一种双机协同被动雷达探测路径规划方法
【专利摘要】本发明公开了一种双机协同被动雷达探测路径规划方法，在分析目标主动雷达辐射区域的基础上建立了双机协同被动探测的任务模型。运用模糊理论对问题状态空间进行了泛化，针对不同的探测阶段给出了目标转移函数的不同形式，通过合理定义动作空间和奖励函数将问题描述为Markov决策过程，并给出了双机协同被动雷达探测的模糊Q学习路径规划方法。解决了现有基于模型的路径规划方法无法应对环境改变的问题，适合于非机动和机动辐射源的定位。
【专利说明】一种双机协同被动雷达探测路径规划方法
【技术领域】
[0001]本发明属于信息【技术领域】，涉及一种双机协同被动雷达探测路径规划方法。
【背景技术】
[0002]隐身目标的出现使得目前广泛使用的主动雷达传感器的探测距离和探测精度大幅下降，依靠主动雷达获取目标信息的精确制导武器在应对隐身目标时也显得无能为力。主动雷达失效使得人们把目光重新投向传统的被动雷达传感器，研究通过获取目标主动雷达辐射的信号对其进行定位已成为目前反隐身领域的研究热点。
[0003]采用运动可控平台对辐射源进行定位是被动探测体制经常采用方法，由于单个平台只能报告其接收到信号的到达方位和到达时间，所以通常采用多平台协同的方式利用三角定位法对目标进行定位。实现被动探测的一个基本前提是必须使载机传感器位于目标的辐射范围内，但这就造成一个问题，即有可能使载机暴露在目标的攻击范围内，遭到目标机载武器的攻击。如何在保证载机安全的情况下实现对目标的定位是实现被动探测必须解决的问题。此外，双机组成的被动探测系统还受到通信距离、目标辐射控制等因素的限制和影响，所以，寻找合适的策略以规划载机的飞行路径对实现双机协同被动目标探测十分重要。
[0004]目前，用于飞行路径规划的方法主要是基于模型的优化方法，该方法通过建立载机、传感器、目标等的数学模型，定义相关的优化指标，采用最优化理论和算法对载机的飞行路径进行规划。基于模型的飞行路径规划优化方法存在一个问题，那就是其效果在很大程度上依赖于所建立模型的精确程度。一旦模型建立，载机的飞行路径规划策略基本固定不变，这在外界环境基本保持不变时可以获得令人满意的规划效果，但是当外界环境变化明显、事先建立的模型无法准确描述实际情况时，效果不佳。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种双机协同被动雷达探测路径规划方法，用以解决主动雷达辐射源的定位问题，通过引入多智能体理论中的强化学习方法，结合被动雷达探测的特点，通过合理的状态空间描述及动作空间定义将问题近似成离散的马尔科夫决策过程(MDP)，并利用模糊Q学习算法对飞行策略进行在线寻优，只要值函数的估计保证渐近无偏，则Q学习算法能够收敛到一个准最优策略。
[0006]其技术方案如下:
[0007]—种双机协同被动雷达探测路径规划方法，包括以下步骤:
[0008]步骤I)建立双机协同被动雷达探测任务模型及约束条件；
[0009]步骤2)建立双机协同被动雷达探测的Markov决策过程模型；
[0010]步骤3)双机协同被动雷达探测路径的模糊Q学习规划步骤；
[0011]进一步优选，所述步骤I)具体包括以下两个步骤:
[0012](I)目标辐射区域划分
[0013]考虑二维平面内情形，假设主动雷达安装在目标的头部，则以目标为中心可以将目标的周围区域划分为四个部分:主动雷达动态照射区、主动雷达主瓣照射区、武器威胁区与被动雷达失效区，它们之间存在相互重叠的区域，主动雷达动态照射区:该区域大小是由
目标主动雷达的最大动态视场角2? ((Pd < 90 )和雷达波的最大传播距离Dd决定，装备被动雷达的载机只有进入该区域，才有可能发现目标，主动雷达主瓣照射区:该区域大小由主瓣宽度2? (? <%)和％决定，通常以一定的周期^进行扫描，该区域内雷达波信号最强，为被动雷达的最佳接收区域，执行被动雷达探测任务的载机在进入动态照射区后，应控制自身进入该区域，武器威胁区:该区域由目标机载武器的最大离轴发射角2^和射程Dw(Dw < Dd)决定，为简化问题，假设％ =P执行被动探测任务的载机应避免进入该区域，以保证自身的安全，被动雷达失效区:通常情况下，该区域内由于没有可用的雷达辐射信号，所以被动雷达在该区域内将失效；
[0014](2)任务模型及约束条件建立
