雷達(dá)資源調(diào)度技術(shù)體系及評(píng)估指標(biāo)探討

吳少鵬

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 211153)

0 引 言

隨著雷達(dá)技術(shù)和應(yīng)用需求的發(fā)展，雷達(dá)將在復(fù)雜的干擾背景、目標(biāo)特性等環(huán)境下?lián)?fù)更為多樣和復(fù)雜的探測任務(wù)與功能，特別是針對(duì)具有多自由度的多任務(wù)相控陣體制雷達(dá)系統(tǒng)。如何在集約化資源限制條件下，面向動(dòng)態(tài)多探測任務(wù)需求，充分挖掘和發(fā)揮雷達(dá)資源優(yōu)勢，實(shí)時(shí)高效尋優(yōu)配置雷達(dá)功能與性能工作方式與處理模式，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)的多任務(wù)與多功能兼容已成為雷達(dá)系統(tǒng)技術(shù)的研究熱點(diǎn)[1]。

目前，針對(duì)雷達(dá)資源調(diào)度技術(shù)與應(yīng)用的研究多為從不同視角針對(duì)空域、時(shí)域、頻域和能量域等的探測模式、工作方式的動(dòng)態(tài)優(yōu)化配置。如針對(duì)探測空域中不同區(qū)域不同目標(biāo)類型及其探測優(yōu)先需求，選擇不同探測距離、探測方式、工作模式和時(shí)間，以避免有的探測空域資源過于冗余而另外一些探測空域資源可能會(huì)不足的現(xiàn)象[2]。

雷達(dá)資源調(diào)度技術(shù)涉及不同的雷達(dá)資源和不同的資源調(diào)度深度。隨著對(duì)雷達(dá)資源調(diào)度深度的不斷提升，雷達(dá)探測能力將可實(shí)現(xiàn)由固定模式選擇、自適應(yīng)功能配置向智能化功能適配方向提升。本文試圖從雷達(dá)資源調(diào)度技術(shù)體系化的角度探討雷達(dá)資源集和雷達(dá)調(diào)度模式集的技術(shù)體系，為雷達(dá)資源調(diào)度技術(shù)的系統(tǒng)化發(fā)展和規(guī)范評(píng)估雷達(dá)資源調(diào)度能力提供技術(shù)支撐[3]。

1 雷達(dá)資源調(diào)度技術(shù)體系架構(gòu)

當(dāng)前雷達(dá)技術(shù)正向功能集成化、模塊組合化、平臺(tái)通用化方向發(fā)展，特別是軟件化技術(shù)、智能化技術(shù)的高速推進(jìn)，為面向多任務(wù)多功能雷達(dá)的資源調(diào)度提供了更為廣闊的技術(shù)發(fā)展支撐。這將大大提高雷達(dá)的高環(huán)境適配、高背景適配、高目標(biāo)適配、高流程適配的應(yīng)用效能。

雷達(dá)資源調(diào)度技術(shù)的核心是通過對(duì)雷達(dá)資源的挖掘高效尋優(yōu)和控制配置雷達(dá)各類資源，通過對(duì)資源調(diào)度效能的評(píng)估與配置優(yōu)化，達(dá)到在資源限定條件下與任務(wù)功能適配的最佳雷達(dá)工作狀態(tài)。

雷達(dá)資源調(diào)度技術(shù)體系主要包括雷達(dá)資源構(gòu)建類方法、雷達(dá)資源調(diào)度類方法、雷達(dá)資源調(diào)度評(píng)估類方法。

圖1為雷達(dá)資源調(diào)度技術(shù)體系結(jié)構(gòu)圖。

2 雷達(dá)資源構(gòu)建及其體系分析

按需實(shí)現(xiàn)雷達(dá)資源的尋優(yōu)調(diào)度以實(shí)現(xiàn)面向任務(wù)的動(dòng)態(tài)最佳應(yīng)用效能的前提是要基于和利用雷達(dá)的可調(diào)度資源。雷達(dá)可調(diào)度資源基本特征具有技術(shù)共性和通用性，對(duì)不同技術(shù)體制、工作方式、應(yīng)用模式和技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法具有相對(duì)不同的可調(diào)度的個(gè)性化資源。分析和深度挖掘和建立體系化、規(guī)范化的雷達(dá)可調(diào)度資源是技術(shù)推進(jìn)和客觀評(píng)價(jià)雷達(dá)資源調(diào)度效能的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

