基于HLA的感知雷达任务规划

吴超

摘 要：感知雷達是下一代雷达的发展方向之一，感知雷达任务规划对雷达适应变化的环境和多样的作战任务，发挥自身效能和特长起到关键作用。本文讨论了感知雷达的任务规划方法，该方法是基于规则的推理与基于案例的推理相结合，介绍了通过基于HLA的仿真系统对任务规划进行评估的过程。这种雷达任务规划方法具备实时、精确、可重构、智能化等诸多特点。

关键词：仿真；感知雷达；任务规划；推理

引言：随着雷达技术发展，雷达系统能够根据环境的变化优化探测策略，采用恰当的信号处理和数据处理方式，提高雷达系统性能，这就是感知雷达的概念[1]。

雷达工作的作战环境变化迅速，因此，实现高效自适应雷达观测能力的关键是充分利用雷达对工作环境的感知信息[2]。例如，机载雷达系统已知地面和周围环境的具体特性，那么可以通过诸如发射波形、极化、频率、相位、功率、调制和编码等方法提高雷达性能，这些优化探测策略允许雷达自动地改变工作参数来适应环境变化，优化探测策略涉及雷达滤波、检测、跟踪、成像和识别各处理阶段。

雷达任务规划是指在一定战场环境和时间条件下，为达成特定的作战目标，安排雷达执行一系列相互关联的探测任务，以及如何优化实施这些探测任务使雷达整体作战效能达到最佳的过程。在感知雷达系统中，雷达探测策略随着雷达工作的电磁/杂波环境变化而变化，雷达任务规划的作用非常关键，错误的优化探测策略如同“双刃剑”的反面，会使感知雷达无法正常工作。

一、任务规划方法

从雷达任务规划过程来看，雷达任务规划主要处理作战任务的目标、时间和资源能力需求约束的问题。任务规划过程是集规划、仿真、评估为一体的完整过程，它的目标就是通过系统运筹、合理规划、科学利用作战资源，完成作战任务，从而获得整体最佳作战效能。现有任务规划方法包括：基于规则的推理、基于案例的推理、数学规划方法、启发式搜索方法、Petri网规划方法、模拟退火局部搜索方法，遗传搜索方法，基于神经网络的方法等等。上述各种方法有自己的优势，但也存在这样或那样的局限，由此有人提出了将上述多种方法进行组合优化的任务规划方法，比较典型的是规则和案例方法相结合进行任务规划。

（一）基于规则的推理。为了解决雷达任务规划中遇到的不确定性问题，系统采用基于证据推理方法的置信规则库推理方法，构建基于置信度结构的一般规则表达机制，利用证据推理方法，实现规则库系统的推理。系统中允许根据先验知识直接介入规则库内部结构，人为决定规则库的参数。

具体的案例和规则相结合的推理算法为：（1） 先提取问题的特征，对于任务规划首先用基于规则推理方法进行推理，得到相应的结论。（2） 如果采用基于规则推理方法得不到合适的解，则调用基于案例推理的方法进行推理，求得问题的解。（3） 如果采用基于规则推理的方法只能得到问题的部分解，对于得不到解的部分，调用基于案例推理的方法求解，并将两部分解结合起来，则问题求解完毕。（4） 如果采用规则推理得到问题的所有解，则问题求解完毕。

二、基于HLA的任务规划评估

雷达任务规划具备作战想定的仿真演示功能，主要包括雷达探测演示、干扰威胁仿真演示、作战效果演示。在完成雷达任务规划后，通过模拟作战想定、执行任务规划和作战过程推演，在数字地图上演示作战场景、杂波环境、干扰环境、敌我双方对抗、目标探测情况和探测结果。 对雷达的探测效果进行评估和判断，并将结果反馈给任务规划，实现进一步的任务优化，形成最优方案。同时，任务规划在日常的演习训练中，还可提供虚拟现实的训练环境，并对演练结果进行评判。整个处理过程如图2所示。

任务规划评估的关键在于仿真条件下的作战场景、杂波环境、干扰环境、雷达探测情况等各种模型的逼真程度。目前基于HLA架构的雷达预警探测仿真系统比较成熟，得到较多认可，雷达任务规划将充分利用现有成熟的仿真模型和仿真环境，进行作战想定和作战过程推演。

HLA（High Level Architecture）是美国国防部1995年提出的仿真技术框架，它是分布式仿真技术DIS和聚合级仿真ALSP发展的高级阶段。主要通过解决仿真应用的互操作性和仿真资源的可重用性问题，提高仿真系统效率和效费比。通过运行支撑环境RTI，提供通用的、独立的支撑服务程序，将应用层和底层支撑环境分离，可实现应用系统的即插即用。

雷达任务规划软件基于HLA架构设计，以原型系统或半实物仿真系统的身份加入仿真系统。雷达任务规划系统通过RTI接口实现与大型分布式仿真系统的连接，实现仿真系统的时间管理、对象管理、场景变化等功能，网络信息的汇集、分发和共享。HLA架构仿真系统体系结构如图3。

该体系结构以HLA/RTI作为运行支撑环境，有效地支持仿真系统的互联和互操作，支持仿真模型的重用，实现仿真系统中各个组成部分的“即插即用”。雷达任务规划软件只需要采用统一的接口和服务，各仿真模型能动态加入系统，具备良好的互联、互通和互操作性。

三、结束语

感知雷达的发展日益受到关注，感知雷达任务规划对感知雷达发挥自身的效能和特长起到关键作用。本文讨论了感知雷达的任务规划方法，以及通过基于HLA的仿真系统对任务规划进行评估的过程。现代雷达面临的作战环境变化迅速，要求雷达任务规划方法具备实时、精确、可重构、智能化等诸多特点。感知雷达任务规划的各种新方法如遗传搜索方法、神经网络方法、人工智能方法等值得进一步深入研究。

参考文献：

[1] Haykin S. Cognitive radar： a way of the future [J]. IEEE Signal Processing Magzine， 2006 ，23（1）： 30-40.

[2] Haykin S. Cognition is the key to the next generation of radar system [C]. Proc. of Digital Signal Processing Workshop and 5th IEEE Signal Processing Education Workshop， 2009： 463-467.

[3] 李长生， 等. 军事运筹新方法研究与应用 [M]. 北京： 军事科学出版社， 2002.