相控陣二次雷達(dá)的多任務(wù)協(xié)同工作效率評(píng)價(jià)方法研究

四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司 夏 明

四川九洲空管科技有限責(zé)任公司 彭杰文

在相控陣二次雷達(dá)的多任務(wù)協(xié)同工作時(shí)，我們需要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件算法來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。然而在設(shè)計(jì)算法的過(guò)程中，我們往往缺乏對(duì)其進(jìn)行量化的評(píng)價(jià)。為了規(guī)范和優(yōu)化我們的多任務(wù)協(xié)同調(diào)度算法設(shè)計(jì)，本文提出一種多任務(wù)協(xié)調(diào)調(diào)度效率評(píng)價(jià)方法，并對(duì)該方法進(jìn)行了說(shuō)明和介紹。通過(guò)理論分析和實(shí)際應(yīng)用介紹，驗(yàn)證了該方法的可行性和合理性。

相控陣二次雷達(dá)經(jīng)過(guò)不斷的迭代發(fā)展，已經(jīng)具備區(qū)域分級(jí)監(jiān)視、目標(biāo)牽引識(shí)別、補(bǔ)盲跟蹤等多種任務(wù)協(xié)同工作能力。為了能夠高效的利用相控陣二次雷達(dá)進(jìn)行工作，我們常常根據(jù)二次雷達(dá)應(yīng)用平臺(tái)和場(chǎng)景的實(shí)際情況去設(shè)計(jì)多任務(wù)協(xié)同調(diào)度算法。假如我們?cè)O(shè)計(jì)了多種任務(wù)調(diào)度算法均能滿(mǎn)足功能性能要求，我們?nèi)绾稳ミx擇更有效的算法，這需要我們對(duì)算法的效率進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)。本文主要討論相控陣二次雷達(dá)多任務(wù)協(xié)同調(diào)度效率評(píng)價(jià)的方法。

1 任務(wù)分類(lèi)及說(shuō)明

相控陣二次雷達(dá)多任務(wù)工作一般包括：普通區(qū)域監(jiān)視任務(wù)、重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)視任務(wù)、目標(biāo)牽引識(shí)別任務(wù)、補(bǔ)盲跟蹤任務(wù)四種。

普通區(qū)域監(jiān)視任務(wù)用于滿(mǎn)足用戶(hù)掌握周邊普通區(qū)域的空情，該任務(wù)執(zhí)行常以周期觸發(fā)形式存在，刷新周期較長(zhǎng)，優(yōu)先級(jí)一般；

重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)視任務(wù)用于滿(mǎn)足用戶(hù)掌握周邊重點(diǎn)區(qū)域的空情，該任務(wù)執(zhí)行常以周期觸發(fā)形式存在，刷新周期較短，優(yōu)先級(jí)較高；

目標(biāo)牽引識(shí)別任務(wù)用于滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)某一區(qū)域位置上的目標(biāo)進(jìn)行身份識(shí)別，該任務(wù)主要用于配合其他探測(cè)設(shè)備進(jìn)行工作，其任務(wù)執(zhí)行常以事件觸發(fā)形式存在，優(yōu)先級(jí)最高；

補(bǔ)盲跟蹤任務(wù)用于滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)目標(biāo)探測(cè)信息不連續(xù)時(shí)進(jìn)行二次確認(rèn)，主要起查漏補(bǔ)缺的作用，該任務(wù)主要在周期觸發(fā)的任務(wù)結(jié)束后由調(diào)度算法自動(dòng)生成，其任務(wù)執(zhí)行常以事件觸發(fā)形式存在，優(yōu)先級(jí)最低。

2 多任務(wù)效率評(píng)價(jià)方法

2.1 參數(shù)設(shè)置及說(shuō)明

本文根據(jù)相控陣二次雷達(dá)常用的任務(wù)劃分方式，設(shè)定不同任務(wù)分值參數(shù)。

目標(biāo)牽引識(shí)別任務(wù)：sq分；重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)視任務(wù)：sz1分；普通區(qū)域監(jiān)視任務(wù)：sz2分；補(bǔ)盲跟蹤任務(wù)：sg分。四種分值的大小關(guān)系為sq＞sz1＞sz2＞sg。

