多目标探测下基于联盟博弈的分布式雷达功率分配方法

本发明涉及雷达信号处理技术，具体涉及一种多目标探测下基于联盟博弈的分布式雷达功率分配方法。

背景技术：

1、分布式组网雷达能够获得比单雷达更多的体系探测效能，能够有效提高空天目标的预警探测能力、抗复杂电子干扰能力与情报保障能力，特别是能提高复杂电磁频谱环境下对非合作目标的连续探测能力。

2、随着6g技术和无源探测技术的快速发展，射频隐身技术成为了设计雷达系统时不可或缺的一部分。雷达组网是改善雷达系统性能的一项至关重要的技术，由于组网雷达系统在空间和信号多样性方面的优势，在目标探测、定位、跟踪和波形设计等问题方面雷达组网技术得到了广泛应用。为了能够实现更好的射频隐身性能，严格控制雷达系统的辐射功率尤为重要。虽然雷达系统的资源分配问题可以通过采用凸优化算法来解决，但在实际实施的过程中有很多的困难。博弈论作为一种基于行为规则的优化决策理论，适合用于解决组网雷达系统的资源分配问题，其可以为博弈参与者之间的对抗和协调提供一个框架。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种多目标探测下基于联盟博弈的分布式雷达功率分配方法，该方法能够最大限度地提高系统能效，有效降低系统总辐射功率，在满足多目标探测场景预定义的信干噪比性能要求的同时，有效提高了分布式组网雷达系统的低截获概率性能。

2、技术方案：本发明的多目标探测下基于联盟博弈的分布式雷达功率分配方法，包括以下步骤：

3、确定组网雷达系统模型，该模型包括m部雷达组成的组网雷达系统和q个需要被探测的目标；设计新的雷达效用函数和分布式组网雷达系统的效用函数；确定联盟博弈的转移条件，包括某一雷达转移之后获得的效用不小于转移之前的效用，且某一雷达转移之后形成的新联盟结构下的分布式组网雷达系统的效用不小于转移之前的系统效用；以给定的目标探测性能为约束，以最大化系统能效和最优功率分配为优化目标，建立基于联盟博弈的组网雷达功率分配模型；采用联合联盟形成和功率分配的博弈算法对基于联盟博弈的功率分配模型进行求解，得到满足预定目标探测性能条件下的最优功率分配结果。

4、进一步的，组网雷达系统模型中各信号传播路径的增益为：

5、

6、其中，表示雷达i-目标-雷达i的传播路径的增益，表示雷达j-目标-雷达i的传播路径的增益，表示雷达j-雷达i的传播路径的增益，gt表示雷达主瓣发射天线增益，gr表示雷达主瓣接收天线增益，gt′表示雷达旁瓣发射天线增益，gr′表示雷达旁瓣接收天线增益；表示雷达i经过其探测到的目标返回其自身的雷达散射截面积(rcs)，表示雷达j经过目标到达雷达i的rcs，λ表示信号的波长，ri,i表示雷达i与其探测的目标之间的距离，rj,i表示雷达i与雷达j探测的目标之间的距离，rj,j表示雷达j与其探测的目标之间的距离，dj,i表示雷达j与雷达i之间的距离。

7、进一步的，组网雷达系统模型中雷达i的信噪比表示为：

8、

9、其中，γi表示雷达i的信噪比，pi表示雷达i的辐射功率，pj表示雷达j的辐射功率；cj,i表示雷达j和雷达i的之间的相关系数；σ2为噪声方差，nj是雷达i所在的联盟之外的其他雷达的集合，表示雷达i-目标-雷达i的传播路径的增益，表示雷达j-目标-雷达i的传播路径的增益，表示雷达j-雷达i的传播路径的增益，i-i表示雷达i接收的总干扰和噪声。

10、进一步的，新的雷达效用函数为：

11、

12、其中，vi(pi,p-i)表示雷达i的效用函数，pi表示雷达i的辐射功率，γi表示雷达i的信噪比，p-i表示除雷达i外的所有雷达的功率矢量，表示雷达i的sinr阈值，表示雷达i-目标-雷达i的传播路径的增益，ai和bi分别表示与目标探测性能和雷达辐射功率相关的定价变量，pmax表示雷达的峰值功率，表示迭代结束前n次的辐射功率之和，表示雷达i迭代结束前的第d次的辐射功率，n表示算法迭代结束前n次；

