[發(fā)明專利]雷達組網(wǎng)部署優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610016625.6
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105550783B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設計）人: 朱志宇;方小星;李陽
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06Q10/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種雷達組網(wǎng)部署優(yōu)化方法，雷達組網(wǎng)由N部同頻或者同頻段非同頻雷達組成，其特征在于，步驟如下：

步驟1：建立空域系數(shù)模型：

⑴部署各部雷達的地理位置,以獲得最大的空域探測能力f,其數(shù)學模型如下：

λ,w_j∈[0,1]且

其中，G_j為在第j高度層所獲得的警戒區(qū)域，A_ij為第i部雷達在第j高度層的探測區(qū)域；M為高度分層數(shù)；λ為在重點探測區(qū)域內的甲方目標的重要程度,其值在[0,1]范圍內，根據(jù)實際要求確定；w_j(j＝1,2,…,M)為雷達網(wǎng)對各個高度層的關心程度，針對不同類型的乙方目標，w_j(j＝1,2,…,M)由乙方目標的飛行高度決定；選取一組w_j(j＝1,2,…,M)，使雷達網(wǎng)有效地對抗低空、超低空飛行目標；A_g和A_c分別是所需的警戒區(qū)域和探測區(qū)域；C_j為在第j高度層所獲得的重點探測區(qū)域，探測概率為：

其中：P_i為第i部雷達的探測概率；N為組網(wǎng)雷達數(shù)目；

⑵令為警戒區(qū)覆蓋系數(shù)，為重點區(qū)域覆蓋系數(shù)，對最大的空域探測能力f的公式進行簡化可得：

λ,w_j∈[0,1]且

步驟2：建立電磁兼容程度模型：

①相同工作頻段非同頻時電磁兼容模型

無干擾時，雷達的最大作用距離為：

式中，P為雷達的發(fā)射功率，G為雷達天線增益，λ為雷達發(fā)射電磁波波長，σ為目標散射截面積，S_min為雷達最小可檢測信號,L為雷達發(fā)射并接收電磁波過程中的能量損耗；

L的dB單位表達式為：

L_(dB)＝L'_(dB)+L_r(dB)+L_P(dB)

式中，L'為大氣吸收損耗、雨雪損耗、兩部雷達的天線罩損耗、饋線傳輸損耗的和，單位dB；L_P是極化損耗,即兩部雷達極化方式的差異引入的損耗,現(xiàn)代雷達大多采用線極化,如果兩部雷達極化方式相同,極化損失取0dB,否則取20dB；L_r＝32.5+20lgf+20lgR,為電磁波空間傳播損耗,單位為dB；f為頻率，單位為MHz；R為傳播距離，單位Km；

N部雷達同時工作，且存在同頻干擾；雷達n收到其他雷達的干擾受到接收機的選擇性曲線產生的對無用發(fā)射機發(fā)射頻譜抑制系數(shù)FDR的影響：

其中，P(f)為干擾信號等效中頻IF的功率譜密度；H(f+Δf)為接收機的頻率響應；Δf＝ft–fr，其中，ft為干擾源的即時頻率；fr為接收機的調諧頻率；

FDR可以分為兩項，調諧抑制OTR和頻率失諧抑制OFR，頻率失諧抑制OFR是由于干擾源和接收機失諧產生的額外抑制；

FDR(Δf)＝OTR+OFR(Δf)dB

其中：

第n個雷達收到其他雷達的干擾P_rn表示為：

式中，P_i為相鄰干擾雷達i的發(fā)射功率,G_i為相鄰干擾雷達i的天線增益,G'_n為受干擾雷達n的天線接收增益,γ_n為雷達i干擾信號對雷達n接收天線的極化系數(shù),R_in為雷達i與受干擾雷達n之間距離,L_in為雷達i發(fā)射的電磁波被雷達n接收過程中的能量損耗；FDR_ni為第i個雷達干擾對雷達n的頻率相關抑制系數(shù)，這里為線性值，不為dB值；λ_ti為第i個干擾雷達的波長；如果兩個雷達同頻，則FDR系數(shù)為1；

