相控阵雷达是一种多功能、高性能的新型雷达系统,其依靠灵活的波束扫描方式、丰富的工作波形、可变的参数控制、可选的多种工作模式、高效的资源配置以及强大的数据处理能力,已成为雷达技术的重要发展方向。相控阵雷达系统优势的发挥需要依靠高效的资源管理技术作为支撑,相控阵雷达资源管理是雷达技术、计算机技术和控制技术相结合的产物,旨在通过对相控阵雷达系统中任务的有效调度、资源的合理分配以及工作参数的优化控制,以提高雷达系统的实际工作效能。因此,能否发挥相控阵雷达系统的优势,资源管理是其中的核心和关键环节。
本文以相控阵雷达系统资源优化管理为研究内容,建立了相控阵雷达搜索管理、多目标跟踪管理、雷达任务调度、观测任务规划、实时负载分配等问题的优化模型,提出了相应的解决方法,并将研究成果应用于空间探测相控阵雷达系统的任务计划设计中,取得了较好的实际效果。
在相控阵雷达搜索方式的参数优化及搜索策略设计方面,针对单次驻留时间内的目标检测,分析了搜索时间、脉冲积累数与最终检测性能的关系,推导给出了理论上最佳的搜索参数;针对目标的多帧积累检测问题,分析了搜索资源对搜索性能的影响,给出了资源受限下搜索参数的优化模型,提出了一种最优的搜索参数调整策略;研究了指示信息引导下的目标搜索问题,给出了搜索区域确定、区域内波位编排以及先验概率计算的方法,并提出了一种基于最大信息增益准则的最优搜索算法。
基于协方差控制的思想,建立了相控阵雷达多目标跟踪资源管理的理论框架,提出了资源管理的一般最优化模型,并以此给出了一种多目标跟踪资源管理算法;进一步将其推广到稳态跟踪和机动目标跟踪的情况下,分别提出了基于Riccati方程和IMM滤波器的资源管理方法;针对相控阵雷达时间一能量资源管理问题,提出了一种波束波形联合自适应调度算法。
依据相控阵雷达任务的多个属性参数分析了实时任务综合优先级的生成方法,构建了实时任务的修正EDF调度模型;建立了合理的相控阵雷达实时任务模型,并以此提出了一种相控阵雷达实时任务的自适应调度算法,分析了算法的可调度条件,给出了系统负载过载条件下任务参数的调整策略;针对空间探测相控阵雷达系统,基于修正EDF调度模型提出了一种相控阵雷达观测任务规划算法;进一步,根据可变观测时长任务模型,提出一种自适应任务规划算法,该算法通过引入任务的可选部分,有效地提升系统任务规划的成功率以及资源利用率。
将可分性负载理论推广到实时任务处理中,提出了相控阵雷达实时可分性负载分配的最优化模型;以雷达系统中的异构总线网络为分析对象,研究了最优的实时可分性负载分配方法,给出了负载分配的最优次序以及参与处理的最优节点数目;进一步给出了网络参数的估计方法。
最后,针对实际的空间探测相控阵雷达系统,研究了系统中任务计划处理的设计与实现问题;提出了任务计划设计的基本原则和功能需求,进一步给出了系统设计的处理流程和模块结构;最后实现了一个完整的任务计划软件系统。
