[發(fā)明專利]一種實(shí)時(shí)的同時(shí)多波束CMIMO雷達(dá)組網(wǎng)資源管理算法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210466614.3
• 申請(qǐng)日: 2022-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN114779232B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程婷;侯子林;李中柱;王元卿;恒思宇;付小川
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/72
• 分類號(hào): G01S13/72;G06F17/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本方法屬于雷達(dá)資源管理領(lǐng)域，提出了一種實(shí)時(shí)的同時(shí)多波束CMIMO雷達(dá)組網(wǎng)資源管理算法。本方法優(yōu)先為跟蹤精度與期望值差值較大的目標(biāo)分配資源，在進(jìn)行資源分配時(shí)，首先計(jì)算每一部雷達(dá)需要提供的發(fā)射能量以及對(duì)應(yīng)的跟蹤精度，選擇其中能夠提供波束且使得跟蹤精度達(dá)到期望值或者發(fā)射能量增加最小的雷達(dá)。在判斷雷達(dá)能否提供波束時(shí)，當(dāng)雷達(dá)任務(wù)集合中無任何目標(biāo)時(shí)需要判斷該節(jié)點(diǎn)能否提供足夠信噪比；當(dāng)雷達(dá)任務(wù)集合中包括多個(gè)目標(biāo)時(shí)需要增加子陣劃分并判斷能否提供足夠信噪比并使用多余波束降低雷達(dá)發(fā)射能量。本方法能夠自適應(yīng)選擇網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)并調(diào)整工作節(jié)點(diǎn)的子陣劃分、發(fā)射能量、波束分配，保證目標(biāo)跟蹤精度滿足期望值的同時(shí)節(jié)約系統(tǒng)的總發(fā)射能量。

技術(shù)領(lǐng)域

本方法屬于雷達(dá)資源管理領(lǐng)域，提出了一種實(shí)時(shí)的同時(shí)多波束CMIMO雷達(dá)組網(wǎng)資源管理算法。

背景技術(shù)

共址多輸入多輸出(Colocated?Multiple?Input?and?Multiple?Output,CMIMO)雷達(dá)是Jian等人提出的一種體制新穎的雷達(dá)(Jian?L,Stoica?P.MIMO?radar?withcolocated?antennas[J].IEEE?Signal?Process?Mag,2007,24(5):106-114.)，其各個(gè)陣元之間的間距較小，能夠通過陣元的劃分形成不同的子陣，每個(gè)子陣可以同時(shí)發(fā)射正交波束照射目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)跟蹤，在認(rèn)知多目標(biāo)跟蹤中應(yīng)用十分廣泛。但是單部CMIMO雷達(dá)仍然存在可用資源相對(duì)較少、監(jiān)視范圍相對(duì)較小的局限性，無法滿足日益復(fù)雜的多目標(biāo)跟蹤場景。雷達(dá)組網(wǎng)概念的提出，克服了單部CMIMO雷達(dá)的缺點(diǎn)，為CMIMO雷達(dá)目標(biāo)跟蹤提供了更多的可能。在一個(gè)CMIMO雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)中，雷達(dá)之間的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸，由于多部雷達(dá)位置分布較廣，整個(gè)組網(wǎng)系統(tǒng)能夠覆蓋更大的監(jiān)視區(qū)域，同時(shí)不同的雷達(dá)節(jié)點(diǎn)可以從空間的不同角度，使用不同的參數(shù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測，因此，可以更全面地獲得探測區(qū)域的信息。

