雷达系统的任务推演技术

明 亮

(南京电子技术研究所， 南京210039)

0 引言

任务规划系统(Mission Planning Systems，MPS)最初起源于空间探索，在海湾战争中首次使用，为多国部队的胜利作出了巨大贡献。MPS作为举世瞩目的高科技，已经引起了广泛的关注。任务规划系统即利用先进的计算机技术采集、存储的各种情报，进行大规模分析，辅助制定任务计划的系统。任务规划系统主要由软件系统和硬件系统两大部分组成，软件系统又可分为系统软件和应用软件两大部分，主要有输入输出、数据库、人机交换界面、辅助决策、任务推演和回放系统等组成。任务规划系统已经广泛地应用当今社会，诸如太空飞船、卫星、无人驾驶飞机、机器人等［1-5］。目前，对于雷达系统的任务规划研究还较少［6-7］。

任务推演是任务规划系统的重要功能之一。“通过对预定行动环境逼真的交互式的表现，完成计划任务和功能的演练，而且这些演练对于任务成功有重大意义”。这是目前美军对于任务推演的定义［8］。

本文研究了雷达系统的任务推演技术，主要包括技术概念、技术原理、功能组成、技术流程等内容，并总结了任务推演技术优势和实际应用。

1 任务规划及任务推演概念及功能

1.1 雷达任务规划概念

雷达任务规划系统是利用先进的计算机技术采集、存储各种雷达系统所需情报，进行大规模分析，辅助制定雷达任务计划的系统。

雷达任务规划系统的主要功能包括:

1)实现对探测任务的评估分析，完成任务规划前的预先评估;

2)完成任务计划的制定、调整，合理、高效地利用雷达资源;

3)完成任务预案的制定、调整，为任务的顺利执行提供预案;

4)通过任务推演技术，提供计划任务全景、动态、直观的演示，为任务预案的优化调整提供帮助。

1.2 任务推演概念

任务推演是任务规划系统的主要功能之一，它是衔接任务规划和任务执行的重要一个环节，如图1所示。当完成任务计划的分配、任务预案的制定后，通过任务推演环节，对即将执行的任务计划、预案进行动态、连续、全景的预先演示。在一种逼真的探测背景下，对预先的任务计划、不同的任务预案、影响任务成功的关键环节进行反复演练、论证、调整，并为相关指挥和操作人员全面掌握任务预案提供支持，直到满足任务执行的条件。

图1 任务推演概念示意图

2 雷达任务推演技术

2.1 技术概述

雷达的任务推演是指在分配好雷达探测任务计划之后，在探测任务执行之前，根据预先规划的任务预案以及收集的情报和环境信息，进行快速的动态探测场景生成，针对任务计划中的关键环节进行仿真演练，针对不同的预案进行比对分析，模拟和展示雷达任务计划的预期动态效果，使操作人员和相关保障单位在逼真的虚拟环境中协同任务执行，最终达到熟悉，理解任务计划的目的，并利用任务推演的结果与数据分析，对任务计划进行相应的论证，修改与补充。在具体实现时，任务推演系统可以采用推演仿真的方法，以可视化的形式将推演的过程和结果展现给任务规划员和指挥人员。同时，任务推演环节为合理充分利用雷达资源、高效完成雷达探测任务提供技术支撑。

2.2 技术原理

雷达的任务推演技术是将雷达任务计划列表与任务预案进行连续、组合推演的技术。

针对一项探测任务，任务计划列表有3个阶段完成，任务阶段1、2、3，任务阶段1有4个任务预案，任务阶段2有3个任务预案，任务阶段3有2个任务预案。

那么对应的任务推演序列可能个数一共有4×3×2=24个(预案之间没有相关性)。

任务推演技术可将任一预案组合进行动态演示，如图2所示中的推演序列。

图2 雷达任务推演技术原理图

任务推演1:选择将任务阶段1的预案1、任务阶段2的预案1、任务阶段3的预案1进行组合;

任务推演2:选择将任务阶段1的预案2、任务阶段2的预案2、任务阶段3的预案1进行组合;

