[發明專利]一種針對組網雷達多目標ISAR成像的二維資源分配方法

有效

• 申請號: 201911083129.2
• 申請日: 2019-11-07
• 公開（公告）號: CN110766344B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 廖可非;杜毅;歐陽繕;李晶晶;李長樹;白釗銘
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G06Q10/0631
• 分類號: G06Q10/0631;G01S13/72;G01S13/90;G06N3/126
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 楊雪梅

1.一種針對組網雷達多目標ISAR成像的二維資源分配方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1.建立雷達二維資源矩陣；

S2.目標特征認知與認知稀疏成像時間資源的計算；

S3.建立目標、雷達和使用子陣面數量的關系矩陣；

S4.在滿足約束條件下按照資源調度模型進行資源分配；

S5.按照步驟S4分配的資源，實現對各目標的交替觀測，最后用稀疏成像算法獲得目標二維像；

S1具體過程如下：

將各雷達的平面陣列均勻分割成G′個子陣面，每個子陣面分別獨立執行不同的任務；

設定資源調度的間隔為ΔT，則調度間隔內單個子陣面能發射的脈沖個數為N_T＝ΔT·PRF,其中PRF為脈沖重復頻率，在此基礎上建立第i部雷達的二維資源矩陣AP_i，其中第n次觀測時，雷達的第g個子陣面的使用情況表示為AP_i(g,n)，當AP_i(g,n)＝0時，表示處于空閑狀態；當AP_i(g,n)＝1時，表示處于占用狀態，其中n＝1,2,...,N_T，g＝1,2,...,G′，初始時刻AP_i＝0；S2具體過程如下：

第i部雷達通過對第j目標發射少量脈沖，對其與雷達的距離R_ij、速度V_j、航向和尺寸特征進行認知，并在此基礎上估算出目標方位向的稀疏度K_ij、相干積累時間距離向分辨率要求和方位向分辨率要求根據ISAR稀疏認知成像的要求，第i雷達對第j個目標所需的稀疏發射的脈沖個數為：

L_ij≥c₁K_ijln(M_ij)????????????????????????(1)

其中c₁為是一個與恢復精度有關的常數，取值為0.5到2之間，PRF為發射信號的脈沖重復頻率；

第i部雷達對第j個目標隨機觀測序列記為RS_ij＝[1,...,M_ij]，隨機序列RS_ij第一個元素與最后一個元素之間，有L_ij-2個2到M_ij-1之間的隨機正整數；

S3具體過程如下：

遠場條件下目標距離向分辨率主要由帶寬決定，因此在滿足第j個目標距離向分辨率要求下，第i部雷達需要對其發射的帶寬寫為：

其中c為光速；

獨立工作的任一部雷達的最遠探測距離可由單基雷達方程進行描述，假設單個子陣面發射功率一定，則在滿足第j個目標距離向分辨率要求下，第i部雷達使用g′個子陣面的雷達最遠探測距離描述為：

其中,P_t代表單個子陣面的發射功率；G代表單個子陣面的收發天線增益；λ代表電磁波波長；σ_ij代表第i部雷達對第j個目標認知得到的雷達截面積；k代表玻爾茲曼常量；T₀表示溫度；F_n代表接收機噪聲系數；D₀代表檢測因子；

在ISAR成像過程中，目標相對于雷達轉過的視角決定了目標的方位向分辨率，因此在方位向分辨率要求下，求得第j個目標相對于第i部雷達轉過角度可表示為：

假設在成像過程中目標的航向基本不變，用θ表示雷達與目標連線方向與目標速度方向的夾角、R表示初始時刻目標距離雷達的距離、α表示滿足方位向分辨率條件下目標相對于雷達需要轉過的角度、R′表示完成成像時刻目標距離雷達的距離，則第j個目標與第i部雷達之間的θ夾角表示為：

其中h_ij表示第j個目標與第i部雷達連線方向的方向矢量、V_j表示第j個目標的速度矢量，則完成成像時刻第j個目標與第i部雷達的距離表示為：

其中R_ij表示，初始時刻第i部雷達與第j個目標的距離；

則第i部雷達，使用g′_ij個子陣面對第j個目標成像需要滿足：在初始時刻和完成成像時刻目標到雷達的距離都要小于，滿足目標距離向分辨率要求下的雷達最遠探測距離；

則雷達、目標和子陣面個數的關系描述為：

RAT(i,g′_ij,j)＝[R_ij＜R_max(g′_ij,j,i)]∩[R′_ij＜R_max(g′_ij,j,i)]???(7)

其中RAT的各元素只含有0和1，其中1表示任務成像分配方案和孔徑資源分配方案能夠滿足目標成像對分辨率的要求，0則表示與之相反；

在此基礎上，從RAT是1的方案中挑選出最優的目標任務-資源分配組合作為最終的分配策略；

根據前面稀疏成像對時間資源要求以及目標成像對孔徑資源的要求，第i部雷達對第j個目標成像的資源矩陣AP_i的二維分配描述為：

其中n_ij為第j個目標在第i部雷達上的起始觀測位置，為第j個目標在第i部雷達上第k個觀測時刻的子陣面起始位置；

S4具體過程如下：

給出兩個性能指標，即資源消耗量和完成的成像任務數量，具體可表示為：

其中X是一個尺寸為J×2的雷達孔徑資源及成像任務分配的分配策略，J是調度間隔內的目標總數，其中第一列表示雷達編號、第二列表示使用的子陣面個數；X(j,1),X(j,2)分別表示分配給第j個目標的雷達編號和對該目標成像時雷達需要使用的子陣面個數；

為方便資源分配模型的描述，將分配策略X中分配給各雷達的目標寫成集合的形式有：

Js_i＝{j|X(j,1)＝＝i∩RAT(i,X(j,2),j)＝＝1}?????(10)

其中設某調度起始的觀測位置為ns與之對應的子陣面起始位置為提出的具體資源分配算法優化模型如式(11)所示：

其中I為雷達總數量，n_j′i為分配給第i部雷達的第j′_i個目標的起始觀測位置；為分配給第i部雷達的第j′_i個目標在第n_ji′個觀測時刻的子陣面起始位置；其中P_a和P_b表示分配給第i部雷達的目標集合中任意兩個目標的威脅度，通常認為距離近、速度快且面向雷達運動的目標更具有威脅性；

用基于分層序列的遺傳算法對模型進行求解，初始時刻隨機產生L個染色體構成一個初始種群，其中每一條染色體就是一種可能的資源分配方案，具體的染色體結構設計如式(12)所示：

X＝{(i₁,g′₁),…(i_j,g′_j),…(i_J,g′_J)}??????????????(12)

然后將1/f₂(X)看作目標函數中最重要的成分，f₁(X)為次重要的成分，通過分層序列法挑選出精英染色體，在選擇、交叉、變異的進化過程中予以保留，遺傳給下一代；

S5具體過程如下：

根據資源調度模型合理分配雷達脈沖資源并對目標進行交替觀測，接收目標回波信號后，使用現有的基于壓縮感知的稀疏孔徑逆合成孔徑雷達二維解耦成像技術對各目標實現逆合成孔徑雷達二維成像。