相控阵雷达资源管理中的脉冲交错调度方法
【专利摘要】本发明公开了一种相控阵雷达资源管理中脉冲交错调度方法，主要解决现有脉冲交错调度方法难以应用于实时性工程化实现的问题。其实现过程是：1）将从相控阵雷达系统的任务产生模块获得的请求任务依据综合优先级从大到小的顺序进行排序得到请求任务链表2)顺序遍历请求任务链表进行双向贪婪搜索调度得到执行任务链表3）顺序遍历执行任务链表进行3~5次二次调度扫描得到最终执行任务链表4）将最终执行任务链表送入相控阵雷达系统的任务执行模块。本发明具有较强的实时性，可方便的应用于工程实现，同时能够保证获得较好的脉冲交错调度性能，可用于相控阵雷达的时间能量资源管理。
【专利说明】相控阵雷达资源管理中的脉冲交错调度方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达【技术领域】，涉及一种相控阵雷达资源管理中雷达任务调度的脉冲交错调度方法，可用于相控阵雷达中的时间能量资源管理。
【背景技术】
[0002]相控阵雷达具有波束捷变等显著特点，使得单部雷达能够同时完成搜索、跟踪、制导等多个任务，从而形成多功能相控阵雷达系统。多功能相控阵雷达系统在计算机控制单元的控制下，可以自适应地改变波形参数等系统参数，使雷达系统能够不断适应外部环境和状态的变化。但由于雷达系统可用的时间、能量资源是有限的，雷达系统的多功能集成必然要求雷达对有限的可用资源进行合理的分配和利用。相控阵雷达的时间能量资源管理主要包括雷达任务的产生和调度两部分。对于雷达任务的产生问题，许多文献已经进行了较多的研究，产生了协方差控制方法等诸多方法。
[0003]对于雷达任务的调度问题，Farina.A和Ner1.P等人在“Multitargetinterleaved tracking for phased-array radar.Communications, Radar and SignalProcessing, IEE Proceedings F, 1980.127(4):p.312-318” 文中提出使用脉冲交错技术提高雷达的时间利用率。而到目前为止，对脉冲交错技术的讨论则主要集中在理论最优解的研究上，如利用遗传算法求解最优调度，而对于能够实际应用的方法的讨论则较少。在文章“An efficient scheduling method for phased array radars with limited timeresources, Proceeding of IET International Radar Conference, Guilin, 2009.p.1-4，，中，Zhang Boyan等人提到在对调度周期划分时间槽的基础上，使用贪婪调度和相邻任务交换的方法实现一种脉冲 交错调度方法。但文中并未给出脉冲交错调度的具体实现方法，也没有考虑相邻任务交换中调度增益、扫描顺序和扫描次数等因素对调度性能的影响。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种相控阵雷达资源管理中的脉冲交错调度方法，以实现对雷达任务的实时性调度，并获得较好的调度性能。
[0005]为实现上述目的，本发明的实现步骤包括如下:
[0006]I)将从相控阵雷达系统的任务产生模块中获得的请求任务，依据综合优先级从大到小进行排序，得到请求任务链表/〗=丨/<，...，/<,...，馬++丨，其中1^为请求任务链表中的第1个请求任务，1=1,…，N, N为请求任务链表1中请求任务的个数；
[0007]2)初始化执行任务链表:E为空链表，顺序遍历请求任务链表f ,依次对其中的第i个请求任务Ri进行如下双向贪婪搜索调度:
[0008](2a)对请求任务Ri执行前向搜索，获得前向实际执行时间4 ；
[0009](2b)对请求任务Ri执行后向搜索，获得后向实际执行时间；[0010](2c)计算请求任务Ri的实际执行时间tei:
[0011 ]当/Cf —tpt < /<-扔并且 T 时，令卞=,e;,当 g-//>,>/<-供并且 ie.;* T时，令
%=/<，否则令实际执行时间tei为任意负数，表示无效的实际执行时间，其中，tPi表示请
求任务Ri的期望执行时间，其由相控阵雷达系统的任务产生模块获得，T表示调度周期结束时刻；
[0012](2d)若实际执行时间tei ^ 0，则由请求任务Ri产生相应的执行任务，且执行任务的实际执行时间与请求任务的实际执行时间相同；将执行任务放入执行任务链表P,且使执行任务链表中执行任务的实际执行时间满足从小到大的顺序；[0013]3)顺序遍历执行任务链表E ?中的执行任务，以进行二次调度:
[0014]3a)设迭代次数k=l，…，K 一 1，其中K为执行任务链表f中执行任务的个数，在第k次迭代中，从执行任务链表:E中去掉第k个和第k+Ι个执行任务Ek和Ek+1，形成修改
