[發明專利]一種基于多目標跟蹤的相控陣雷達組網系統資源管理方法

有效

• 申請號: 201710816710.5
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107728139B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 易偉;王祥麗;付月;黎明;孔令講;李雯;翟博文;袁野
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S13/72
• 分類號: G01S13/72;H04B7/0408
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

該發明公開了一種基于多目標跟蹤的相控陣雷達組網系統資源管理方法，屬于相控陣雷達組網資源管理技術領域，涉及多目標跟蹤。首先研究雷達組網和目標之間的拓撲結構，分析多相控陣雷達組網在多波束工作模式下，對于不同目標，其角度和空間分集增益不同對回波信噪比的影響。然后，在各目標跟蹤精度滿足預定要求的前提下去優化每個雷達的波束指向及波束駐留時間，使該雷達組網波束用于跟蹤的總駐留時間最少。由于目標位置，角度，RCS和雷達組網空間分集增益不同，各個目標為維持預定跟蹤精度對系統資源的需求有所變化，造成的若干目標不能被有效跟蹤的問題，實現了在節約資源的同時，完成系統對多個目標的有序跟蹤。

技術領域

本發明屬于相控陣雷達組網資源管理技術領域，涉及多目標跟蹤，多雷達系統在多目標跟蹤模式下的波束和駐留時間資源聯合管理技術研究。

背景技術

相控陣雷達是目前廣泛研究和發展的一種重要雷達，由于其波束可任意指向,可以在微秒到百微秒級進行捷變，因而具備多功能、多目標和高度自適應的能力,具有極大的靈活性等特點。相控陣雷達與計算機控制技術相結合，可自適應地改變雷達有關工作參數和工作方式以適應外界變化的工作環境，如可改變天線波束形狀、波束駐留時間和功率分配等等。因此，根據外界環境對相控陣雷達資源進行管理具有廣泛的研究價值。

對于由多部相控陣雷達構成的目標跟蹤觀測雷達網，其資源管理問題除了時間資源管理問題外，還有空間資源(雷達分配)管理問題，其中雷達分配問題即所謂的傳感器分配問題。因此，對相控陣雷達組成的組網跟蹤系統而言，其資源管理問題不僅包括波束指向、駐留時間的管理，還包括傳感器和目標之間的對應問題(哪些雷達跟蹤哪些目標)。在文獻“多目標跟蹤分布式MIMO雷達收發站聯合選擇優化算法，雷達學報，2017,6(1):73～80”中，作者將在站點選擇構建為一個布爾規劃問題，并將其松弛為半正定規劃問題后(SDP)利用分塊坐標下降迭代法取得聯合選擇的近似最優解，該方法有效解決了雷達收發站點個數選擇問題，但未考慮每個站點的資源分配，因此該方法解決的問題比較單一，而且未分析雷達站點和目標位置不同及目標散射截面不同(RCS)對站點分配的影響。文獻“VariableDwell Time Task Scheduling for Multifunction Radar,IEEE TASE,2014,11(2):463-472.”基于任務對駐留時間進行量化后，提出一種有效的啟發式調度方法，使雷達系統在一個時間軸范圍內完成更多任務，但該方法針對系統宏觀的任務管理，對于盡量消耗更少資源來完成多目標跟蹤的問題，此方法效果不明顯。

發明內容

本發明的目的是針對背景技術存在的缺陷，研究設計了一種基于多目標跟蹤的相控陣雷達組網資源管理辦法，解決相控陣雷達組網在多波束工作模式下跟蹤多個目標時，由于目標位置，角度，RCS和雷達空間分集增益不同，各個目標為維持預定跟蹤精度對相控陣雷達組網波束和駐留時間的需求有所變化，造成的系統資源浪費和若干目標不能被有效跟蹤的問題。

本發明的解決方案是：首先研究雷達組網和目標之間的拓撲結構，分析多相控陣雷達組網在多波束工作模式下，對于不同目標，其角度和空間分集增益不同對回波信噪比的影響。然后，在各目標跟蹤精度滿足預定要求的前提下去優化每個雷達的波束指向及波束駐留時間，使該雷達組網波束用于跟蹤的總駐留時間最少。針對此問題，提出一個轉化算法，該算法首先對每個目標給定一個固定駐留時間值，選出數據信息較豐富的若干部雷達來跟蹤此目標，由此確立波束指向后，將原非凸問題轉化成凸問題，之后再根據每個目標的預定跟蹤精度來分配選定的各雷達波束駐留時間，最終實現了相控陣雷達組網系統資源的分配。最后，根據目標觀測模型，采用擴展卡爾曼濾波算法實現雷達組網對多目標的跟蹤。該方法有效解決了不同目標為維持預定跟蹤門限而對雷達資源的需求變化問題，從而實現了系統資源和目標之間的合理匹配，在節約資源的同時完成了多個目標的有序跟蹤。

本發明提出一種基于多目標跟蹤的相控陣雷達組網系統資源管理方法，該方法包括步驟：

步驟1：確定雷達和目標的拓撲結構和被管理資源變量；