一种基于脉冲交错的数字阵列雷达任务优化调度方法与流程

技术特征：

1.一种基于脉冲交错的数字阵列雷达任务优化调度方法，包括下列步骤：

第一步：分别建立搜索，跟踪与成像任务的任务模型；

第二步：设计合理有效的雷达任务优先级；

第三步：在满足资源约束的前提下，对各个雷达成像任务进行调度；判断成像任务是否满足期望成像质量并确定在下一调度间隔执行的雷达任务。

2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲交错的数字阵列雷达任务优化调度方法，所述的第一步具体为：

建立搜索与跟踪任务模型如下：

T＝{et,st,t_x,t_w,t_r,ω,M,pri,P_t,P) (1)

其中，et为任务的期望调度起始时刻；st为任务的实际调度起始时刻；t_x,t_w,t_r分别为任务驻留脉冲的发射期，等待期和接收期；ω为任务的时间窗；M为脉冲重复个数；pri为脉冲重复周期；P_t为脉冲发射功率；P为任务优先级；

对于跟踪任务，若第i个目标到雷达的距离为则第i个任务驻留的等待期长度可以通过目标的预测位置信息计算得出：

$t_{wi}=\frac{2{\hat{R}}_i}{c}---\left(2\right)$

对于搜索任务，在没有目标的先验信息的情况下，一般无法获得回波返回接收机的时间；为了保证在搜索脉冲发射后能够有效接收到雷达回波信号，一旦发射期结束，天线系统就必须处于接收状态直到最大可驻留等待时间；

建立成像任务模型如下：

T＝{et,st,t_x,t_w,t_r,ω,M,pri,P_t,P} (3)

其中，et为成像任务的期望调度起始时刻，取决于精密跟踪任务进入稳定跟踪阶段的时刻；M表示任务的方位向观测维度，即稀疏孔径ISAR成像的脉冲个数，其本质与搜索和跟踪任务中的脉冲重复个数相同，因此用相同符号来表示；ω为成像任务的时间窗，与精密跟踪任务的跟踪时间有关；其余参数与式(1)中定义相同；

由于目标的距离向尺寸会影响雷达回波的到达时间，为了保证成像质量，需要对接收脉冲进行适当拓宽；若第i个目标到雷达的距离为距离向尺寸为则第i个成像任务的实际接收脉冲的宽度应设为：

${t_{wi}}^{\′}=\frac{2\left(R_i+{\hat{S}}_{y_i}\right)}{c}---\left(4\right).$

3.根据权利要求1所述的一种基于脉冲交错的数字阵列雷达任务优化调度方法，所述的第二步具体为：

将跟踪分为精密跟踪与普通跟踪，则将第i个精密跟踪任务和普通跟踪任务的优先级分别定义为：

$P_i^p=a_1{\left(\frac{1}{{\hat{R}}_i}\right)}^{\′}+a_2{\hat{V}}_i^{\′}+a_3{\left(\sin {\widehat{\mathrm{\θ}}}_i\right)}^{\′}+2---\left(5\right)$

$P_i^n=a_1{\left(\frac{1}{{\hat{R}}_i}\right)}^{\′}+a_2{\hat{V}}_i^{\′}+a_3{\left(\sin {\widehat{\mathrm{\θ}}}_i\right)}^{\′}+1---\left(6\right)$

其中，a₁,a₂,a₃为调整系数(a₁,a₂,a₃≥0,a₁+a₂+a₃＝1)，代表不同目标信息对优先级的影响程度；显然，精密跟踪任务的优先级范围在2～3之间，普通跟踪任务的优先级范围在1～2之间；

将搜索任务分为高优先级搜索(优先级为3)与低优先级搜索(优先级为0)；假设搜索到新的目标后仅发射一个验证波束进行确认，随后将其加入现有跟踪任务链表中，对其进行特征认知并计算跟踪优先级，并在下一个调度间隔内安排调度；

当某个精密跟踪任务进入稳定跟踪阶段后(设雷达发射l_i个波束对其进行跟踪照射后进入稳定跟踪阶段)，在下一个调度间隔内对其采用边跟踪边成像策略；若在一个调度间隔内存在多个进入稳定跟踪阶段的跟踪任务，在下一个调度间隔内按跟踪优先级对其依次成像；将进入稳定跟踪阶段的第M_i个成像任务的优先级定义为：

$P_i=a_1{\left(\frac{1}{{\hat{R}}_i}\right)}^{\′}+a_2{\hat{V}}_i^{\′}+a_3{\left(\sin {\widehat{\mathrm{\θ}}}_i\right)}^{\′}---\left(7\right)$

