相控陣?yán)走_(dá)協(xié)同探測任務(wù)調(diào)度探討范文

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《雷達(dá)與對抗》2017年第3期

摘要:針對相控陣?yán)走_(dá)協(xié)同探測資源調(diào)度問題，提出了一種協(xié)同探測任務(wù)調(diào)度算法。首先介紹了相控陣?yán)走_(dá)協(xié)同探測相關(guān)內(nèi)容;接著給出了協(xié)同探測調(diào)度模型。針對多節(jié)點(diǎn)協(xié)同探測，提出一種優(yōu)化模型，權(quán)衡時(shí)間偏移量和時(shí)間利用率2個(gè)因素，在不顯著增大時(shí)間偏移量的前提下，提高時(shí)間利用率，提升探測性能。最后通過仿真驗(yàn)證了算法的有效性。

關(guān)鍵詞:協(xié)同探測;任務(wù)調(diào)度;優(yōu)化模型;時(shí)間窗;偏移量;時(shí)間利用率

0引言

隨著軍事科技的日新月異，世界各國更加重視各探測設(shè)備的協(xié)同探測能力。相控陣天線系統(tǒng)具有無慣性的快速電子波束掃描、空間低損耗、大功率合成等優(yōu)點(diǎn)，能夠克服傳統(tǒng)雷達(dá)協(xié)同資源分配不均，造成資源浪費(fèi)、效率較低的問題［1］。將數(shù)字相控陣系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于協(xié)同探測系統(tǒng)，既可發(fā)揮相控陣系統(tǒng)高度靈活的系統(tǒng)資源調(diào)度優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、寬覆蓋、高數(shù)據(jù)率、高分辨、高精度探測，又能充分利用多基協(xié)同探測反隱身、抗干擾、抗摧毀能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)［2］。雷達(dá)協(xié)同探測系統(tǒng)具有空間、體制、能量、頻率分集等諸多優(yōu)勢，已成為當(dāng)前裝備體系集成作戰(zhàn)運(yùn)用的研究熱點(diǎn)之一。隨著協(xié)同探測技術(shù)的發(fā)展，探測資源優(yōu)化管控正成為協(xié)同探測系統(tǒng)當(dāng)前迫切需要解決的關(guān)鍵問題［3］。文獻(xiàn)［4－6］對雷達(dá)組網(wǎng)探測進(jìn)行了研究，但主要是基于具體組網(wǎng)系統(tǒng)而言或僅考慮完成主要功能，尚未對協(xié)同探測資源調(diào)度提出具體算法。本文對相控陣?yán)走_(dá)協(xié)同探測提出一種資源調(diào)度算法，具有一定的參考價(jià)值。

1相控陣?yán)走_(dá)協(xié)同探測

相控陣?yán)走_(dá)協(xié)同探測，指的是為實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)任務(wù)目標(biāo)，通過統(tǒng)一指揮管控系統(tǒng)，使多節(jié)點(diǎn)雷達(dá)在時(shí)間同步和空間同步下按照最優(yōu)的時(shí)間序列、工作參數(shù)和工作方式，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)遠(yuǎn)距離、寬覆蓋、高精度探測的一種工作方式［7］。

1．1協(xié)同探測的優(yōu)勢

身處高密集電磁信號和多方位、多層次威脅目標(biāo)的復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境，單一體制雷達(dá)和獨(dú)立單節(jié)點(diǎn)雷達(dá)在作戰(zhàn)使用上難以滿足任務(wù)需求［8］。多節(jié)點(diǎn)雷達(dá)協(xié)同探測系統(tǒng)將多頻段、多體制雷達(dá)在統(tǒng)一資源管控下進(jìn)行資源優(yōu)化，將獲得比單節(jié)點(diǎn)探測更大的性能優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為:(1)提高了資源利用效率。多節(jié)點(diǎn)協(xié)同探測使各節(jié)點(diǎn)在最合適的時(shí)機(jī)，作用于相應(yīng)的典型目標(biāo)，從而節(jié)約了資源，提高了效率。(2)增強(qiáng)了探測系統(tǒng)的生存能力。當(dāng)有節(jié)點(diǎn)無法使用或受到干擾、攻擊時(shí)，其他部分節(jié)點(diǎn)依舊可以提供探測信息，實(shí)現(xiàn)探測性能的可持續(xù)化。(3)提升了資源調(diào)度的靈活性。多節(jié)點(diǎn)協(xié)同探測將為資源管控提供更多的選擇方案，提升調(diào)度的靈活性。多節(jié)點(diǎn)協(xié)同探測打破傳統(tǒng)單節(jié)點(diǎn)雷達(dá)條塊分割界限，將多節(jié)點(diǎn)雷達(dá)資源進(jìn)行集中管理，整合資源協(xié)同使用，從而充分發(fā)揮多節(jié)點(diǎn)雷達(dá)優(yōu)勢互補(bǔ)能力［9］。

