基于參數(shù)模型構建的雷達任務綜合優(yōu)先級計算方法

錢國棟，侯澤欣，涂剛毅

(1. 海軍駐南京地區(qū)雷達系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003； 2. 中國船舶重工集團公司第七二四研究所，南京 211153)

基于參數(shù)模型構建的雷達任務綜合優(yōu)先級計算方法

錢國棟1，侯澤欣2，涂剛毅2

(1. 海軍駐南京地區(qū)雷達系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003； 2. 中國船舶重工集團公司第七二四研究所，南京 211153)

提出一種雷達任務的綜合優(yōu)先級值計算方法。利用雷達任務的多特征參數(shù)，根據(jù)雷達的不同功能及工作方式對各特征參數(shù)的權系數(shù)值進行動態(tài)的設定，構建合理的幾何模型，最后依據(jù)所構建模型的幾何面積計算結果確定各任務的綜合優(yōu)先級值。運用該方法可實時動態(tài)計算雷達各任務的綜合優(yōu)先級值，適用于各種雷達實時任務調度策略及算法。通過仿真驗證了本方法計算獲得的任務綜合優(yōu)先級值的唯一性和有效性。

多參數(shù)；模型構建；雷達任務綜合優(yōu)先級

Abstract: A calculation method of the integrated priority values of radar tasks is presented. By using the multi-feature parameters of radar tasks, according to different functions and working modes of the radar, the weight coefficients of each feature parameter are set dynamically, and the reasonable geometric model is built. Finally, based on the calculation results of the geometric area of the model built, the integrated priority values of each task are confirmed. The integrated priority values of each task can be dynamically calculated in real-time with this method, which applies to various radar real-time task scheduling strategies and algorithms. The integrated priority values calculated with this method are verified to be unique and valid via the simulation.

Keywords: multiple parameters; modeling; integrated priority of radar tasks

0 引 言

多功能相控陣雷達系統(tǒng)實現(xiàn)多探測任務能力和實時精確信息處理性能等會受雷達時間資源、功能資源、實時計算處理資源等因素的制約。研究相控陣雷達資源最優(yōu)分配控制算法，對有限的雷達資源進行合理分配以實現(xiàn)大量雷達任務的有效調度，發(fā)揮相控陣雷達的最大效能，是多功能相控陣雷達技術的發(fā)展趨勢。

相控陣雷達資源最優(yōu)分配控制研究的最關鍵環(huán)節(jié)為任務的綜合優(yōu)先級計算問題。通過設計合理的任務綜合優(yōu)先級計算算法解決雷達多任務間的時間沖突、能量沖突和功能沖突，優(yōu)化安排任務的執(zhí)行順序，最后控制算法根據(jù)各任務綜合優(yōu)先級計算結果對有限的雷達資源進行合理分配。

基于多特征參數(shù)任務優(yōu)先級設計思想，本文研究一種雷達任務多特征參數(shù)綜合優(yōu)先級的計算方法。根據(jù)雷達資源調度的準則及任務調度原則確定影響綜合優(yōu)先級的因素，制定多任務模板。根據(jù)模板分析計算各任務綜合優(yōu)先級的各種參數(shù)大小構建幾何模型。最后通過各參數(shù)值及其權系數(shù)值計算圖形面積得到各任務綜合優(yōu)先級的結果。仿真結果表明,本文所提算法能夠有效、實時、動態(tài)地計算雷達各任務的綜合優(yōu)先級值，適用于各種雷達實時任務調度策略及算法，可有效提高多功能雷達的任務調度效率和資源利用率。

1 參數(shù)模型構建

雷達任務的綜合優(yōu)先級通常由任務的一個或多個特征參數(shù)來確定,如截止時間、或關鍵性(任務的重要程度)等。若綜合優(yōu)先級的計算結果僅由某一個特征參數(shù)來確定是不準確的,如利用EDF策略計算得到的最高綜合優(yōu)先級是具有截止時間最短的任務,利用LSF策略得到的最高優(yōu)先級是具有空閑時間最短的任務。因為截止時間短的任務不一定是最關鍵的,或空閑時間最短的任務也不一定是最關鍵的，所以需要研究利用多特征參數(shù)綜合計算任務的綜合優(yōu)先級值，建立任務與其綜合優(yōu)先級值間的一一對應關系。