成像任务的优先级范围在0～1之间，由于对某个成像任务的调度通常要经过若干个调度间隔，为了保证成像过程中雷达发射的脉冲不被浪费，对不同成像任务采用优先级动态调整策略，即若第k个调度间隔执行了第i个成像任务，则在对第i个调度间隔进行资源分配时，将第i个成像任务的优先级适当提高：

P_i,k+1＝P_i,k+ΔP (8)

其中ΔP为优先级增长步进值；

为了更好的利用数字阵列雷达的时间资源对尽可能多的精密跟踪目标进行成像，对不同成像目标的成像积累时间进行自适应调整策略；

对于相邻重构像A和B，它们之间的互信息量I(A,B)表示为：

$I(A,B)=\underset{i,j}{\Σ}{p}_{ij}log\frac{p_{ij}}{p_i{p}_j}---\left(9\right)$

其中，p_i,p_j是A和B的灰度概率分布，p_ij是联合灰度概率分布，I(A,B)值越大，表明两重构像的相似性程度越高；选择适当的阈值T_α，当相邻两个调度间隔结束后获得的目标ISAR像的互信息量小于此阈值时，下一个调度间隔继续对该成像任务进行调度分析，反之则认为目标成像质量达到期望标准，该成像任务执行完毕。

4.根据权利要求1所述的一种基于脉冲交错的数字阵列雷达任务优化调度方法，所述的第三步具体为：

对各个雷达成像任务进行调度步骤如下：

建立基于脉冲交错的数字阵列雷达资源优化调度模型：

$\max \left\{q_1\frac{N^{\′}}{N}+q_2\frac{\underset{i=1}{\overset{N^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{k_i}}{\underset{i=1}{\overset{N^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{k_i}}+q_3\frac{\underset{i=1}{\overset{N^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}\left(t_{xi}+t_{ri}\right)\·M_i\·{\mathrm{pri}}_i}{T_{total}}+q_4\frac{P_t\·\underset{i=1}{\overset{N^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}\left(t_{xi}\·M_i\·{\mathrm{pri}}_i\right)}{P_{av}\·T_{total}}\right\}$

其中，N'和N分别为调度成功的任务总数和搜索任务数；q₁,q₂,q₃,q₄为目标函数的调整系数，表示不同的性能指标对调度方法的影响程度；第一个约束条件给出各个任务实际执行时刻的范围；第二个约束条件表明被调度执行的任务驻留发射脉冲间不会发生冲突，即雷达任务驻留脉冲的发射期是不可抢占的；第三个约束条件表明搜索任务驻留不能进行脉冲交错；第四个约束条件表明在不与发射脉冲产生冲突的前提下，被调度执行的任务驻留接收脉冲间可以在时间上重叠；第五个约束条件表示任务调度需满足的能量约束条件；

第1步：取本调度间隔[t₀,t_e]内申请调度的N个雷达任务，将任务中最晚调度起始时刻小于t₀的K个任务加入删除链表，将系统时间作离散化处理，每个时间槽长度为Δt，时间槽个数为引入时间指针t_p＝t₀，初始化时间槽向量U＝{u₁,u₂,…u_D}＝0以及能量状态向量E；

第2步：将剩余N-K个任务按式(5)～(7)计算得到的优先级从高到低排列加入申请链表(优先级相同的任务按照期望执行时刻先后排列)，令i＝1；

第3步：判断第i个任务能否在t_p时刻执行，若调度执行该任务满足式(10)中所示的时间与能量约束条件，则将其送入执行链表并从申请列表中删除；按照以下方式更新时间槽向量U和时间指针t_p：

(1)若为搜索任务：

t_p＝st_i+t_xi+t_wi+t_ri (12)

(2)若为跟踪任务：

t_p＝st_i+t_xi (14)

(3)若为成像任务：

t_p＝st_i+t_xi (16)

更新能量状态向量E＝E+ΔE(ΔE为执行该时间引起的系统能耗变化量)，令i＝i+1，返回第3步；若调度失败，在时间窗内调整任务的实际执行时刻，令t_p＝t_p+Δt_p(n为最小指针滑动步长)；

第4步：若t_p＜st_i+ω_i，返回第3步，否则认为该任务无法被调度并将其加入删除链表，令i＝i+1；

第5步：若i≤N-K，返回第3步，否则转第6步；

第6步：本调度间隔调度分析结束；利用到本调度间隔为止的之前所有观测子脉冲对调度成功的成像任务进行ISAR成像，判断是否在下一个调度间隔继续对其成像。