一种空地协同探测组网部署优化方法

本发明属于雷达传感器组网探测，特别是涉及一种空地协同探测组网部署优化方法。

背景技术：

1、组网雷达通过对各雷达位置的部署，可以构成全方位、全天候、立体化、层次化的探测体系，较传统雷达具有更优异的探测能力和抗电磁干扰能力。空基雷达具有优越的低空探测能力和调度机动性，在对无人机等低小慢目标探测时具有优良的性能。

2、雷达组网功能的发挥，依赖于各组网雷达在空间和频率上的分布关系，优化部署是实现雷达组网探测任务效能倍增的前提和基础。目前地面雷达组网优化部署研究主要集中于全局未知时的雷达网部署，采用的方法主要是枚举法、专家推理法和启发式算法等。空基雷达部署的研究主要集中于空基雷达的巡逻航线规划问题，目前常用的巡逻航线主要是跑道形、8字形和圆形等。

3、由于枚举法和专家推理方法存在组合爆炸和执行速度较慢等缺点，当组网雷达数较多时，几乎不可能得到优化部署方案，所以目前领域实践中大多采用启发式算法。专利(一种基于人工蜂群算法的雷达组网优化部署方法，申请号：cn202010561560.x，申请日：2020-06-18)公开了一种基于人工蜂群算法的雷达组网优化部署方法，该方法构建了更符合体系化的雷达部署优化目标函数，采用人工蜂群算法，改善了迭代寻优的收敛性和收敛速度，但该方法未充分考虑实际探测任务中抗电磁干扰，反隐身等要求。论文(戴瑜,汪先超,汤子跃,张袁鹏.针对重点任务航线保障的预警机航线规划[j].火力与指挥控制,2018,43(04):62-65+70.)提出了一种分段探测的预警机航线规划方法，该方法采用跑道形的巡逻航线，利用粒子群优化算法求解，得到了最优的针对重点任务保障的预警机航线规划，但该方法中重点任务的巡逻航线需由人为指定，具有随意性。

技术实现思路

1、本发明目的在于弥补地面雷达组网在低空探测和调度机动性上的不足，解决地面雷达组网空频域覆盖和抗电磁干扰、反隐身能力低的问题，克服空机雷达重点任务的巡逻航线指定具有随意性的缺陷。

2、为了实现本发明目的，本发明公开了一种空地协同探测组网部署优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、步骤1、确定地面雷达组网部署评估体系，根据评估体系的各项性能要求和约束条件，建立地面雷达组网部署的数学模型；