通過對雷達任務的多參數(shù)變量構建參數(shù)幾何模型，進行參數(shù)變量的可視化處理，將任務多參數(shù)的各個屬性值用二維平面圖形表示，并提取模型面積進行定量分析。

本文參數(shù)模型構建的方法為：根據(jù)參與綜合優(yōu)先級計算的特征參數(shù)個數(shù)選擇不同的坐標軸，構建不同的多參數(shù)幾何模型；n個參數(shù)的任務綜合優(yōu)先級計算模型由n個坐標軸構成，每個坐標軸表示任務的各特征參數(shù)，坐標軸間的各個夾角由任務各特征參數(shù)權值的大小計算獲得，最后根據(jù)特征參數(shù)的大小連接各坐標軸組成一個n邊形。

2 綜合優(yōu)先級計算

基于參數(shù)模型構建的雷達任務綜合優(yōu)先級計算方法的主要流程如下：

Step1確定雷達各功能工作的主要任務種類；對各類任務的模版進行設計，確定各類任務的工作方式優(yōu)先級等可固定設置參數(shù)。例如，通過對雷達的功能分析，設置各類任務的工作方式優(yōu)先級分別為1～5，工作方式優(yōu)先級越大任務的重要性程度越高。

Step2根據(jù)雷達所有任務模板及目標特征信息獲取參與綜合優(yōu)先級計算的各任務的動態(tài)參數(shù)信息，如截止時間、偏移時間等隨時間變化的參數(shù)，其中截止時間表示任務距被丟棄刪除的時間段長度，偏移時間表示任務偏離最佳執(zhí)行時刻的時間段長度。

Step3針對各任務參數(shù)設計不同的權系數(shù)大小為ωi，可根據(jù)雷達所處環(huán)境及針對不同目標態(tài)勢的工作方式不同，調整各類任務的各特征參數(shù)權系數(shù)大?。挥衫走_任務的調度原則(工作方式優(yōu)先級原則、資源充分利用原則、期望時間原則、時間、能量和計算約束原則)及各任務特征參數(shù)對不同任務種類的影響不同，特征參數(shù)表現(xiàn)出對各任務綜合優(yōu)先級計算結果的不同影響程度，因此可對各任務的特征參數(shù)設置合理的權系數(shù)。

例如，任務類型1，根據(jù)其特征參數(shù)的重要性程度，將任務工作方式優(yōu)先級、截止時間、資源占用量的權系數(shù)分別設置為0.7、0.15、0.15，將任務類型2的特征參數(shù)權系數(shù)分別設計為0.2、0.4、0.4。

Step4由任務特征參數(shù)的個數(shù)構建幾何模型。根據(jù)參與綜合優(yōu)先級計算的特征參數(shù)個數(shù)n選擇不同的坐標軸構建不同的幾何模型。如圖1所示，n參數(shù)的任務綜合優(yōu)先級計算模型由n個坐標軸構成，每個坐標軸表示任務的各特征參數(shù)，根據(jù)特征參數(shù)及其權系數(shù)大小ξi連接各坐標軸組成一個n邊形。

圖1 基于n參數(shù)的任務綜合優(yōu)先級計算模型

Step5根據(jù)各任務所構建的幾何模型計算幾何面積。由Step4構建的多邊形可知，多邊形的面積可由計算各小三角形面積之和得到。各小三角形面積由三角形面積公式計算可得，夾角大小及兩夾邊長度均與各參數(shù)及其權系數(shù)大小有關，具體計算公式為

夾角大小

(ωi+ωi+1)·π

夾邊長度

Li=efi(ξi)，Li+1=efi+1(ξi+1)

