本發明專利技術屬于相控陣雷達技術領域，具體提供一種快速相控陣雷達時間?能量資源聯合管理方法，用以克服現有基于誤差協方差的相控陣雷達時間?能量資源管理方法計算量大、運算數度慢、系統計算資源消耗大的缺陷。本發明專利技術首先建立目標機動參數離線庫，在此基礎上，基于對目標機動參數進行實時估計，同時對雷達波形庫中的每種波形的量測位置誤差方差與跟蹤精度進行預測，然后根據公式法快速計算得到每個波形對應的采樣周期，最后從所有波形中選擇最節省雷達資源的波形；有效避免計算所有參數組合的誤差協方差矩陣；從而大大降低計算量，顯著提高計算速度，有效節省雷達計算資源；并且該方法能夠通過調整期望的位置誤差方差來控制算法的跟蹤精度。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于相控陣雷達
，具體設計一種快速相控陣雷達時間-能量資源聯合管理方法。
技術介紹
相控陣雷達是目前廣泛研究和應用的雷達，由于其波束可以任意指向，并能夠在微秒級內進行捷變，因而具有多功能和高度自適應能力，靈活性極大。為有效分配相控陣雷達的各類資源，使得雷達系統資源和整個任務負載相匹配，以充分發揮其性能，就需要對相控陣雷達實施有效的資源管理；相控陣雷達資源管理主要分為三個部分：搜索管理、跟蹤管理和任務調度(見文獻：S.L.C.Miranda,C.J.Baker,K.Woodbridge,et al.Knowledge-based resource management for multifunction radar[J].IEEE Signal Processing Magazine,2006,(6):66-76)，其中跟蹤管理是相控陣雷達資源管理中相對比較復雜的部分。跟蹤管理一方面要對系統獲得的跟蹤駐留回波數據進行數據處理，以提取各目標的狀態信息；另一方面，它要根據已獲取的目標狀態信息確定后期跟蹤任務的執行參數以形成跟蹤任務請求。跟蹤任務的執行參數包括采樣周期、發射波形等，其中對與時間相關參數的控制稱為時間資源管理，對與能量相關參數的控制稱為能量資源管理。時間資源的優化分配是通過對各跟蹤任務設置合理的跟蹤采樣周期來實現的。在自適應采樣周期策略方面，Van Keuk首先得到了Singer模型下采樣周期的解析表達式(見文獻：Adapative controlled target tracking with a phased array radar[J].Van keuk,G.IEEE International Radar Conference.April 21-23,1975,429-432)，稱之為公式法，該方法中采樣周期與Singer模型的機動參數有關。隨著目標機動性能的提升，出現了基于多模型的交互多模型(Interacting Multiple Model,IMM)的自適應采樣周期算法，Watson和Blair提出了一種基于協方差門限判決的預測誤差協方差門限法來選擇采樣周期(見文獻：Watson G A,Blair W D.Tracking performance of a phased array radar with revisit time controlled using the IMM algorithm.[C]Radar Conference,1994,Record of the 1994IEEE National.IEEE,1994:160-165.)。H.Benoudnin等提出了一種基于IMM的快速自適應采樣周期方法(Fast Adaptive update rate control in the IMM Algorithm,FAIMM)(見文獻：Fast adaptive update rate for phased array radar using IMM target tracking algorithm.H.Benoudnine,M.Keche,A.Ouamri,M.S.Woolfson.IEEE International Symposium on Signal Processing and Information Technology,2006)。在時間-能量資源聯合優化分配方面，W.H.Gilson在充分考慮了目標機動特性的前提下，給出了跟蹤方式下雷達所消耗的最小功率與目標跟蹤精度、跟蹤采樣周期以及信噪比之間的函數關系(見文獻：W.H.Gilson.Minimum power requirements for tracking[C].IEEE International Radar Conference,New York,1990:417-421)。Kirubarajan等人研究了在虛警和電子干擾環境下雷達跟蹤時的資源管理問題(見文獻：T.Kirubarajan,Y.Bar-Shalom,W.D.Blair,et al.IMMPDF for radar management and tracking benchmark with ECM[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,1998,34(4):1115-1134)，文中利用預測的角度量測誤差方差和預測信噪比自適應選擇采樣周期和具有不同發射能量的波形。對于多目標情況下自適應波形的選擇，我國學者盧建斌等提出了一種基于協方差控制思想的聯合波束波形自適應調度算法(見文獻：盧建斌,肖慧,席澤敏,等.相控陣雷達波束波形聯合自適應調度算法[J].系統工程與電子技術,2011,33(1):84-88)，基于協方差控制的方法，針對每個時刻自適應選擇跟蹤目標序號以及相應的波形，從而實現各個目標采樣周期和波形的自適應選擇。從上述文獻可見，對于各跟蹤目標的時間-能量資源聯合管理，常用的方法是：通過使預測誤差協方差小于門限實現對采樣周期的控制，通過使預測信噪比小于門限實現對波形的選擇。