相控陣?yán)走_(dá)資源管理的理論與方法

前言

　　我國(guó)從20世紀(jì)70年代開始研制相控陣?yán)走_(dá)，經(jīng)過30多年，相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，主要體現(xiàn)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、器件國(guó)產(chǎn)化及制造工藝的提高。相控陣?yán)走_(dá)相比于常規(guī)雷達(dá)造價(jià)非常昂貴，隨著相控陣?yán)走_(dá)的裝備和使用，如何充分利用其波束靈活掃描的特點(diǎn)，最大限度地發(fā)揮其效能逐漸成為相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)研究的熱點(diǎn)，也是當(dāng)前相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)，已經(jīng)出版的有關(guān)相控陣?yán)走_(dá)的圖書專著對(duì)這方面涉及甚少。筆者從1996年開始接觸相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)的研究和論證工作，從原理仿真、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)直至工程實(shí)踐，深切地體會(huì)到相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)在提供資源靈活選擇性的同時(shí)，也使得管理調(diào)度策略的設(shè)計(jì)需要考慮的因素更多而難于把握，系統(tǒng)部分性能無(wú)法沿用常規(guī)雷達(dá)通過靜態(tài)指標(biāo)的推廣得到。面對(duì)信息采集能力超強(qiáng)的相控陣?yán)走_(dá)，人們非常希望它能夠自主地完成大量的感知任務(wù)。然而，畢竟雷達(dá)不具備人的智能水平，它所采取的方式如同馮·諾依曼計(jì)算機(jī)一樣，單純靠速度和計(jì)算資源來解決，無(wú)論面對(duì)何種目標(biāo)環(huán)境，一律按照程序設(shè)計(jì)好的方式工作，這導(dǎo)致了相當(dāng)多的實(shí)際相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)采取簡(jiǎn)單的固定調(diào)度模式工作，從而妨礙了雷達(dá)提供的資源充分發(fā)揮其效能?！　∫l(fā)揮相控陣?yán)走_(dá)的潛能，必須對(duì)其資源進(jìn)行自適應(yīng)地動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理。相控陣?yán)走_(dá)的資源管理可視為一個(gè)多約束的最優(yōu)化問題，這方面可借鑒的理論方法似乎相當(dāng)多。但是相控陣?yán)走_(dá)資源優(yōu)化的特點(diǎn)決定了難以簡(jiǎn)單套用現(xiàn)有的優(yōu)化理論與方法。

內(nèi)容概要

相控陣?yán)走_(dá)是一種多功能、高效率的雷達(dá)系統(tǒng)，而資源優(yōu)化管理是相控陣?yán)走_(dá)發(fā)揮其效能的核心。本書以此為研究對(duì)象，歸納和闡述了相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)中資源優(yōu)化管理的理論與方法。在對(duì)相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)工作原理進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，根據(jù)雷達(dá)所完成的功能及處理資源的劃分，按照搜索資源優(yōu)化、跟蹤資源管理、實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度以及計(jì)算負(fù)載分配四個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行闡述，涉及到工作模式的選擇、波束掃描方式、目標(biāo)分配策略、任務(wù)計(jì)劃的編制和硬件處理資源的分配。最后以多目標(biāo)優(yōu)先級(jí)的確定為例，簡(jiǎn)要介紹了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)——基于知識(shí)的相控陣?yán)走_(dá)資源管理技術(shù)。