三角形面積

模型面積

Area=Area1+…+Areai+…+Arean

圖2 基于三參數(shù)的任務綜合優(yōu)先級計算模型

各參數(shù)權系數(shù)設置分別為ω1、ω2、ω3，根據(jù)各參數(shù)權系數(shù)計算：

則各小三角形的面積如下式所示：

根據(jù)參數(shù)所構建的幾何模型計算模型面積大小,Area=Area1+Area2+Area3,對面積計算結果進行歸一化處理得到任務的綜合優(yōu)先級值為

令

則任務的綜合優(yōu)先級值為

同理，如圖1、3所示，任務多特征參數(shù)所構建的幾何模型由多個小三角形構成，通過參數(shù)權值設計可計算得到任務的綜合優(yōu)先級值為

其中

圖3 基于四參數(shù)的任務綜合優(yōu)先級計算模型

3 仿真分析

基于以上研究對本方法進行仿真驗證，評估計算結果。在相同場景設置條件下仿真比較了不同參數(shù)變化下不同任務綜合優(yōu)先級值計算結果，并進行分析。

仿真設置場景中有5種雷達任務類型，其中任務類型1、2為隨機事件，其他任務設置不同的數(shù)據(jù)率，具體任務模版設置如下：

(1) 任務類型1(隨機事件)

(2) 任務類型2(隨機事件)

(3) 任務類型3(數(shù)據(jù)率30 s)

(4) 任務類型4(數(shù)據(jù)率12 s)

(5) 任務類型5(數(shù)據(jù)率500 ms)

仿真設置5種類型任務的各項參數(shù)如上模版所示，其他參數(shù)固定任務的截止時間從大到小變化。采用本方法計算任務綜合優(yōu)先級的結果如圖4所示。

圖4 綜合優(yōu)先級隨截止時間變化曲線

假設各任務模版的參數(shù)權系數(shù)固定為[0.7,0.15,0.15]，采用本方法計算任務綜合優(yōu)先級的結果如圖5所示。

圖5 各任務相同權值綜合優(yōu)先級變化曲線

由圖4、5分析可知，當各任務的參數(shù)權系數(shù)相同時，任務的綜合優(yōu)先級值隨單一參數(shù)值變化的變化率是相同的。在相同的權系數(shù)值計算下，截止時間、資源占用率相同的任務的綜合優(yōu)先級值受任務工作方式優(yōu)先級的大小影響，工作方式優(yōu)先級越大任務的綜合優(yōu)先級值越大。由此可知，本文綜合優(yōu)先級計算方法結果準確有效。

4 結束語

多功能多任務相控陣雷達系統(tǒng)是目前雷達研究的主流，而其性能的充分發(fā)揮是研究的熱點、重點及難點。為充分發(fā)揮雷達系統(tǒng)性能，雷達多任務有效調度是最主要的手段，而任務綜合優(yōu)先級的實時、有效計算則是問題的根本。

本文提出了基于參數(shù)模型構建的雷達任務綜合優(yōu)先級計算方法，在分析雷達任務參數(shù)模擬的基礎上構建幾何模型進行任務綜合優(yōu)先級計算方法研究。仿真結果表明，與傳統(tǒng)任務綜合優(yōu)先級計算方法相比，本文算法具有較強的可擴展性，且計算結果有效，充分體現(xiàn)了任務各特征參數(shù)的重要性。

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A calculation method of integrated priority of radar tasks based on parameter modeling

QIAN Guo-dong1, HOU Ze-xin2, TU Gang-yi2

(1.Military Representatives Office of Radar System of the PLA Navy in Nanjing, Nanjing 210003; 2. No.724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

TN911

A

1009-0401(2017)03-0010-04

2016-10-08;

2016-11-23

錢國棟(1982-)，男，工程師，碩士，研究方向：雷達總體技術；侯澤欣(1989-)，男，工程師，碩士，研究方向：相控陣雷達資源調度；涂剛毅(1981-)，男，高級工程師，博士，研究方向：相控陣雷達總體技術。