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�！断嗫仃�?yán)走_(dá)資源管理的理論與方法》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)。
我國(guó)從20世紀(jì)70年代開始研制相控陣?yán)走_(dá)，經(jīng)過(guò)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(guò)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(lái)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。
要發(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(wèn)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。
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(lái)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(wèn)題的信息狀態(tài)表示
3.2.4 問(wèn)題的求解過(guò)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(wèn)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
4.1 引言
4.2 修正的EDF調(diào)度模型
4.2.1 相控陣?yán)走_(dá)任務(wù)調(diào)度基礎(chǔ)
4.2.2 經(jīng)典的EDF調(diào)度模型
4.2.3 修正的EDF調(diào)度模型
4.2.4 修正EDF’調(diào)度模型的推廣
4.3 相控陣?yán)走_(dá)自適應(yīng)調(diào)度算法
4.3.1 相控陣?yán)走_(dá)調(diào)度算法
4.3.2 相控陣?yán)走_(dá)任務(wù)模型
4.3.3 基于修正：EDF模型的自適應(yīng)調(diào)度
4.3.4 調(diào)度器負(fù)載量分析
4.3.5 仿真結(jié)果與分析
4.4 空間探測(cè)相控陣?yán)走_(dá)任務(wù)規(guī)劃
4.4.1 空間探測(cè)相控陣?yán)走_(dá)任務(wù)規(guī)劃
4.4.2 觀測(cè)任務(wù)模型
4.4.3 任務(wù)規(guī)劃算法
4.4.4 任務(wù)規(guī)劃仿真分析
4.5 可變觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)的任務(wù)規(guī)劃算法
4.5.1 可變觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)的任務(wù)模型
4.5.2 可變觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)的任務(wù)規(guī)劃算法
4.5.3 可變觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)的任務(wù)規(guī)劃仿真
第5章 相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)中的計(jì)算負(fù)載分配
5.1 引言
5.2 實(shí)時(shí)可分性負(fù)載分配模型
5.2.1 相控陣?yán)走_(dá)負(fù)載分配特點(diǎn)
5.2.2 可分性負(fù)載分配模型
5.2.3 實(shí)時(shí)可分性負(fù)載分配優(yōu)化模型
5.3 實(shí)時(shí)可分性負(fù)載最優(yōu)化分配
5.3.1 負(fù)載處理的總時(shí)間
5.3.2 處理節(jié)點(diǎn)最優(yōu)分配次序
5.3.3 處理節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)數(shù)目
5.3.4 最優(yōu)負(fù)栽分配算法的實(shí)現(xiàn)
5.3.5 仿真結(jié)果與分析
5.4 含啟動(dòng)開銷的實(shí)時(shí)可分性負(fù)載分配
5.4.1 含啟動(dòng)開銷的總線網(wǎng)絡(luò)分配模型
5.4.2 處理節(jié)點(diǎn)數(shù)目上限
5.4.3 處理節(jié)點(diǎn)最優(yōu)分配次序
5.4.4 處理節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)數(shù)目
5.4.5 仿真結(jié)果與分析
5.5 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的估計(jì)
第6章 基于知識(shí)的相控陣?yán)走_(dá)資源管理
6.1 基于知識(shí)的雷達(dá)系統(tǒng)
6.2 基于知識(shí)的相控陣?yán)走_(dá)資源管理
6.2.1 相控陣?yán)走_(dá)任務(wù)調(diào)度
6.2.2 基于模糊邏輯的優(yōu)先級(jí)確定
6.2.3 模糊邏輯和硬邏輯優(yōu)先級(jí)確定的區(qū)別
附錄矩陣度量函數(shù)的選取
參考文獻(xiàn)
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(lái)使天線波束掃過(guò)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(lái)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(lái)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(guò)工作頻率的變化來(lái)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)。
20世紀(jì)60年代以來(lái)，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(wèn)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(wèn)世。
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