在多目標(biāo)跟蹤場景中，如何將系統(tǒng)有限的雷達(dá)節(jié)點(diǎn)資源和各個(gè)雷達(dá)節(jié)點(diǎn)的能量資源進(jìn)行合理分配，是CMIMO雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)資源管理需要解決的問題。針對(duì)這一問題，現(xiàn)有的準(zhǔn)則主要有兩種：第一種是消耗雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)全部系統(tǒng)資源，使得多目標(biāo)跟蹤的精度提高。例如，Yi等人針對(duì)CMIMO雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)提出了聯(lián)合波束與功率調(diào)度(Joint?Beam?and?PowerScheduling,JBPS)方法，通過基于獎(jiǎng)勵(lì)的迭代下降方法求解優(yōu)化問題，在有限的波束數(shù)量與雷達(dá)發(fā)射功率約束條件下，提高目標(biāo)的全局跟蹤精度(W.Yi,Y.Yuan,R.Hoseinnezhadand?L.Kong,Resource?Scheduling?for?Distributed?Multi-Target?Tracking?inNetted?Colocated?MIMO?Radar?Systems,IEEE?Transactions?on?Signal?Processing,2020,68:1602-1617.)。Yan等人則針對(duì)CMIMO雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)跟蹤提出了聯(lián)合波束選擇與功率分配(Joint?Beam?Selection?and?Power?Allocation,JBSPA)方法，對(duì)雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)的波束數(shù)量以及波束功率資源進(jìn)行控制，通過兩階段方法優(yōu)化最差的目標(biāo)跟蹤精度(J.Yan,H.Liu,W.Pu,S.Zhou,Z.Liu?and?Z.Bao,Joint?beam?selection?and?power?allocationfor?multiple?target?tracking?in?netted?colocated?MIMO?radar?system,IEEETransactions?on?Signal?Processing,2016,64(24):6417-6427.)；文獻(xiàn)(J.Yan,B.Jiu,H.Liu,B.Chen?and?Z.Bao.Prior?knowledge-based?simultaneous?multibeam?powerallocation?algorithm?for?cognitive?multiple?targets?tracking?in?clutter[J],IEEE?Transactions?on?Signal?Processing,2014,63(2):512-527.)考慮了跟蹤場景中的虛警，通過引入信息衰減因子反映虛警的影響，通過改進(jìn)的梯度投影方法對(duì)優(yōu)化問題進(jìn)行求解，達(dá)到改善多目標(biāo)最差跟蹤精度的效果。第二種是在滿足多目標(biāo)跟蹤的期望精度條件下，使得雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)消耗的系統(tǒng)資源減少。其中，Yan等人針對(duì)多目標(biāo)跟蹤提出了一種同時(shí)多波束資源管理(Simultaneous?Multibeam?Resource?Allocation，SMRA)方法，通過將非凸優(yōu)化問題松弛為一組凸優(yōu)化問題，借助近似交替方向乘子法(Alternating?DirectionMethod?of?Multipliers,ADMM)方法求解問題，有效地將雷達(dá)有限的功率資源分配給不同的波束，使得最差目標(biāo)的跟蹤精度貼近期望值，提高目標(biāo)容量(J.Yan,H.Liu,B.Jiu,B.Chen,Z.Liu?and?Z.Bao,Simultaneous?multibeam?resource?allocation?scheme?formultiple?target?tracking[J],IEEE?Transactions?on?Signal?Processing,2015,63(12):3110-3122.)。Lu等人基于完全分布式目標(biāo)跟蹤框架，以后驗(yàn)克拉美羅下界(Posterior?Cramer-Rao?Lower?Bound,PCRLB)為性能指標(biāo)，建立了一個(gè)稀疏優(yōu)化問題，能夠以最低代價(jià)自動(dòng)放寬目標(biāo)跟蹤精度要求并根據(jù)優(yōu)先級(jí)確定要跟蹤的目標(biāo)，從而形成了一個(gè)聯(lián)合的雷達(dá)調(diào)度與功率分配方法(Y.Lu,C.Han,Z.He,S.Liu?and?Y.Wang.Adaptive?JSPAin?distributed?colocated?MIMO?radar?network?for?multiple?targets?tracking,IETRadar,SonarNavigation,2019,13(3):410-419.)。