后的执行任务链表.[0015]3b)在修改后的执行任务链表:jf1的基础上按照步骤(2)所述的双向贪婪搜索调度过程，重新依次调度执行任务Ek和Ek+1所对应的请求任务Rm和Rn，其中I < m，η < N,分别形成执行任务链表和?并分别计算执行任务链表ψ的调度增益Gf1和执行任
务链表的调度增益(,f..[0016]3c)在修改后的执行任务链表纟,1的基础上按照步骤(2)所述的双向贪婪搜索调度过程，重新依次调度请求任务Rn和Rm，分别形成执行任务链表>和片f1，并分别计算执行任务链表的调度增益Gf ^和执行任务链表的调度增益;
[0017]3d)取最大调度增益=max(Gf V/f)所对应的执行任务链表￡产，i
=1，2，3，4，作为得到的执行任务链表左=If1,重复步骤(3a) —(3d)继续迭代，直至迭代次数k达到最大值；
[0018]4)依据相控阵雷达系统可用时间资源的多少，重复执行步骤(3)共3~5次，得到执行任务链表￡ ；
[0019]5)将步骤(4)得到的执行任务链表#送入相控阵雷达系统中的任务执行模块，按
照执行任务链表中执行任务的顺序依次执行各个执行任务。
[0020]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0021]1)与现有的最优化方法相比，本发明针对工程实现的需求，使用双向贪婪搜索调度方法和二次调度扫描方法，在得到较好的任务调度性能的前提下，能够满足实时性要求，便于脉冲交错技术的工程应用。
[0022]2)本发明中没有将调度周期划分为若干个时间槽，而是直接在连续时间上进行操作，避免了离散时间对调度性能的影响，通过双向贪婪搜索调度方法，在第一次调度时即可避免过大的平均期望执行时间偏差度，为后续的进一步处理提供了良好基础。而且双向贪婪搜索调度中的前向搜索和后向搜索可以并行进行，便于提高速度。
[0023]3)本发明中使用释放并重调度的方式进行二次调度扫描，该释放并重调度的方式并非交换，而是试图释放执行任务间的相互约束，同时本发明的二次调度方法允许多次重复执行，通过指定进行3~5次二次调度扫描，既可以显著提高调度增益，又可避免过多无用的二次调度扫描，浪费相控阵雷达系统的时间资源。
[0024]4)本发明中的二次调度扫描使用自然顺序，即按照执行任务链表中执行任务的顺序进行二次调度扫描，相比按照随机顺序或按照综合优先级顺序扫描具有更好的调度性倉泛。
[0025]5)本发明中二次调度扫描中使用调度增益作为判断依据，不同于仅使用平均期望执行时间偏差度的方法，能够综合考虑价值实现率和平均期望执行时间偏差度等因素，更能准确的描述调度性能，获得更佳的调度结果。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明的总流程图；
[0027]图2是本发明中的双向贪婪搜索子流程图；
[0028]图3是本发明中的双向贪婪搜索中的前向搜索子流程图；
[0029]图4是本发明中 的双向贪婪搜索中的后向搜索子流程图；
[0030]图5是本发明中的二次调度扫描子流程图；
[0031]图6是使用本发明进行脉冲交错调度的结果示意图；
[0032]图7是本发明使用不同的扫描顺序对调度性能的影响比较图。
【具体实施方式】
[0033]参照图1，本发明的实现步骤如下:
[0034]步骤1，获取请求任务并进行排序，得到请求任务链表。
[0035]将从相控阵雷达系统的任务产生模块中获得的请求任务，依据综合优先级从大到小进行排序，得到请求任务链表及=Ut…其中Ri为请求任务链表中的第i个请求任务，1=1,..., N, N为请求任务链表18中请求任务的个数；
[0036]所述的综合优先级为请求任务Ri携带的参数，由任务产生模块计算得到，该任务产生模块位于本发明所处功能模块的前端，负责形成请求任务Ri,并计算请求任务Ri的参数；综合优先级体现了请求任务的重要性，排序使得后续操作能够优先处理重要的请求任务。
[0037]步骤2，初始化执行任务链表?为空链表，顺序遍历请求任务链表及进行双向贪婪搜索调度。
[0038]参照图2，本步骤中对请求任务链表1中的第i个请求任务Ri进行双向贪婪搜索调度的步骤如下:[0039](2a)对请求任务Ri执行前向搜索，获得前向实际执行时间:
[0040]如图3所示，所述前向搜索的步骤如下:
[0041]2al)设迭代次数k=0,1, 2,...,在第k次迭代中，计算请求任务Ri的前向接收执行时间, 为第k次迭代的前向执行时间，初始时前向执行时间
Ief=Ipi, 表示请求任务Ri的期望执行时间，tdi表示请求任务Ri的发射-接收延时，期
望执行时间tPi和发射-接收延时tdi均为请求任务Ri携带的参数，由相控阵雷达系统的任务产生模块获得；