假設采樣周期的可能取值個數為M，待選波形的個數為N，則該方法需要對M×N個參數組合計算協方差矩陣，確定滿足條件的可行參數組合，并從中選擇最節省雷達資源的組合；由于需要對所有參數組合計算誤差協方差矩陣，判斷其是否滿足約束條件，致使此類方法計算量大，運算速度慢，系統計算資源消耗大。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供了一種基于目標機動參數估計的快速相控陣雷達時間-能量資源聯合管理方法，該方法對目標機動參數進行實時估計，同時對雷達波形庫中的每種波形的量測位置誤差方差與跟蹤精度進行預測，然后根據公式法快速計算得到每個波形對應的采樣周期，最后從所有波形中選擇最節省雷達資源的波形，并且該方法能夠通過調整期望的位置誤差方差來控制算法的跟蹤精度。為了快速計算得到采樣周期，本專利技術首先建立目標機動參數離線庫，在實時跟蹤中，只需在離線庫中查找與當前時刻模型概率匹配的機動參數，即可按照公式法快速地確定采樣周期。首先對本專利技術常用的幾個概念進行解釋：Singer模型：Singer模型將目標加速度a(t)作為具有指數自相關的零均值隨機過程建模，R(ε)表示目標加速度的自相關函數：R(ε)＝E[a(t)a(t+ε)]＝σ2e-α|ε| (1)其中，ε為相關時間；{α,σ2本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種快速相控陣雷達時間?能量資源聯合管理方法，包括以下步驟：建立機動參數離線庫：步驟一：設定IMM濾波器中有N個Singer模型進行交互，每個模型的機動參數為：{αi,σi2},i=1,2,...,N]]>對模型概率取值空間[0,1]進行離散化，假設離散化后可行的概率組合共M個，則概率組合集合U為：U＝{U1,U2,…,UM}其中，集合U的任一元素Uj為：Uj＝{μ1j,μ2j…,μNj},1≤j≤M對于Uj＝{μ1j,μ2j…,μNj}，μij表示概率組合Uj中的第i個元素，μij需要滿足：0≤μij≤1Σi=1Nμij=1]]>步驟二：在每個可行的概率組合Uj，j＝1,2,…,M下，估計目標的加速度自相關函數R^j(ϵ)=Σi=1Nμijσi2e-αi|ϵ|]]>計算的主要取值區間邊界點使：R^j(|ϵ~j|)=λR^j(0)]]>其中，λ為常數因子且0＜λ＜1，對區間進行離散化，離散后的取值集合表示為：{|ϵ1j|,|ϵ2j|,...,|ϵrj|},r>>2;]]>步驟三：在概率組合Uj下，計算向量的值：x^j=(AjHAj)-1AjHbj]]>其中：Aj=1-|ϵ1j|1-|ϵ2j|......1-|ϵrj|,bj=ln(Σi=1Nμijσi2e-αi|ϵ1j|)ln(Σi=1Nμijσi2e-αi|ϵ2j|)...ln(Σi=1Nμijσi2e-αi|ϵrj|)]]>步驟四：計算概率組合Uj下目標機動參數的估計值：α^j=x^j---(1)]]>σ2^j=exp(x^j(2))]]>其中，表示向量的第一個元素，表示向量的第二個元素；將概率組合Uj與其對應的機動參數存入機動參數離線庫；步驟五：建立目標機動參數離線庫，其中包含可行概率組合集合U，以及對應的目標機動參數集合C；目標機動參數集合C表示如下：C＝{C1,C2,…,CM}其中，j＝1,2,…,M；實時時間?能量資源聯合管理：步驟一：對下一個采樣時刻進行預測：tk-=tk-1+T(tk-1)]]>其中，為對第k個采樣時刻的預測，tk?1為第k?1個采樣時刻，T(tk?1)為第k?1個采樣間隔；步驟二：利用IMM濾波器的輸出結果，計算時刻的預測距離值以及方位角的預測誤差方差步驟三：假設相控陣雷達波形庫中有W種波形，分別為wl,l＝1,2,…,W，在波形wl下，計算其對應的預測信噪比步驟四：在波形wl下，預測的目標徑向距離、方位角以及俯仰角的量測標準差分別為以及將量測誤差轉換至直角坐標系下，則波形wl對應的量測協方差矩陣為：Rl(tk-)=J·diag(σrl(tk-)2,σbl(tk-)2,σel(tk-)2)·JT]]>其中，J為從球坐標到直角坐標系的Jacobian轉換矩陣；則波形wl對應的目標的量測位置誤差方差為：σ0l2(tk-)=Rl(tk-)1,1+Rl(tk-)2,2+Rl(tk-)3,3]]>步驟五：確定期望的目標預測位置誤差方差計算波形wl對應的跟蹤精度v0l2(tk-)=σρDES2/σ0l2(tk-)]]>步驟六：利用IMM濾波器預測時刻的模型概率在目標機動參數離線庫中查找與其匹配度最高的模型概率組合即求：U~(tk-)=argmin1≤j≤Mf(Uj,U(tk-))]]>對應查找與對應的目標機動參數步驟七：利用公式法計算波形wl對應的采樣周期Tl(tk)：Tl(tk)=0.4[σ0l2(tk-)α^-0.5(tk-)σ^(tk-)]0.4v0l2.4(tk-)1+0.5v0l2(tk-)]]>步驟八：計算每種波形的雷達資源消耗代價函數：CR(tk,l)=c1Elmaxl∈{1,2,...W}El+c2Tl(tk)maxl∈{1,2,...W}Tl(tk)]]>其中，El,(l＝1,2,…,W)為相控陣雷達工作在每一種波形上所消耗的能量，c1與c2為能量資源與時間資源的加權系數，0≤c1≤1，0≤c2≤1且c1+c2＝1；則最優波形下標為：lopt(tk)=argminl∈{1,2,...W}CR(...
【技術特征摘要】
1.一種快速相控陣雷達時間-能量資源聯合管理方法，包括以下步驟：建立機動參數離線庫：步驟一：設定IMM濾波器中有N個Singer模型進行交互，每個模型...
【專利技術屬性】
技術研發人員：程婷，張潔，張宇軒，李姝怡，王棟，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川;51
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