實(shí)現(xiàn)雷達(dá)資源的準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)和高效調(diào)度必須明確和規(guī)范雷達(dá)可用于調(diào)度的資源類型與體系結(jié)構(gòu)。雷達(dá)資源可按照資源功能、資源深度等進(jìn)行逐層分類。雷達(dá)資源體系可分為雷達(dá)靜態(tài)資源、雷達(dá)動(dòng)態(tài)資源2大類。雷達(dá)靜態(tài)資源是指雷達(dá)固有的、基礎(chǔ)的或可挖掘形成的和可用于調(diào)度的資源。雷達(dá)動(dòng)態(tài)資源體系是指雷達(dá)可用于對(duì)靜態(tài)資源進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)度的資源。

2.1 雷達(dá)靜態(tài)資源體系

雷達(dá)靜態(tài)資源體系指雷達(dá)靜態(tài)下，即雷達(dá)設(shè)計(jì)固有的可用于調(diào)度的資源體系，一般包括以下幾個(gè)方面：

(1) 雷達(dá)系統(tǒng)資源，如雷達(dá)探測的時(shí)間、頻率、極化、能量、空域等；

(2) 任務(wù)與功能模式資源，如雷達(dá)警戒、監(jiān)測、搜索、跟蹤、識(shí)別、航管、制導(dǎo)等探測功能模式，以及雷達(dá)可拓展的通信、對(duì)抗、詢問/應(yīng)答、保障等多任務(wù)模式；

(3) 工作方式資源，如雷達(dá)掃描方式、搜索與跟蹤模式、多任務(wù)特定工作方式等；

(4) 處理模式資源，如雷達(dá)收發(fā)處理、信號(hào)處理、信息處理，含抗干擾處理、識(shí)別處理和多源融合處理、關(guān)聯(lián)處理等專項(xiàng)處理；

(5) 處理方式資源，如雷達(dá)脈寬及調(diào)制方式、瞬時(shí)帶寬及脈壓方式、DBF方式；

(6) 處理容限資源，如雷達(dá)處理容量、處理時(shí)間、綜合能力；

(7) 可選參數(shù)資源，如雷達(dá)面陣可控單元(通道、子陣)數(shù)、輸出功率、量程(周期)、檢測門限、加權(quán)參數(shù)、濾波階數(shù)、庫元長度(氣象)；

(8) 參數(shù)和算法重置重構(gòu)資源，如雷達(dá)參數(shù)控制深度、算法模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化、多維顯示質(zhì)量、成像質(zhì)量、參數(shù)記錄；

(9) 健康管理信息資源，如基于雷達(dá)性能檢測參數(shù)、故障模式參數(shù)的性能重構(gòu)與故障下通道重構(gòu)，機(jī)動(dòng)式陣地與環(huán)境適配參數(shù)等。

2.2 雷達(dá)動(dòng)態(tài)資源體系

雷達(dá)動(dòng)態(tài)資源體系指雷達(dá)動(dòng)態(tài)下，即實(shí)際應(yīng)用時(shí)實(shí)施調(diào)度控制的資源體系，一般包括以下幾個(gè)方面：

(1) 任務(wù)重要性等級(jí)劃分，基于雷達(dá)面向多任務(wù)時(shí)對(duì)各任務(wù)劃分重要等級(jí)的原則；

(2) 功能重構(gòu)基本模式，基于典型多任務(wù)的功能動(dòng)態(tài)重構(gòu)方法；

(3) 性能重組基本方式，基于功能重構(gòu)需求的雷達(dá)處理方式與處理參數(shù)動(dòng)態(tài)重組的基本方式；

(4) 調(diào)度控制基本方法，基于動(dòng)態(tài)任務(wù)所需的重構(gòu)、重組鏈路與控制的基本方法；

(5) 調(diào)度路徑與時(shí)延，用于調(diào)度控制所需的時(shí)延；

(6) 典型故障下通道基本重構(gòu)方式，部分故障情況下可實(shí)現(xiàn)主要功能的探測通道重構(gòu)的基本方式；

(7) 調(diào)度性能評(píng)估基本模式，調(diào)度效能預(yù)測及其評(píng)估的基本策略及方法。

3 雷達(dá)資源調(diào)度方法體系分析

雷達(dá)資源調(diào)度方法是面向任務(wù)功能需求和基于雷達(dá)資源動(dòng)態(tài)配置雷達(dá)資源，以完成各常態(tài)化任務(wù)、重點(diǎn)區(qū)域任務(wù)、突發(fā)任務(wù)等的關(guān)鍵技術(shù)。