4、步骤2、将探测区域进行栅格化处理，利用遗传算法对地面雷达组网进行优化部署，得到地面雷达组网部署的pareto解；

5、步骤3、在获得地面雷达组网部署的pareto解的基础上，计算探测区域每个栅格的薄弱指数，进而获取整个探测区域的薄弱矩阵；

6、步骤4、利用广度优先遍历思想处理薄弱矩阵，提取薄弱区并按照区域大小和薄弱程度进行排序；

7、步骤5、根据空基雷达数量和薄弱区排序情况制定空基雷达部署任务，寻找薄弱区最长对角线，形成空基雷达的巡逻航线，最终生成空地协同探测组网部署方案。

8、进一步地，评估体系的各项性能要求分别为空域覆盖系数、空域重叠覆盖系数和频率干扰系数。

9、空域覆盖系数表征地面雷达对探测区域和重点探测区域空域的有效覆盖能力，空域覆盖系数α如下式：

10、

11、式中，n为地面组网雷达数量；si为第i部地面雷达的探测范围大小，s为探测区域范围大小，skey为重点探测区域范围大小；α的取值范围为[0,1]。

12、空域重叠覆盖系数表征相邻两个雷达在探测区域的重叠覆盖率，提高雷达组网的二重覆盖范围是提升雷达组网抗电磁干扰能力的有利手段，空域重叠覆盖系数β如下式：

13、

14、式中，β的取值范围为[0,1]。

15、频率干扰系数表征相邻两个雷达在频域上的干扰程度，相近频段的雷达会出现互扰情况，频率干扰系数γ如下式：

16、

17、式中，fi和fj分别为第i部和第j部雷达的工作频段；γ的取值范围为[0,1]。

18、数学模型中的约束条件为衔接系数，其表征相邻雷达重叠的严密性，其取值需限制在一定范围内以保证雷达资源的合理利用，衔接系数δ如下式所示：

19、δ＝schr/srhr

20、式中，schr为相邻两个雷达的重叠探测范围；srhr为其中较小的雷达探测范围；δ的取值范围为[0,1]。

21、按照性能要求和约束条件，可建立地面雷达组网部署的数学模型如下式：

22、

23、式中，wi为不同高度层的权重系数，可根据不同高度层空情量、任务重要性等进行设置；k1、k2、k3分别为各项性能指标的权重系数，可根据任务需求进行设置。

24、进一步地，将探测区域进行栅格化处理，以每个栅格中心是否落入雷达探测范围为标准，可将雷达范围交并集产生的多边形面积计算转化为栅格中心点交并集计算，目的是减少计算量且保证精度。然后将雷达信息，探测区域大小，重点探测区域大小等参数输入遗传算法，经过迭代得到地面雷达组网部署的pareto解。

25、进一步地，薄弱指数w是该发明专为空地协同探测组网部署优化而设计提出的指数，目的是针对低小慢目标(包括无人机)，查找地面雷达组网部署的缺陷以指导空基雷达的部署规划；利用步骤2得到的pareto解计算探测区域每个栅格的薄弱指数w，薄弱指数w由空域薄弱指数wky和频域薄弱指数wpy组成。

26、进一步地，薄弱指数w如下式：

27、w＝wky+wpy

28、空域薄弱指数wky由当前栅格的覆盖重数决定，wky的取值范围为[0,1]，如下表：

29、 覆盖重数 无覆盖 一重覆盖 二重覆盖 三重及以上覆盖 空域薄弱指数 0 0.7 0.9 1

30、频域薄弱指数wpy由频段抗电磁干扰能力fkgr和频段反隐身能力ffys组成，如下式：

31、wpy＝fkgr+ffys

32、频段抗电磁干扰能力fkgr如下式：

33、

34、式中，为覆盖当前栅格的k部雷达工作频段的并集，为可部署所有地面雷达工作频段的并集，fkgr的取值范围为[0,1]；

35、频段反隐身能力ffys如下式：

36、

37、式中，为覆盖当前栅格的k部雷达工作频段的反隐身能力得分，ffys的取值范围为[0,1]。

38、单部雷达反隐身能力得分如下表：

39、 工作频段 hf vhf uhf l s c x 其他 得分 1 1 0.8 0.5 0.5 0.5 0.5 0.6

40、计算完所有栅格的薄弱指数w，得到整个探测区域的薄弱矩阵

41、进一步地，根据探测任务要求设置阈值wmin，若对于薄弱矩阵的任一元素wi满足wi<wmin，则wi称为薄弱点；利用广度优先遍历思想寻找薄弱矩阵的每个薄弱点，将相邻薄弱点合并为薄弱区。

42、进一步地，对每个薄弱区进行降序排序，排序的第一标准为区域大小即薄弱点个数，第二标准为薄弱程度即各薄弱点的薄弱指数均值。

43、进一步地，根据空基雷达数量和薄弱区排序情况，依据一部空基雷达保障一块薄弱区的原则，空基雷达的巡逻航线选择跑道形，制定空基雷达部署任务。

44、进一步地，将薄弱区映射回探测区域栅格，找到薄弱区栅格的最长对角线形成空基雷达的巡逻航线，最终生成空地协同探测组网部署方案。

45、与现有技术相比，本发明的显著进步在于：1)本发明利用空基雷达高空探测优势，将地面雷达组网和空基雷达相结合，弥补了地面雷达在低空探测和调度机动性上的不足，提升了地面雷达组网空频域覆盖能力和抗电磁干扰、反隐身能力；2)本发明对使用启发式算法后得到的地面雷达组网阵地进行薄弱性评估，提取薄弱区域等关键信息以规划空基雷达的巡逻航线任务，使空基雷达重点任务的巡逻航线指定更具有专业性和严谨性。

46、为更清楚说明本发明的功能特性以及结构参数，下面结合附图及具体实施方式进一步说明。