基于HLA的感知雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃

吳超

摘 要：感知雷達(dá)是下一代雷達(dá)的發(fā)展方向之一，感知雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃對(duì)雷達(dá)適應(yīng)變化的環(huán)境和多樣的作戰(zhàn)任務(wù)，發(fā)揮自身效能和特長(zhǎng)起到關(guān)鍵作用。本文討論了感知雷達(dá)的任務(wù)規(guī)劃方法，該方法是基于規(guī)則的推理與基于案例的推理相結(jié)合，介紹了通過(guò)基于HLA的仿真系統(tǒng)對(duì)任務(wù)規(guī)劃進(jìn)行評(píng)估的過(guò)程。這種雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃方法具備實(shí)時(shí)、精確、可重構(gòu)、智能化等諸多特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：仿真；感知雷達(dá)；任務(wù)規(guī)劃；推理

引言：隨著雷達(dá)技術(shù)發(fā)展，雷達(dá)系統(tǒng)能夠根據(jù)環(huán)境的變化優(yōu)化探測(cè)策略，采用恰當(dāng)?shù)男盘?hào)處理和數(shù)據(jù)處理方式，提高雷達(dá)系統(tǒng)性能，這就是感知雷達(dá)的概念[1]。

雷達(dá)工作的作戰(zhàn)環(huán)境變化迅速，因此，實(shí)現(xiàn)高效自適應(yīng)雷達(dá)觀(guān)測(cè)能力的關(guān)鍵是充分利用雷達(dá)對(duì)工作環(huán)境的感知信息[2]。例如，機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)已知地面和周?chē)h(huán)境的具體特性，那么可以通過(guò)諸如發(fā)射波形、極化、頻率、相位、功率、調(diào)制和編碼等方法提高雷達(dá)性能，這些優(yōu)化探測(cè)策略允許雷達(dá)自動(dòng)地改變工作參數(shù)來(lái)適應(yīng)環(huán)境變化，優(yōu)化探測(cè)策略涉及雷達(dá)濾波、檢測(cè)、跟蹤、成像和識(shí)別各處理階段。

雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃是指在一定戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和時(shí)間條件下，為達(dá)成特定的作戰(zhàn)目標(biāo)，安排雷達(dá)執(zhí)行一系列相互關(guān)聯(lián)的探測(cè)任務(wù)，以及如何優(yōu)化實(shí)施這些探測(cè)任務(wù)使雷達(dá)整體作戰(zhàn)效能達(dá)到最佳的過(guò)程。在感知雷達(dá)系統(tǒng)中，雷達(dá)探測(cè)策略隨著雷達(dá)工作的電磁/雜波環(huán)境變化而變化，雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃的作用非常關(guān)鍵，錯(cuò)誤的優(yōu)化探測(cè)策略如同“雙刃劍”的反面，會(huì)使感知雷達(dá)無(wú)法正常工作。

一、任務(wù)規(guī)劃方法

從雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃過(guò)程來(lái)看，雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃主要處理作戰(zhàn)任務(wù)的目標(biāo)、時(shí)間和資源能力需求約束的問(wèn)題。任務(wù)規(guī)劃過(guò)程是集規(guī)劃、仿真、評(píng)估為一體的完整過(guò)程，它的目標(biāo)就是通過(guò)系統(tǒng)運(yùn)籌、合理規(guī)劃、科學(xué)利用作戰(zhàn)資源，完成作戰(zhàn)任務(wù)，從而獲得整體最佳作戰(zhàn)效能?，F(xiàn)有任務(wù)規(guī)劃方法包括：基于規(guī)則的推理、基于案例的推理、數(shù)學(xué)規(guī)劃方法、啟發(fā)式搜索方法、Petri網(wǎng)規(guī)劃方法、模擬退火局部搜索方法，遺傳搜索方法，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法等等。上述各種方法有自己的優(yōu)勢(shì)，但也存在這樣或那樣的局限，由此有人提出了將上述多種方法進(jìn)行組合優(yōu)化的任務(wù)規(guī)劃方法，比較典型的是規(guī)則和案例方法相結(jié)合進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃。

（一）基于規(guī)則的推理。為了解決雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃中遇到的不確定性問(wèn)題，系統(tǒng)采用基于證據(jù)推理方法的置信規(guī)則庫(kù)推理方法，構(gòu)建基于置信度結(jié)構(gòu)的一般規(guī)則表達(dá)機(jī)制，利用證據(jù)推理方法，實(shí)現(xiàn)規(guī)則庫(kù)系統(tǒng)的推理。系統(tǒng)中允許根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)直接介入規(guī)則庫(kù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，人為決定規(guī)則庫(kù)的參數(shù)。