根據(jù)雷達(dá)資源調(diào)度的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑和技術(shù)要求，雷達(dá)資源調(diào)度方法體系一般可分為任務(wù)調(diào)度優(yōu)先策略、資源調(diào)度方式、資源調(diào)度深度、資源調(diào)度方法等。

3.1 任務(wù)調(diào)度優(yōu)先策略

任務(wù)調(diào)度優(yōu)先策略是指面向探測環(huán)境、探測背景、探測目標(biāo)等特性變化時(shí)雷達(dá)任務(wù)和功能需求，尋優(yōu)和確立探測任務(wù)和功能的優(yōu)先策略，其一般準(zhǔn)則包括：

(1) 基于探測范圍，一般有全域優(yōu)先、低空優(yōu)先、高空優(yōu)先、頂空優(yōu)先、遠(yuǎn)程優(yōu)先、近程優(yōu)先、區(qū)域優(yōu)先等；

(2) 基于目標(biāo)特性，一般有全域態(tài)勢優(yōu)先、大目標(biāo)優(yōu)先、小目標(biāo)優(yōu)先、目標(biāo)速度優(yōu)先、目標(biāo)威力優(yōu)先、目標(biāo)精度優(yōu)先等；

(3) 基于任務(wù)，一般有預(yù)警優(yōu)先、搜索優(yōu)先、跟蹤優(yōu)先、精跟優(yōu)先、識(shí)別優(yōu)先等；

(4) 基于探測概率，一般有保發(fā)現(xiàn)概率優(yōu)先、保跟蹤概率優(yōu)先、保識(shí)別概率優(yōu)先等；

(5) 基于干擾背景，一般有全域干擾抑制優(yōu)先、區(qū)域干擾抑制優(yōu)先、干擾下目標(biāo)發(fā)現(xiàn)跟蹤優(yōu)先等。

3.2 資源調(diào)度方式

雷達(dá)資源調(diào)度方式一般指基于雷達(dá)探測優(yōu)先策略和雷達(dá)資源體系，實(shí)現(xiàn)探測任務(wù)的調(diào)度資源方式。雷達(dá)資源主要調(diào)度方式劃分類別主要包括：

(1) 按技術(shù)實(shí)施方法劃分

? 模版化調(diào)度。雷達(dá)基于預(yù)設(shè)任務(wù)探測模式、工作方法等所固有資源配置的選用性調(diào)度方法。

? 自適應(yīng)調(diào)度。面向任務(wù)和基于現(xiàn)有態(tài)勢知識(shí)的動(dòng)態(tài)匹配調(diào)度方法。

? 智能化調(diào)度。面向任務(wù)和基于對(duì)現(xiàn)有態(tài)勢認(rèn)知與預(yù)測的動(dòng)態(tài)匹配調(diào)度方法。

(2) 按任務(wù)功能效能劃分

? 全功能任務(wù)資源調(diào)度。不考慮探測任務(wù)動(dòng)態(tài)變化條件下的實(shí)現(xiàn)常態(tài)化全功能任務(wù)的資源調(diào)度方式。

? 全功能任務(wù)資源協(xié)同調(diào)度?；趧?dòng)態(tài)任務(wù)優(yōu)先級(jí)，重點(diǎn)完成高優(yōu)先級(jí)任務(wù)并兼顧或相應(yīng)降低其他任務(wù)能力的資源調(diào)度方式。

? 保重點(diǎn)功能任務(wù)資源調(diào)度。資源受限條件下，基于動(dòng)態(tài)任務(wù)優(yōu)先級(jí)，完成高優(yōu)先級(jí)任務(wù)并減少其他任務(wù)能力的資源調(diào)度方式。