[0015]假设执行被动探测任务的载机天线指向与其航向相同，被动雷达的最大搜索方位角为2PP，最大探测距离为Dp。首先给出以下定义:
[0016]目标视线(F1Ft):执行被动探测任务的载机Fi(i = 1，2)与目标Ft的连线，其长度为Ri ；
[0017]目标方位角(?):任务机航向与目标视线F1Ft的夹角；
[0018]目标进入角(Θi):目标航向与目标视线F1Ft的夹角；
[0019]目标天线角(Φ):目标天线指向与目标视线F1Ft的夹角；
[0020]任务机方位角(Pi):任务机航向与参考方向的夹角；
[0021]目标方位角与进入角的正方向规定为:任务机飞行员沿着飞机速度方向看去，以目标视线F1Ft为起始基准，速度方向若右偏为正，左偏为负，则O≤|q」≤180°，O ≤I Θ J ≤ 180。；
[0022]任务机在探测过程中的任务分为两个阶段来实施:一是搜索阶段，主要解决如何发现目标的问题；二是定位阶段，该阶段主要解决如何提高探测精度的问题。对于搜索阶段，应满足
[0023]
【权利要求】
1.一种双机协同被动雷达探测路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I)建立双机协同被动雷达探测任务模型及约束条件； 步骤2)建立双机协同被动雷达探测的Markov决策过程模型； 步骤3)双机协同被动雷达探测路径的模糊Q学习规划步骤。
2.根据权利要求1所述双机协同被动雷达探测路径规划方法，其特征在于，所述步骤I)具体包括以下两个步骤: (O目标辐射区域划分 考虑二维平面内情形，假设主动雷达安装在目标的头部，则以目标为中心可以将目标的周围区域划分为四个部分:主动雷达动态照射区、主动雷达主瓣照射区、武器威胁区与被动雷达失效区，它们之间存在相互重叠的区域，主动雷达动态照射区:该区域大小是由目标王动雷达的最大动态视场角Ιψ?和雷达波的最大传播距尚Dd决定，王动雷达王辦照射区:该区域大小由主瓣宽度2?,和Dd决定，以一定的周期Tm进行扫描，该区域内雷达波信号最强，为被动雷达的最佳接收区域，执行被动雷达探测任务的载机在进入动态照射区后，应控制自身进入该区域，武器威胁区:该区域由目标机载武器的最大离轴发射角2供和射程Dw决定，假设执行被动探测任务的载机应避免进入该区域，被动雷达失效区:该区域内没有可用的雷达辐射信号，被动雷达在该区域内将失效； (2)任务模型及约束条件建立 假设执行被动探测任务的载机天线指向与其航向相同，被动雷达的最大搜索方位角为2%最大探测距离为Dp，首先给出以下定义: 目标视线F1Ft:执行被动探测任务的载机Fi (i = 1，2)与目标Ft的连线，其长度为Ri ； 目标方位角％:任务机航向与目标视线F1Ft的夹角； 目标进入角91:目标航向与目标视线F1Ft的夹角； 目标天线角Φ?:目标天线指向与目标视线F1Ft的夹角； 任务机方位角P1:任务机航向与参考方向的夹角； 目标方位角与进入角的正方向规定为:任务机飞行员沿着飞机速度方向看去，以目标视线F1Ft为起始基准，速度方向若右偏为正，左偏为负，则O≤|q」≤180°，`O≤ I Θ J≤ 180。； 任务机在探测过程中的任务分为两个阶段来实施:一是搜索阶段，主要解决如何发现目标的问题；二是定位阶段，对于搜索阶段，应满足
3.根据权利要求1所述的双机协同被动雷达探测路径规划方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括以下四个步骤: (I)状态空间的划分与模糊泛化 双机协同被动雷达探测问题的状态空间包括任务机的状态空间与目标的状态空间xT两部分，通过％和&计算出目标的相对态势关系，记为Xi，将原状态空间按任务机与目标相对态势划分统一的状态空间S:
4.根据权利要求1所述的双机协同被动雷达探测路径规划方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括以下六个步骤: (1)初始化:分别对状态、迭代参数
【文档编号】G05D1/10GK103499974SQ201310454979
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】方洋旺, 高翔, 伍友利, 张磊, 刁兴华, 毛东辉 申请人:中国人民解放军空军工程大学