照 射a范 围 的 时 间 ， 由 式 (3)计 算(3)t = ex_t + / a a式 (3)中 ， ex_ta 为 该 任 务 目 标 上 次 进 入 天 线 波 束 照射 范 围 的 时 间 ， 为 两 阵 面 波 束 照 射 范 围 前 端 间 的夹 角 ， 为 天 线 转 速 ， 如 图 1 所 示 。任 务 到 达 时 间 初 始 化1 旋 转 情 况 下 波 束 驻 留 任 务 模 型旋 转 相 控 阵 雷 达 的 波 束 驻 留 任 务 模 型 由 任 务 的 (4)ta0 = / 式 (4)中 ， 为 任 务 目 标 所 处

8、位 置 与 波 束 范 围 前 端的 夹 角 。任 务 临 时 截 止 期 tl 定 义 为 目 标 离 开 天 线 波 束 照 射 范 围 的 时 间 ， 其 与 任 务 到 达 时 间 的 关 系 如 下工 作 方 式 优 先 级 pt 、 任 务 所 处 空 域 优 先 级 ps 、 波 束驻 留 时 间 d、 任 务 到 达 时 间 ta 、 任 务 临 时 截 止 期 tl 、任 务 执 行 时 间 te 、 任 务 截 止 期 td 、 任 务 生 成 时 间 tc和 任 务 执 行 阵 面 pla 等 参 数 来 构 建 。 如 式 (1)所 示 : (5)tl = ta + p

9、la / d式 (5)中 ， pla 为 天 线 波 束 照 射 范 围 ， pla 取 1 或 2， 分别 代 表 阵 面 1 和 阵 面 2。任 务 截 止 期 td 由 任 务 上 次 的 执 行 时 间 ex_te 和 任 务 规 定 的 最 低 数 据 率 Dr 所 决 定2014 年 2 月 28 日 收 到第 一 作 者 简 介 :程 小 枫 (1988)， 男 ， 硕 士 研 究 生 。 研 究 方 向 :相 控 阵 雷 达 资 源 调 度 。 E-mail:xiaofeng0308 126. com。74 科 学 技 术 与 工 程 14 卷下 一 调 度 周 期 开 始 的

10、 时 间 。由 以 上 波 束 驻 留 任 务 模 型 可 以 得 到 任 务 请 求 时 间 窗 win 的 范 围 :win = max(ta ， tc )， min(tl ， td ) (7)双 波 段 旋 转 相 控 阵 任 务 调 度 算 法基 于 前 面 的 波 束 驻 留 任 务 模 型 ， 设 计 任 务 调 度 算 法 。 首 先 给 出 总 的 算 法 流 程 ;然 后 分 别 就 任 务 综 合 优 先 级 设 计 、 单 阵 面 调 度 算 法 和 工 作 模 式 调 整 策 略 三 个 方 面 进 行 具 体 设 计 。2. 1 算 法 描 述 双 波 段 旋 转 相

11、 控 阵 任 务 调 度 算 法 总 流 程 图 如 图2 所 示 。2图 1 双 波 段 旋 转 相 控 阵 雷 达 工 作 示 意 图Fig 1 Schematic diagram of dual-band rotating phased array radar(6)td = ex_te + 1 / Dr需 要 指 出 的 是 ， 不 同 类 型 任 务 的 Dr 不 尽 相 同 。任 务 生 成 时 间 tc 的 计 算 取 决 于 任 务 之 间 的 相 互 转 换 关 系 。 同 一 个 任 务 上 次 执 行 时 任 务 类 型 是 跟踪 ， 下 一 次 执 行 可 能 就 变 为

12、 失 跟 处 理 。 表 1 中 列 出 了 各 种 情 况 ， 并 分 别 给 出 了 任 务 生 成 时 间 的 计 算方 法 。表 1 不 同 情 况 下 任 务 生 成 时 间 tc 的 计 算 方 法 Table 1 Calculation of Task Generation Time tc in Different Scenarios 图 2 双 阵 面 任 务 调 度 算 法 流 程 图Fig 2 Flowchart of two frontstask scheduling algorithm任 务 生 成 时 间 tc计 算 方 法上 次 执 行 时任 务 类 型本 次 执

13、行 时任 务 类 型ex_te + tserchtendex_te + tconfirmtendtendex_te + ttracktendex_te + titracktendex_te + tlosstendtendtd + tsearch搜 索搜 索 确 认 确 认 确 认普 通 跟 踪 普 通 跟 踪 精 密 跟 踪 精 密 跟 踪 失 跟 处 理 失 跟 处 理 失 跟 处 理 未 执 行搜 索确 认 确 认 普 通 跟 踪 精 密 跟 踪 普 通 跟 踪 失 跟 处 理 精 密 跟 踪 失 跟 处 理 失 跟 处 理 普 通 跟 踪 精 密 跟 踪 搜 索算 法 具 体 步 骤 如

14、 下 :1)以 每 个 调 度 周 期 为 一 个 单 元 ， 实 时 生 成 雷 达 任 务 ;2)获 取 雷 达 任 务 的 特 征 参 数 ;)把 任 务 分 配 给 各 个 阵 面 ;34)分 别 对 两 阵 面 任 务 综 合 优 先 级 进 行 计 算 ;5)选 择 工 作 模 式 ， 在 雷 达 资 源 约 束 条 件 下 对 雷 达 任 务 进 行 调 度 ， 分 别 得 到 各 阵 面 最 终 执 行 任 务 队 列 ;6)若 调 度 没 结 束 ， 则 更 新 参 数 ， 继 续 从 步 骤 1) 开 始 执 行 。图 2 流 程 中 的 任 务 分 配 按 照 第 1 节

15、 中 所 给 出 的 波 束 驻 留 任 务 模 型 得 到 的 每 个 任 务 申 请 执 行 时 间 窗 来 判 定 任 务 应 该 由 哪 个 雷 达 阵 面 来 执 行 ;任 务 综 合表 1 中 tserch 、 tconfirm 、 ttrack 、 titrack ， tloss 分 别 为 五 种类 型 任 务 再 次 生 成 周 期 ， 再 次 生 成 周 期 小 于 各 类 型任 务 帧 周 期 。 tend 为 当 下 调 度 周 期 结 束 的 时 间 ， 也 即23 期 程 小 枫 ， 等 :双 波 段 旋 转 相 控 阵 雷 达 任 务 调 度 算 法 75优 先 级 的 设 计 在 2. 2 节 中 讨 论 ;调 度 算 法 则 在 2. 4中 讨 论 ;工 作 模 式 的 选 择 则 是 指 当 目 标 数 增 多 ， 雷 达 资 源 紧 张 时 ， 雷 达 所 采 取 的 调 整 策 略 ， 在 2. 4 节 中 会 详 细 讨 论 。(i + ) /2 + i式 中 ， = (j 2) / ;(10)= (j 1 ) + 2i 2 (j + ) /2 + j (11)p式 (11)中 ， = (i 2) / 。包 含 空 域 优 先 级 的 任 务 综 合 优 先 级 算 法考 虑 到 双 波 段 旋 转 相 控 阵 雷 达 两 个