(3) 按任務(wù)空域效能劃分

? 探測全域資源調(diào)度。不考慮空域探測任務(wù)優(yōu)先級(jí)，實(shí)現(xiàn)全空域常態(tài)化任務(wù)的資源調(diào)度方式。

? 探測區(qū)域內(nèi)資源協(xié)同調(diào)度?；趧?dòng)態(tài)探測空域區(qū)域優(yōu)先級(jí)，重點(diǎn)完成高區(qū)域優(yōu)先級(jí)任務(wù)并兼顧或相應(yīng)降低其他空域任務(wù)能力的資源調(diào)度方式。

? 保重點(diǎn)功能探測區(qū)域資源調(diào)度。資源受限條件下完成高空域優(yōu)先級(jí)任務(wù)并減少其他空域任務(wù)能力的資源調(diào)度方式。

3.3 資源調(diào)度深度

實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)全部資源的高適配調(diào)度是獲得雷達(dá)最佳探測效能的基本保證?；谔綔y任務(wù)需求，能夠調(diào)度的雷達(dá)資源種類及調(diào)度資源的覆蓋率為雷達(dá)資源調(diào)度深度。

隨著對(duì)資源調(diào)度深度的不斷提升，雷達(dá)探測能力將由固定模式選擇、自適應(yīng)功能配置向智能化功能適配方向提升。資源調(diào)度深度一般可分為：

(1) 功能級(jí)調(diào)度深度(1級(jí)) 主要為基于系統(tǒng)資源和探測功能的需求，選擇雷達(dá)在設(shè)計(jì)時(shí)已固化的功能模式；

(2) 方式級(jí)調(diào)度深度(2級(jí)) 在1級(jí)調(diào)度的基礎(chǔ)上增加對(duì)雷達(dá)處理模式、處理方式等系統(tǒng)資源的配置調(diào)度；

(3) 參數(shù)級(jí)調(diào)度深度(3級(jí)) 在2級(jí)調(diào)度的基礎(chǔ)上增加對(duì)處理容限、處理參數(shù)等系統(tǒng)資源的配置調(diào)度；

(4) 算法級(jí)調(diào)度深度(4級(jí)) 在3級(jí)調(diào)度的基礎(chǔ)上增加對(duì)可調(diào)參數(shù)和算法重構(gòu)、可重置參數(shù)等資源的配置調(diào)度；

(5) 全資源調(diào)度深度(5級(jí)) 在4級(jí)調(diào)度的基礎(chǔ)上增加對(duì)故障情況下通道重構(gòu)、健康管理等系統(tǒng)資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)全資源的配置調(diào)度。

3.4 調(diào)度基本方法

基于可調(diào)度資源，按不同的調(diào)度方式、調(diào)度深度需求，可組合應(yīng)用。

3.4.1 基于雷達(dá)探測功能資源的優(yōu)化調(diào)度方法

以實(shí)現(xiàn)任務(wù)功能最佳為準(zhǔn)則，用于解決在已知目標(biāo)先驗(yàn)分布信息條件下的雷達(dá)固有功能資源的最優(yōu)分配等問題。主要涉及雷達(dá)固有功能模式的雷達(dá)空域、時(shí)域、頻域、極化域、能量域等的優(yōu)化配置。

3.4.2 基于雷達(dá)參數(shù)和算法模型資源的優(yōu)化調(diào)度方法

以最佳探測性能最優(yōu)為準(zhǔn)則，主要針對(duì)雷達(dá)指標(biāo)參數(shù)以及這些參數(shù)受到各因素的制約關(guān)系等因素，解決在一定條件限制下對(duì)雷達(dá)各項(xiàng)參數(shù)的時(shí)變尋優(yōu)應(yīng)用問題。主要涉及針對(duì)功能要求的系統(tǒng)參數(shù)、處理參數(shù)和算法模型等的優(yōu)化配置。

3.4.3 基于雷達(dá)多探測任務(wù)的綜合優(yōu)先級(jí)優(yōu)化方法

以重要探測任務(wù)優(yōu)先為準(zhǔn)則，針對(duì)任務(wù)價(jià)值率、目標(biāo)位置和運(yùn)動(dòng)特性、任務(wù)截止期、空閑時(shí)間、資源消耗等的資源配置需求，解決雷達(dá)環(huán)境參數(shù)和目標(biāo)參數(shù)隨機(jī)變化的當(dāng)前條件下的任務(wù)動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)分類和優(yōu)先級(jí)配置。