任务推演3:选择将任务阶段1的预案3、任务阶段2的预案3、任务阶段3的预案2进行组合。

2.3 功能组成

雷达任务推演技术主要包括加载雷达任务计划、加载雷达任务预案、生成推演序列、推演控制等功能。

1)加载任务计划

将制定的任务计划列表加载，按照时间顺序进行排列，相应的设置推演阶段。

2)加载任务预案

针对每个任务计划，加载任务预案，根据预案编号进行排序。

将加载的任务计划和序列，按照时间等约束条件生成推演序列。

4)推演控制

加载完成后，进行推演开始、暂停、停止、推演速度选择等控制。

2.4 技术流程

雷达的任务推演技术流程如图3所示，步骤大致如下。

图3 任务规划推演技术流程图

步骤1:加载分配好的任务计划列表，包括雷达探测任务阶段、阶段的执行时间等;

步骤2:加载与上述任务列表对应的任务预案，某探测阶段可包括多个预案;

步骤3:根据加载的计划和预案，任务推演的序列自动生成，对序列可进行人工编辑;

步骤4:对人机结合生成的任务推演序列，选择推演的序号;

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步骤5:选择任务推演的速度，以达到推演的期望效果;

步骤6:开始选择序号的任务推演，可以暂停任务推演或修改推演速度;

步骤7:满足停止任务推演的条件，则停止推演，否则转步4，继续任务推演。

3 技术应用

雷达的任务推演技术应用到雷达中，对于任务规划的效率明显提高，并且促进雷达部队的作战效能。

1)雷达任务推演技术应用前

(1)主观性强。任务规划时，只能靠规划员主观评估，或在纸张上简单推演，任务完成的效果因人而异。

(2)规划周期长。对于数量较少任务预案的探测任务，可以一一枚举，但对于数量较多的任务预案，规划的时间大大增加，影响规划效率。

(3)规划效果差。推演没有综合的电子地图背景、预案的各个参数等全面、连续演示，效果差。

2)雷达任务推演技术应用后

(1)客观性强。任务规划时，通过任务推演，系统自动唯一的任务预演展示。

(2)规划周期短。依靠性能强的计算机，加上推演技术，可对数量较多的预案反复推演，推演速度可以自由选择，节省任务规划的周期。

(3)规划效果好。任务推演技术结合电子地图背景、环境参数、预案的各个参数等全面、连续演示，任务预案的展示效果好。

图4给出某雷达任务推演效果图。

图4 雷达任务推演效果图

总之，雷达任务推演技术的应用前后的优势对比如表1所示。

表1 雷达任务推演技术应用前后优势对比

4 结束语

雷达任务推演技术对于雷达系统具备较大作用，能够辅助操作员全局掌握任务计划，并通过任务推演可直观地比较多个预案，为优化调整任务预案提供技术支撑，从而为更好地完成探测任务提供帮助。同时该技术适用于一般的雷达系统。

［1］Chien S，Knight R，Stechert A.Integrated planning and execution for autonomous spacecraft［C］//IEEE Aerospace Conference on IAC.Aspen，CO:IEEE Press，1999.

［2］Martin M，Stallard M J.Distributed satellite missions and technologies-the techsat 21 program［C］//AIAA Space Technology Conference and Exposition.Albuquerque，NM:AIAA，1999.

［3］赫会成，姜 维，李一军，等.基于Multi-Agent敏捷卫星动态任务规划问题［J］.国防科技大学学报，2013，35(1):53-59.Hao Huicheng，Jiang Wei，Li Yijun，et al.Research on agile satellite dynamic mission planning based on multi-agent［J］.Journal of National University of Defense Technology，2013，35(1):53-59.

［4］Liu Changan，Wang Lei，Liu Chunyang.Mission planning of the flying robot for powerline inspection［J］.Progress in Natural Science，2009(10):1357-1363.

［5］陈炳峰.外军任务规划系统分析与启示［J］.舰船电子工程，2013，33(9):24-27.Cheng Bingfeng.An approach to mission planning system of foreign forces［J］.Ship Electronic Engineering，2013，33(9):24-27.

［6］卢建斌，胡卫东，郁文贤.空间探测相控阵雷达系统中的任务规划算法［J］.系统工程与电子技术，2007，29(10):1631-1634.Lu Jianbin，Hu Weidong，Yu Wenxian.Observation mission planning algorithm for space surveillance phased array radar systems［J］.Systems Engineering and Electronics，2007，29(10):1631-1634.

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