雷達n收到的目標信號功率P_rs為：

式中，R_n為雷達n與目標的距離，λ_rn為雷達n的波長；

在受干擾條件下，雷達要能發(fā)現(xiàn)目標，收到的目標信號功率P_rs和接收的干擾功率P_rj必須滿足以下條件：

式中，K_n為第n個雷達的壓制系數(shù)；

當P_rj/S_(n)min≤K_n時，雷達的最大作用距離不受影響；當P_rj/S_(n)min＞K_n時，可以得到干擾下的雷達最大作用距離R'_nmax：

對其進行歸一化處理，用受干擾時的R'_nmax與不受干擾下的R_nmax的比值μ_n作為雷達n的電磁兼容程度；得到：

②被干擾雷達可被對準

當被雷達天線對準，接收機前端會出現(xiàn)過載現(xiàn)象，電磁兼容程度很差，可認為電磁兼容程度μ＝0；

如果被干擾雷達二在干擾雷達一兩個雷達的掃描范圍內，則考慮雷達一對雷達二對準時的情況；假設雷達一、雷達二的距離為R₁₂，以雷達一為球心R₁₂為半徑作一個球面，使得雷達二落在球面上，用雷達一的水平掃描角度和俯仰掃描角度θ₁將其掃描面積表示出來；圍繞雷達二將雷達一對準雷達二的極限面積表示出來；

干擾概率p₂₁為：

其中W是某個時刻的波束的極限對準面積，將W沿著雷達二位置處平移一圈，得到的所有范圍為V；U是雷達掃描范圍；

曲面U的面積等效為：曲面V是一個橢圓，其等效面積為：設V'＝4α₁·β₁，得到：

故，p₂₁的最終值與雷達一、雷達二之間的距離無關；

設有M個雷達對雷達n可對準；雷達i對雷達n的對準概率：

雷達n不被對準的概率為：

那么其電磁兼容程度μ'_n：

③干擾雷達與被干擾雷達可相互對準

當兩個雷達的主瓣波束可以相互對準的時候，既需要避免對其他天線的對準也需要避免對準其他天線；

兩個雷達相互對準需要水平方位和俯仰方位都對準，其概率為：

式中，P_h為水平方位對準概率；α₁、α₂為雷達一和雷達二的天線波束寬度；為雷達一、雷達二天線水平掃描區(qū)域的角度；P_υ為俯仰方位對準概率；β₁、β₂為雷達一和雷達二的俯仰波束寬度；θ₁、θ₂為俯仰角的掃描范圍；

雷達一和雷達二的對準概率p'₁₂就是方位對準的概率與俯仰對準概率的乘積，即：

p'₁₂＝p_h×p_υ

則，假設定向雷達m可與L個定向雷達兩兩對準，可以得到的雷達m與其他雷達的互不對準概率為：

其中，p_mj是雷達j對雷達m的對準概率，可由概率模型得出；p_jm是雷達m對雷達j的對準概率；p'_mj是雷達m、j的相互對準概率；

那么其電磁兼容程度μ″_m：

④相同頻段雷達組成的系統(tǒng)間電磁兼容模型

將所有相同頻率的雷達組成一個系統(tǒng)，預測整個雷達系統(tǒng)的電磁兼容程度；假設總共有N部雷達，K個雷達可以對準其他雷達，其中有M個雷達可以兩兩對準，則總電磁兼容程度為：

式中，η_i是第i個雷達的重要系數(shù)；

⑤所有頻段雷達系統(tǒng)的電磁兼容模型

同頻段的雷達系統(tǒng)有Y個，那么所有同頻率雷達系統(tǒng)的電磁兼容程度為：

步驟3：應用粒子群算法：

①構造初始化粒子群，即設置粒子的個數(shù)、初始的位置和初始的速度

首先用X_i空間表示n維搜索空間的粒子i的當前位置；用V_i表示當前粒子的飛行速度；用P_i表示當前粒子所經(jīng)歷的最好位置；

其中，n表示維度；i表示第i個粒子即當前粒子；

②將電磁兼容程度Φ和覆蓋系數(shù)作為最大化的目標適應度函數(shù)，則粒子i的當前最好位置為：

其中，t表示第t次迭代；

設群體中粒子數(shù)為S，比較群體中所有粒子經(jīng)歷的最好位置，可得全局最優(yōu)位置P_g(t)，即：

P_g(t)∈{P₀(t),P₁(t),...,P_S(t)}|f(P_g(t))＝max{f(P₀(t)),f(P₁(t)),...,f(P_S(t))}

③根據(jù)之前得到的當前和全局最優(yōu)位置計算更新的速度和位置：

v_ij(t+1)＝w·v_ij(t)+c₁r_1j(t)·(P_ij(t)-x_ij(t))+c₂r_2j(t)·(P_gj(t)-x_ij(t))

x_ij(t+1)＝x_ij(t)+v_ij(t+1)

其中，x_ij(t)、v_ij(t)表示粒子i第j維第t代的位置與運動速度；w為慣性系數(shù)，值在0～1之間；c₁、c₂為加速度常數(shù)，值在0～2之間；r_1j、r_1j分別為兩個相互獨立的隨機數(shù)，值在0～1之間；P_gj(t)表示第j維最優(yōu)位置粒子；

④判斷是否達到迭代次數(shù)，否則繼續(xù)重復步驟3中的②③；

⑤輸出最優(yōu)位置。