書籍目錄

第1章　相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)概述 　1.1　相控陣?yán)走_(dá)的由來和特點(diǎn) 　1.2　相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、處理流程及分類 　　1.2.1　相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 　　1.2.2　相控陣?yán)走_(dá)處理流程 　　1.2.3　相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)分類 　1.3　相控陣?yán)走_(dá)工作原理 　　1.3.1　時(shí)間分割工作原理 　　1.3.2　相控陣天線原理 　　1.3.3　移相器的工作原理 　　1.3.4　相控陣?yán)走_(dá)控制器工作原理 　1.4　相控陣?yán)走_(dá)資源管理 　　1.4.1　相控陣?yán)走_(dá)資源管理概述 　　1.4.2　相控陣?yán)走_(dá)資源管理內(nèi)容 第2章　相控陣?yán)走_(dá)搜索方式下的資源優(yōu)化管理 　2.1　引言 　2.2　相控陣?yán)走_(dá)波位編排 　　2.2.1　正弦空間坐標(biāo)系 　　2.2.2　坐標(biāo)變換 　　2.2.3　陣列最佳傾角 　　2.2.4　波束排列方式的選擇 　　2.2.5　波束編排的仿真實(shí)現(xiàn) 　2.3　相控陣?yán)走_(dá)搜索參數(shù)優(yōu)化 　　2.3.1　單次駐留時(shí)間內(nèi)的參數(shù)優(yōu)化 　　2.3.2　多幀搜索檢測(cè)的參數(shù)設(shè)計(jì) 　2.4　相控陣?yán)走_(dá)搜索策略 　　2.4.1　無(wú)先驗(yàn)信息下的優(yōu)化搜索策略 　　2.4.2　相控陣?yán)走_(dá)指示搜索策略 　2.5　相控陣?yán)走_(dá)目標(biāo)檢測(cè)的資源優(yōu)化 　　2.5.1　相控陣?yán)走_(dá)脈沖串二進(jìn)制檢測(cè) 　　2.5.2　相控陣?yán)走_(dá)序列檢測(cè)中的資源管理 第3章　相控陣?yán)走_(dá)跟蹤方式下資源管理技術(shù) 　3.1　引言 　3.2　基于風(fēng)險(xiǎn)代價(jià)的相控陣?yán)走_(dá)資源管理 　　3.2.1　目標(biāo)狀態(tài)的馬爾可夫鏈表示 　　3.2.2　基于隱馬爾可夫鏈的優(yōu)化模型 　　3.2.3　隱馬爾可夫問題的信息狀態(tài)表示 　　3.2.4　問題的求解過程 　　3.2.5　數(shù)值仿真分析 　3.3　基于信息論的相控陣?yán)走_(dá)資源管理 　　3.3.1　信息論基礎(chǔ) 　　3.3.2　目標(biāo)檢測(cè)的信息表示 　　3.3.3　目標(biāo)跟蹤的信息表示 　　3.3.4　資源分配方法 　　3.3.5　仿真分析 　3.4　基于協(xié)方差控制的跟蹤資源管理優(yōu)化模型 　　3.4.1　多目標(biāo)跟蹤資源管理問題描述 　　3.4.2　基于協(xié)方差控制的資源管理模型 　　3.4.3　基于協(xié)方差控制的跟蹤資源管理算法 　　3.4.4　仿真結(jié)果與分析 　　3.4.5　期望協(xié)方差的選取 　　3.4.6　協(xié)方差控制資源管理算法的進(jìn)一步討論 第4章　相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度 第5章　相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)中的計(jì)算負(fù)載分配 第6章　基于知識(shí)的相控陣?yán)走_(dá)資源管理 附錄　矩陣度量函數(shù)的選取 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　傳統(tǒng)的雷達(dá)是利用整個(gè)天線系統(tǒng)或其某一部分的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來使天線波束掃過一定的空域、地面或海面，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)視區(qū)域的目標(biāo)搜索。由于這種機(jī)械掃描雷達(dá)的波束隨天線一起轉(zhuǎn)動(dòng)，且直徑達(dá)十幾米、重量上百噸的天線受慣性的影響，轉(zhuǎn)一圈往往要幾秒或數(shù)十秒的時(shí)間。當(dāng)各種高速飛行器，如導(dǎo)彈、洲際導(dǎo)彈和人造衛(wèi)星出現(xiàn)時(shí)，機(jī)械掃描雷達(dá)難以適應(yīng)目標(biāo)環(huán)境變化的需要。為了獲得靈活捷變的天線波束指向，縮短控制反應(yīng)時(shí)間，20世紀(jì)40年代人們提出使用電掃描技術(shù)來替代機(jī)械掃描技術(shù)。電掃描雷達(dá)在搜索和跟蹤目標(biāo)時(shí)，天線陣、饋源等不必做機(jī)械運(yùn)動(dòng)，因而無(wú)機(jī)械慣性的限制，掃描速度可顯著提高，波束控制更加靈活。實(shí)現(xiàn)電掃描主要有兩種方法，一種是利用電子技術(shù)控制陣列天線各輻射單元的饋電相位來改變波束方向，這種雷達(dá)稱為相控陣?yán)走_(dá)；另一種方法是通過工作頻率的變化來控制陣列天線的各個(gè)單元，得到所需的天線波束指向，采用這種電掃描方法的雷達(dá)稱為頻掃雷達(dá)?！　?0世紀(jì)60年代以來，由于空間監(jiān)視和洲際彈道導(dǎo)彈預(yù)警的迫切需要，使得相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)發(fā)展很快。與觀察飛機(jī)的常規(guī)雷達(dá)相比，空間監(jiān)視雷達(dá)作用距離由幾百千米提高到幾千千米，雷達(dá)要能夠?qū)Χ嗯咚龠\(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行精密跟蹤。為此，要大大提高雷達(dá)的數(shù)據(jù)率，解決邊搜索、邊跟蹤及合理使用雷達(dá)信號(hào)能量等問題。相控陣天線理論與實(shí)踐以及數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，催生了當(dāng)時(shí)戰(zhàn)略相控陣?yán)走_(dá)的問世。

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