1．2協(xié)同探測多節(jié)點(diǎn)選配和協(xié)同策略規(guī)劃

相控陣?yán)走_(dá)協(xié)同探測多節(jié)點(diǎn)選配時(shí)，主要考慮以下幾個(gè)方面:(1)擴(kuò)展頻率覆蓋范圍。多節(jié)點(diǎn)協(xié)同探測能夠擴(kuò)大頻率覆蓋范圍，提升多節(jié)點(diǎn)間相互引導(dǎo)、寬覆蓋，增加整個(gè)系統(tǒng)的探測性能。(2)增加時(shí)間覆蓋范圍。當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)無法正常工作時(shí)，可通過其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行彌補(bǔ)探測，增加整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間覆蓋范圍和檢測概率。(3)改善探測性能。通過多個(gè)節(jié)點(diǎn)相互引導(dǎo)，協(xié)同工作，增加探測的有效性、精確性和連續(xù)性。在實(shí)際作戰(zhàn)中，由于作戰(zhàn)任務(wù)不同和節(jié)點(diǎn)性能各異，對于同一種目標(biāo)任務(wù)，在滿足任務(wù)需求的同時(shí)可能存在多種節(jié)點(diǎn)分配方式［10］，需要相應(yīng)的協(xié)同策略進(jìn)行工作方式、節(jié)點(diǎn)分配的選擇，以達(dá)到更好的探測性能。

2協(xié)同探測資源調(diào)度模型

面對復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境，單個(gè)任務(wù)往往需要多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)提供協(xié)同保障，滿足一種任務(wù)的協(xié)同策略是多樣的，而節(jié)點(diǎn)資源和性能是有限的;同時(shí)，多節(jié)點(diǎn)協(xié)同探測調(diào)度的靈活性與多樣性也增加了調(diào)度決策的復(fù)雜性。為了有效解決協(xié)同探測資源調(diào)度問題，需要對多節(jié)點(diǎn)協(xié)同探測建立資源調(diào)度模型，對調(diào)度策略進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)資源的統(tǒng)一管控，從而提高多節(jié)點(diǎn)協(xié)同探測系統(tǒng)的資源利用率和探測性能。

2．1資源調(diào)度模型

雷達(dá)任務(wù)是一系列有時(shí)間限制和時(shí)序要求的雷達(dá)事件序列，可以用若干屬性的集合表征。

3協(xié)同探測調(diào)度算法

3．1算法實(shí)現(xiàn)原理

針對多節(jié)點(diǎn)協(xié)同探測，提出一種協(xié)同調(diào)度算法。首先，先進(jìn)行協(xié)同任務(wù)調(diào)度。將協(xié)同任務(wù)填滿各節(jié)點(diǎn)的調(diào)度間隔，以獲得最好的探測性能;然后，對于各個(gè)單節(jié)點(diǎn)都能滿足探測性能的任務(wù)，將申請隊(duì)列中的任務(wù)按優(yōu)先級依次加入執(zhí)行隊(duì)列，遍歷各節(jié)點(diǎn)，按照期望時(shí)間進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，使參與調(diào)度任務(wù)的時(shí)間偏移盡可能的小;最后，將剩余的申請任務(wù)按2．3節(jié)描述的調(diào)度優(yōu)化模型進(jìn)行調(diào)度，依次插入時(shí)間碎片，進(jìn)一步壓縮時(shí)間碎片，在不顯著增加時(shí)間偏移量的前提下，提高時(shí)間利用率。

3．2協(xié)同調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)流程

4仿真分析

基于以上研究，對算法進(jìn)行仿真分析。假設(shè)進(jìn)行3節(jié)點(diǎn)協(xié)同探測任務(wù)調(diào)度仿真試驗(yàn)，任務(wù)調(diào)度間隔SI=50ms，仿真時(shí)間為1個(gè)調(diào)度周期，設(shè)置5類任務(wù)，總共40個(gè)任務(wù)請求，其中5個(gè)為協(xié)同任務(wù)。具體參數(shù)如表1所示。得到的任務(wù)調(diào)度仿真結(jié)果如圖2所示，且經(jīng)過100次蒙特卡羅仿真，得到如表2所示的性能比較，其中算法1為時(shí)間窗調(diào)度算法，算法2為本文提出的協(xié)同探測任務(wù)調(diào)度算法。可以得出，算法2時(shí)間利用率(TUR)、調(diào)度容量(SV)和調(diào)度成功率(SSR）。

5結(jié)束語

本文針對相控陣?yán)走_(dá)協(xié)同探測任務(wù)調(diào)度需求，提出了一種協(xié)同探測任務(wù)調(diào)度算法，針對時(shí)間窗任務(wù)調(diào)度算法中時(shí)間偏移量和時(shí)間利用率這一矛盾問題，通過將任務(wù)插入時(shí)間碎片來提高時(shí)間利用率。仿真結(jié)果表明，基于本文提出的協(xié)同探測任務(wù)調(diào)度算法，在不顯著提高時(shí)間偏移量的前提下，提高了時(shí)間利用率，提升了探測性能，對協(xié)同探測任務(wù)調(diào)度研究具有一定的參考價(jià)值。

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作者：李靖舒1；高貴明2；廖衛(wèi)東2；潘瑞云2 單位：1．南京信息工程大學(xué)，2．南京船舶雷達(dá)研究所