基于动态优先级的相控阵火控雷达自适应调度方法

任小叶

【摘 要】TAS模式下，相控阵火控雷达需要完成空域搜索、多个目标捕获以及精确跟踪。为了及时充分的调度安排雷达时间资源，本文提出了一种综合考虑目标威胁度、工作方式和任务截止时间的动态优先级雷达自适应调度方法，该方法可有效的提高相控阵雷达对高威胁目标的处理能力。

【关键词】相控阵雷达；自适应调度；动态优先级；目标威胁度

中图分类号：TN958.92 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）09-0101-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.047

An Adaptive Scheduling method for Phased Array Fire Control Radar Based on Dynamic Priority

REN Xiao-ye

（No.38 Research Institute of CETC， Hefei 230031，China）

【Abstract】Under the TAS mode， phased array fire control radar has to search， confirm and track targets. In order to schedule and arrange radar time resources timely and fully， a dynamic priority radar adaptive scheduling method， which considers target threat degree， work mode and the deadline of tasks， is proposed in this paper. This method can effectively improve the processing ability of phased array radar to high threat target.

【Key words】Phased array radar； Adaptive scheduling； Dynamic priority； Target threat degree

0 引言

相控阵雷达具有波形捷变和波束自适应的特点，可以在空域搜索的同时完成目标跟踪等多种功能[1]。在实战中目标往往成批出现，火控雷达在跟踪加搜索（TAS）模式下，搜索发现目标即刻转入跟踪，同时继续搜索空域中是否存在新的目标，捕获一个跟踪一个，直至容量达到饱和，不能再跟踪新的目标，如何控制波束在多个目标间合理调度，使得既能维持对已捕获目标的跟踪，又能实现对新发现目标的跟踪，并优先保障重要目标的精密跟踪，充分利用有限的时间资源，值得深入研究。

任务调度模块包括调度策略和任务优先级规划两部分。调度策略分为模板法和自适应方法等，其中自适应调度的计算开销最大，也最能灵活的发挥相控阵雷达的优势，随着计算机性能提升，越来越多的雷达选用自适应波束调度方法[2-8]。传统的优先级规划中，优先级由雷达的工作方式决定，并在调度过程中保持不变，自适应能力最差。随后出现的截止期越早优先级（EDF）算法[6]，大幅提高了雷达调度性能。现在的优先级规划常常考虑多种属性得到综合优先级序列。如HPEDF算法[7-8]工作方式优先级越高的任务，综合优先级越高；工作方式相同的任务，截止期越早，综合优先级越高。但上述方法没有充分利用目标的先验信息[7]且雷达任务优先级由人工划分，受主观因素的影响较大。因此本文对跟踪目标引入目标威胁度模型，与工作方式和截止期一起形成任务综合优先级。

1 目标威胁等级

目标威胁等级由目标类型[9]、目标运动特征（径向距离、速度、高度、航向）、目标敌我等多种因素决定。

（1）目标类型（导弹、战斗机、轰炸机、直升机、干扰机和预警机等）由模式识别模块识别，由专家系统设定类型威胁等级pType。

（2）目标径向距离R，制导导弹最远杀伤距离Rgmax，雷达威力Rdmax，目标距离越近，威胁等级越大，则径向距离威胁度pR为[10]：

（3）目标低速时威胁较小，为一较小的常数，当速度大于一定值时威胁迅速上升；当目标速度大于vH时，速度威胁值为1。则速度威胁度pv为：

（4）定义目标航向与雷达中心指向的夹角为目标航向角θ。当θ=0°时，目标相向飞行，威胁度最大；当θ=180°时，目标背向飞行，威胁度最小。则航向威胁度pθ为：

（5）目标低空突防时威胁度最大，目标越高则威胁度越小。目标高度威胁ph为：

式中H为临界高度，h为目标高度，b为控制函数衰减速度的常系数。

（6）目标敌我识别为敌、未知和我，则敌我威胁度pIFF分别为1，0，-1。

綜合上述威胁度函数，总的威胁度等级为：

pt=pTpye（？姿1pR+？姿2pv+？姿3pθ+？姿4ph+？姿5pIFF），？姿l=1（5）

2 综合优先级规划

综合优先级由工作方式、截止期和目标威胁度共同决定。工作方式分为搜索、确认、普通跟踪、精确跟踪和失跟处理。目标确认之后，根据目标的威胁度从高到低自动划分N1批精跟目标和N2批普通跟踪目标；精跟目标也可由飞行员手动选定，飞行员手动选定的目标认为威胁等级最高。