[0042]2a2)在执行任务链表f中查找执行时间位于前向执行时间/ef1前的发射子任务 和接收子任务以及执行时间位于前向执行时间后的发射子任务和接
收子任务/^, 1≤m，n≤N,，按照如下公式计算前向发射-发射剩余量和前向发射-接收剩余量、前向发射-发射松弛量.?1和前向发射-接收松弛量S/,前向发
射-发射步进量和前向发射-接收步进量Fof >，:
【权利要求】
1.相控阵雷达资源管理中的脉冲交错调度方法，包括如下步骤: 1)将从相控阵雷达系统的任务产生模块中获得的请求任务，依据综合优先级从大到小进行排序，得到请求任务链表R={}R1,...,RI,...RN，其中Ri为请求任务链表中的第i个请求任务，i=l,…，N, N为请求任务链表f中请求任务的个数； 2)初始化执行任务链表为空链表，顺序遍历请求任务链表1?依次对其中的第i个请求任务Ri进行如下双向贪婪搜索调度: (2a)对请求任务Ri执行前向搜索，获得前向实际执行时间t (2b)对请求任务Ri执行后向搜索，获得后向实际执行时间tof; (2c)计算请求任务Ri的实际执行时间tei: 当 tel—tPi ≤tPi 并且 te'i≠T时，令 tet =Iei,当 -1pi>/<-1pi 并且.te''i≠t 时，令
否则令实际执行时间te,为任意负数，表示无效的实际执行时间，其中，tPi表示请求任务Ri的期望执行时间，其由相控阵雷达系统的任务产生模块获得，T表示调度周期结束时刻； (2d)若实际执行时间tei ^ O，则由请求任务Ri产生相应的执行任务，且令执行任务的实际执行时间为tei ； (2e)将执行任务放入执行任务链表J ,且使执行任务链表1':中执行任务的实际执行时间满足从小到大的顺序； 3)顺序遍历执行任务链表f中的执行任务，以进行二次调度: 3a)设迭代次数其中N'为执行任务链表色中执行任务的个数，在第k次迭代中，从执行任务链表?:中去掉第k个和第k+Ι个执行任务Ek和Ek+1，形成修改后的执行任务链表.3b)在修改后的执行任务链表斤]的基础上按照步骤(2)所述的双向贪婪搜索调度过程，调度执行任务Ek所对应的请求任务Rm，形成执行任务链表巧，在执行任务链表/^1的基础上调度执行任务Ek+1所对应的请求任务Rn，形成执行任务链表_、，其中I < m，η < N，并分别计算执行任务链表1f的调度增益Cf '和执行任务链表^f1的调度增益Gf1: 3c)在修改后的执行任务链表jf、的基础上按照步骤(2)所述的双向贪婪搜索调度过程，调度请求任务Rn,形成执行任务链表片1,在执行任务链表1f的基础上调度请求任务Rm，形成执行任务链表并分别计算执行任务链表.左巧的调度增益Gf1和执行任务链表1f的调度增益Cf;3d)取最大调度增益
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(2a)所述的对请求任务Ri执行前向搜索，按如下步骤进行: 2al)设迭代次数k=0，l，2，…，在第k次迭代中，计算请求任务Ri的前向接收执行时间
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(2b)中的后向搜索包括如下步骤:2bl)设迭代次数k=0，I, 2，…，在第k次迭代中，计算请求任务Ri的后向接收执行时间
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(3b)和步骤(3c)中计算调度增益，根据执行任务链表?'中执行任务的个数K ,通过如下公式计算: 当N' 时，
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述步骤(2a2)和(2a3)中计算发射-发射、发射-接收、接收-发射、接收-接收这四种关系下对应的前向剩余量SufJ、
,前向松弛量兄？、Si^、Sl'^、Si^:和前向步进量/?1, Fd^、、/rCh按如下公式计算:
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述步骤(3a2)和(3a3)中计算发射-发射、发射-接收、接收-发射、接收-接收这四种关系下对应的后向剩余量Sgf、Su^KSiC、Su^，后向松弛量Sl^、C、、Slip、SI^和后向步进量、F<C、Fotk^八彳=.按如下公式计算:
【文档编号】G06F9/46GK103838623SQ201310165920
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年5月7日 优先权日:2013年5月7日
【发明者】刘峥, 张清帅, 吴旭姿, 刘韵佛 申请人:西安电子科技大学