3.4.4 基于雷達(dá)資源受限條件下面向任務(wù)的資源調(diào)度方法

以預(yù)定任務(wù)成功率為準(zhǔn)則，針對(duì)各種雷達(dá)任務(wù)請(qǐng)求所需資源消耗，在規(guī)定應(yīng)完成必須的各項(xiàng)探測任務(wù)的時(shí)間、空間、頻率、極化和能量等的范圍內(nèi)，按任務(wù)優(yōu)先級(jí)序列，調(diào)度選擇最佳雷達(dá)事件序列，進(jìn)行資源調(diào)度優(yōu)化方法。

4 雷達(dá)資源調(diào)度評(píng)估指標(biāo)分析

雷達(dá)資源調(diào)度評(píng)估不僅可客觀評(píng)價(jià)雷達(dá)面向任務(wù)資源調(diào)度的能力，也可可雷達(dá)在研制、使用等各階段檢查和驗(yàn)證雷達(dá)技術(shù)使用狀態(tài)，并為雷達(dá)的調(diào)度算法改進(jìn)提供依據(jù)。雷達(dá)資源調(diào)度評(píng)估主要包括評(píng)估指標(biāo)和測試方法，而評(píng)估指標(biāo)是能否客觀全面評(píng)估雷達(dá)資源調(diào)度能力的關(guān)鍵。

雷達(dá)資源調(diào)度評(píng)估指標(biāo)一般應(yīng)包括雷達(dá)資源調(diào)度效能指標(biāo)、功能指標(biāo)、性能指標(biāo)，即從使用、方式和技術(shù)等多角度全面客觀反映雷達(dá)資源調(diào)度能力。

效能評(píng)估指標(biāo)是在雷達(dá)完成擔(dān)負(fù)的各種和多種類型任務(wù)時(shí)實(shí)際使用效能指標(biāo)，主要從任務(wù)執(zhí)行率、任務(wù)完成效率、任務(wù)完成質(zhì)量等3個(gè)方向建立雷達(dá)資源調(diào)度的使用效能要求，突出對(duì)任務(wù)完成數(shù)量及其完成的有效性的規(guī)范。功能評(píng)估指標(biāo)是針對(duì)雷達(dá)需完成規(guī)定的各種和多種類型任務(wù)時(shí)資源調(diào)度功能實(shí)現(xiàn)的要求，主要從資源調(diào)度優(yōu)先級(jí)合理性、資源配置的準(zhǔn)確性、資源調(diào)度實(shí)時(shí)性、資源調(diào)度成功率等4個(gè)角度建立雷達(dá)資源調(diào)度的功能要求，突出對(duì)資源調(diào)度功能的合理性、有效性的規(guī)范。性能評(píng)估指標(biāo)是針對(duì)雷達(dá)需完成各種和多種類型任務(wù)和功能時(shí)的技術(shù)特性，主要從資源利用率、資源調(diào)度深度、資源調(diào)度時(shí)間等3個(gè)方向建立雷達(dá)資源調(diào)度的性能要求，突出資源調(diào)度對(duì)資源的多維度、多層次實(shí)施調(diào)度的覆蓋能力及其對(duì)利用資源的挖掘深度，以及多維度資源的協(xié)同調(diào)度效率。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代雷達(dá)正向著多任務(wù)和多功能一體和數(shù)字化、軟件化、虛擬化、智能化方向發(fā)展，其可控自由度更高，可控深度和精度更加細(xì)化。因此，在雷達(dá)集約化資源條件下高效挖掘與尋優(yōu)配置雷達(dá)資源，以實(shí)現(xiàn)按需動(dòng)態(tài)多任務(wù)和多功能探測能力，已成為現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。本文多角度分析探討雷達(dá)資源調(diào)度技術(shù)體系及評(píng)估指標(biāo)體系，期望為雷達(dá)資源調(diào)度技術(shù)的系統(tǒng)化發(fā)展和規(guī)范評(píng)估雷達(dá)資源調(diào)度能力提供技術(shù)參考和支撐。