一级综合优先级用来表示同一类型任务中不同威胁程度的目标任务的优先级。首先第k个任务的一级优先级pk1由工作方式优先级prk和目标威胁度pkt产生。

pk1=prk+ptk（6）

由于搜索任务和确认任务一般没有先验知识，不涉及目标威胁度，所以在对二者的优先级综合规划中，一级综合优先级即为工作方式优先级。

二级优先级规划准则：（1）截止期越早的任务优先级越高；（2）重要性越高的任务优先级越高。设计优先级表，将目标一级优先级和任务截止期统一起来：在一个调度周期内，将所有任务分别按截止期di有先到后和一级优先级pk1由大到小进行排序，第i个任务在两个有序队列中的位置分别为m和n，则综合优先级函数：

pric=am+（1-α）n（7）

3 调度策略

调度策略的目的为充分利用时间资源，在一个调度间隔内，按综合优先级大小依次安排任务请求，步骤如下：

图1 算法流程图

（1）初始化，判断调度是否结束，结束转（7），否则转（2）；

（2）取任务期望时间te在本调度间隔[tbegin，tend]之间的任务；

（3）删除超出截止期的任务；

（4）进行综合优先级排序，依次取任务；

（5）若波束驻留时间twell小于本次调度剩余时间，则加入执行队列；否则如果任务最晚执行时间大于本次调度截至时间tend，则加入延时队列；否则加入删除队列；

（6）下一个调度间隔，延时队列加入新请求队列，转入（2）；

（7）调度结束，分析数据。

4 性能评估

（1）调度成功率（SSR）：

SSR=Nsuc/Nsum（6）

其中Nsuc为成功调度任务数，Nsum为总请求任务数。

（2）执行威胁率（ETR）

调度成功的任务威胁率之和与总请求目标威胁度总和之比。执行威胁率可以衡量调度算法对重要任务的调度性能。由于任务实际执行时间有可能在时间窗内[11]偏离任务期望执行时间，引入修正执行威胁率（METR）：

修正执行威胁率不仅反映所采用的调算法对重要任务的调度性能，还能够表征调度重要任务时，对其期望执行时间遵循程度的符合情况。

5 仿真实验

5.1 参数设置

考虑搜索、确认、精确跟踪、普通跟踪、失跟处理五类雷达任务，参数如下表1。对比本文算法和HPEDF算法。

目标威胁等级参数分别为Rgmax=80km，Rdmax=200km，vL=50m/s，vH=450m/s，a=0.2，k=0.8，H=500m，b=0.03；各威胁参数权重设置为λ={0.22，0.11，0.16，0.11，0.4}，目标综合优先级的规划重点考虑目标重要性的影响，设α=0.8。

雷达场景设置： 搜索任务在仿真开始后周期产生，目标被随机搜索到； 搜索的目标经验证后产生跟踪任务；验证任务由目标验证和虚惊共同产生；失跟任务在稳定跟踪起始后（跟踪达到3次）数据率达不到要求时产生，未稳定跟踪的目标不产生失跟请求。雷达跟踪目标0-90批，精跟和普跟数目比1：3，每增加10批目标进行100次蒙特卡罗仿真，结果如图2-图4。

5.2 结果分析

由图2和图3可知：随着跟踪任务的增加，雷达逐渐过载，在过载情况下，本文算法执行任务的数量小于HPEDF算法，但执行威胁率高于HPEDF算法。说明本文算法对高威胁目标进行优先调度，保证其执行。由图4可知，修正执行威胁率本文算法明显高于HPEDF算法，说明本文算法威胁率高的任务执行实际时间比期望执行时间偏移较少，更符合雷达的实际工作需求。

6 结论

本文建立目标威胁度模型，根据目标属性计算目标标威胁度，并根据威胁度自动划分跟踪任务的跟踪精度，与工作方式、任务截止期一起进行综合优先级规划。实验结果表明，雷达通过已知目标参数，动态调整跟踪任务的优先级，使得高威胁目标在期望执行时间附近优先调度，有效提高了高威胁目标的处理能力。

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