具體的案例和規(guī)則相結(jié)合的推理算法為：（1） 先提取問(wèn)題的特征，對(duì)于任務(wù)規(guī)劃首先用基于規(guī)則推理方法進(jìn)行推理，得到相應(yīng)的結(jié)論。（2） 如果采用基于規(guī)則推理方法得不到合適的解，則調(diào)用基于案例推理的方法進(jìn)行推理，求得問(wèn)題的解。（3） 如果采用基于規(guī)則推理的方法只能得到問(wèn)題的部分解，對(duì)于得不到解的部分，調(diào)用基于案例推理的方法求解，并將兩部分解結(jié)合起來(lái)，則問(wèn)題求解完畢。（4） 如果采用規(guī)則推理得到問(wèn)題的所有解，則問(wèn)題求解完畢。

二、基于HLA的任務(wù)規(guī)劃評(píng)估

雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃具備作戰(zhàn)想定的仿真演示功能，主要包括雷達(dá)探測(cè)演示、干擾威脅仿真演示、作戰(zhàn)效果演示。在完成雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃后，通過(guò)模擬作戰(zhàn)想定、執(zhí)行任務(wù)規(guī)劃和作戰(zhàn)過(guò)程推演，在數(shù)字地圖上演示作戰(zhàn)場(chǎng)景、雜波環(huán)境、干擾環(huán)境、敵我雙方對(duì)抗、目標(biāo)探測(cè)情況和探測(cè)結(jié)果。 對(duì)雷達(dá)的探測(cè)效果進(jìn)行評(píng)估和判斷，并將結(jié)果反饋給任務(wù)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的任務(wù)優(yōu)化，形成最優(yōu)方案。同時(shí)，任務(wù)規(guī)劃在日常的演習(xí)訓(xùn)練中，還可提供虛擬現(xiàn)實(shí)的訓(xùn)練環(huán)境，并對(duì)演練結(jié)果進(jìn)行評(píng)判。整個(gè)處理過(guò)程如圖2所示。

任務(wù)規(guī)劃評(píng)估的關(guān)鍵在于仿真條件下的作戰(zhàn)場(chǎng)景、雜波環(huán)境、干擾環(huán)境、雷達(dá)探測(cè)情況等各種模型的逼真程度。目前基于HLA架構(gòu)的雷達(dá)預(yù)警探測(cè)仿真系統(tǒng)比較成熟，得到較多認(rèn)可，雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃將充分利用現(xiàn)有成熟的仿真模型和仿真環(huán)境，進(jìn)行作戰(zhàn)想定和作戰(zhàn)過(guò)程推演。

HLA（High Level Architecture）是美國(guó)國(guó)防部1995年提出的仿真技術(shù)框架，它是分布式仿真技術(shù)DIS和聚合級(jí)仿真ALSP發(fā)展的高級(jí)階段。主要通過(guò)解決仿真應(yīng)用的互操作性和仿真資源的可重用性問(wèn)題，提高仿真系統(tǒng)效率和效費(fèi)比。通過(guò)運(yùn)行支撐環(huán)境RTI，提供通用的、獨(dú)立的支撐服務(wù)程序，將應(yīng)用層和底層支撐環(huán)境分離，可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的即插即用。

雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃軟件基于HLA架構(gòu)設(shè)計(jì)，以原型系統(tǒng)或半實(shí)物仿真系統(tǒng)的身份加入仿真系統(tǒng)。雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)通過(guò)RTI接口實(shí)現(xiàn)與大型分布式仿真系統(tǒng)的連接，實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)的時(shí)間管理、對(duì)象管理、場(chǎng)景變化等功能，網(wǎng)絡(luò)信息的匯集、分發(fā)和共享。HLA架構(gòu)仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖3。

該體系結(jié)構(gòu)以HLA/RTI作為運(yùn)行支撐環(huán)境，有效地支持仿真系統(tǒng)的互聯(lián)和互操作，支持仿真模型的重用，實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)中各個(gè)組成部分的“即插即用”。雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃軟件只需要采用統(tǒng)一的接口和服務(wù)，各仿真模型能動(dòng)態(tài)加入系統(tǒng)，具備良好的互聯(lián)、互通和互操作性。

三、結(jié)束語(yǔ)

感知雷達(dá)的發(fā)展日益受到關(guān)注，感知雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃對(duì)感知雷達(dá)發(fā)揮自身的效能和特長(zhǎng)起到關(guān)鍵作用。本文討論了感知雷達(dá)的任務(wù)規(guī)劃方法，以及通過(guò)基于HLA的仿真系統(tǒng)對(duì)任務(wù)規(guī)劃進(jìn)行評(píng)估的過(guò)程。現(xiàn)代雷達(dá)面臨的作戰(zhàn)環(huán)境變化迅速，要求雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃方法具備實(shí)時(shí)、精確、可重構(gòu)、智能化等諸多特點(diǎn)。感知雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃的各種新方法如遺傳搜索方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、人工智能方法等值得進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)：

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[2] Haykin S. Cognition is the key to the next generation of radar system [C]. Proc. of Digital Signal Processing Workshop and 5th IEEE Signal Processing Education Workshop， 2009： 463-467.

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