13、分布式组网雷达系统的效用函数为：

14、

15、其中，u(pi,p-i)表示分布式组网雷达系统的效用函数。

16、进一步的，联盟博弈的转移条件为：

17、

18、其中，vi(pi,p-i)表示雷达i的效用函数，νi′(pi,p-i)表示雷达i转移之后获得的效用，u(pi,p-i)表示分布式组网雷达系统的效用函数，u′(pi,p-i)表示在雷达i转移之后形成的新联盟结构下的分布式组网雷达系统的效用，pi表示雷达i的辐射功率，p-i表示除雷达i外的所有雷达的功率矢量。

19、进一步的，基于联盟博弈的功率分配模型为：

20、max u(pi,p-i)

21、

22、其中，u(pi,p-i)表示分布式组网雷达系统的效用函数，pi表示雷达i的辐射功率，p-i表示除雷达i外的所有雷达的功率矢量，γi表示雷达i的信噪比，表示雷达i的sinr阈值，γmax表示sinr最大值，pmax表示雷达的峰值功率，为自然数集。

23、进一步的，采用联合联盟形成和功率分配的博弈算法对基于联盟博弈的功率分配模型进行求解的方法为：

24、(a)初始化组网雷达系统中的所有雷达选择一个随机目标进行探测，并将当前的联盟结构记为πn；初始化sinr阈值和辐射功率pi(0)，以及ai和bi；使得迭代系数ite＝1，且ε＞0，ε是一个非常小的正常数，以获得相应的增益系数。

25、(b)当ite＝1,…,itemax时，计算第ite次迭代时雷达i的辐射功率当时，自适应调整更新计算雷达i的效用函数νi(pi,p-i)，计算分布式组网雷达系统的效用函数u(pi,p-i)；

26、(c)当πn不稳定，i＝1,…,m时，记录雷达i当前所在联盟ck；当目标k′＝1:q时，如果k′≠k，重复步骤(b)计算当雷达i转移至联盟ck′的能效νi′(pi,p-i)和系统总能效u′(pi,p-i)，如果满足转移条件，则νi(pi,p-i)＝νi′(pi,p-i)、u(pi,p-i)＝u′(pi,p-i)、πn＝πn′，否则，νi(pi,p-i)、u(pi,p-i)和πn保持不变；

27、(d)在实现稳定的联盟结构πn后，更新

28、进一步的，第ite次迭代时雷达i的辐射功率的计算公式为：

29、

30、其中，pmax表示雷达的峰值功率，表示与相关的函数。

31、基于相同的发明构思，本发明的多目标探测下基于联盟博弈的分布式雷达功率分配系统，包括：

32、系统模型确立单元，用于确定组网雷达系统模型，该模型包括m部雷达组成的组网雷达系统和q个需要被探测的目标；

33、效用函数设计单元，用于设计新的雷达效用函数和分布式组网雷达系统的效用函数；

34、转移条件确定单元，用于确定联盟博弈的转移条件，包括某一雷达转移之后获得的效用不小于转移之前的效用，且某一雷达转移之后形成的新联盟结构下的分布式组网雷达系统的效用不小于转移之前的系统效用；

35、功率分配模型构建单元，用于以给定的目标探测性能为约束，以最大化系统能效和最优功率分配为优化目标，建立基于联盟博弈的组网雷达功率分配模型；

36、模型求解单元，用于采用联合联盟形成和功率分配的博弈算法对基于联盟博弈的功率分配模型进行求解，得到满足预定目标探测性能条件下的最优功率分配结果。

37、基于相同的发明构思，本发明的一种电子设备，所述设备包括：

38、存储有可执行程序代码的存储器；

39、与所述存储器耦合的处理器；

40、所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行如上述的多目标探测下基于联盟博弈的分布式雷达功率分配方法的步骤。

41、有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：本发明以给定的目标探测性能为约束，以最大化系统能效和最优功率分配为优化目标，建立了基于联盟博弈的组网雷达功率分配数学模型；同时实现分布式组网雷达中各雷达之间的公平性，通过调整联盟结构与功率分配策略，在满足一定的目标探测性能约束的条件下，最小化分布式组网雷达系统的辐射功率；本发明能够最大限度地提高系统能效，有效降低系统总辐射功率，在满足多目标探测场景预定义的信干噪比性能要求的同时，形成了稳定的联盟结构，有效提高了分布式组网雷达系统的低截获概率性能。