本文根據(jù)任務(wù)劃分及相關(guān)條件要求，將相關(guān)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)識(shí)和說(shuō)明。

Nq：接收的目標(biāo)牽引識(shí)別任務(wù)集合；nq：執(zhí)行的目標(biāo)牽引識(shí)別任務(wù)集合；Tq：目標(biāo)牽引識(shí)別任務(wù)完成時(shí)間門(mén)限；tq：執(zhí)行的最長(zhǎng)目標(biāo)牽引識(shí)別任務(wù)完成時(shí)間。

Ng：接收的補(bǔ)盲跟蹤任務(wù)集合；ng：執(zhí)行的補(bǔ)盲跟蹤任務(wù)集合；Tg：補(bǔ)盲跟蹤任務(wù)完成時(shí)間門(mén)限；tg：執(zhí)行的最長(zhǎng)補(bǔ)盲跟蹤任務(wù)完成時(shí)間。

Nz1：接收的重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)視任務(wù)集合；nz1：執(zhí)行的重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)視任務(wù)集合；Tz1：重點(diǎn)區(qū)域任務(wù)周期執(zhí)行時(shí)間門(mén)限；tz1：執(zhí)行的重點(diǎn)區(qū)域任務(wù)周期。

Nz2：接收的普通區(qū)域監(jiān)視任務(wù)集合；nz2：執(zhí)行的普通區(qū)域監(jiān)視任務(wù)集合；Tz2：普通區(qū)域任務(wù)周期執(zhí)行時(shí)間門(mén)限；tz2：執(zhí)行的普通區(qū)域任務(wù)周期。

Score：總分值；Tall：二次雷達(dá)工作總時(shí)間；Tidle：二次雷達(dá)的多任務(wù)調(diào)度空閑時(shí)間。

2.2 前提條件

本文提供的方法用于評(píng)價(jià)的是不同調(diào)度算法的優(yōu)劣，因此必須保證不同算法應(yīng)用時(shí)，除開(kāi)算法以外的客觀情況保持一致，從而需要滿(mǎn)足以下約束條件：

（1）相同任務(wù)二次雷達(dá)執(zhí)行的時(shí)間一致；

（2）調(diào)度算法執(zhí)行時(shí)間有限，且總時(shí)長(zhǎng)一致；

（3）周期執(zhí)行任務(wù)在一個(gè)周期門(mén)限內(nèi)相同任務(wù)最多計(jì)算一次分值，超出周期門(mén)限不計(jì)算分值；

（4）觸發(fā)執(zhí)行任務(wù)在完成時(shí)間門(mén)限內(nèi)最多計(jì)算一次分值，超出時(shí)間門(mén)限不計(jì)算分值。

2.3 評(píng)級(jí)劃分及條件

本文根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用中項(xiàng)目需求是否得到滿(mǎn)足，來(lái)將多任務(wù)波束調(diào)度算法分為4個(gè)等級(jí)，包括“丟失級(jí)”、“基本級(jí)”、“優(yōu)化級(jí)”、“可拓展級(jí)”。

分級(jí)的5個(gè)約束條件：

（1）目標(biāo)牽引識(shí)別任務(wù)集合完成調(diào)度且所有任務(wù)完成時(shí)間小于等于對(duì)應(yīng)門(mén)限；

（2）重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)視任務(wù)集合完成調(diào)度且任務(wù)周期執(zhí)行時(shí)間小于等于對(duì)應(yīng)門(mén)限；

（3）普通區(qū)域監(jiān)視任務(wù)集合完成調(diào)度且任務(wù)周期執(zhí)行時(shí)間小于等于對(duì)應(yīng)門(mén)限；

（4）補(bǔ)盲跟蹤任務(wù)集合完成調(diào)度且所有任務(wù)完成時(shí)間小于等于對(duì)應(yīng)門(mén)限；

（5）在滿(mǎn)足條件（1）～（4）的基礎(chǔ)上，空閑時(shí)間占總時(shí)間的比例大于等于30%。

“丟失級(jí)”：條件（1）～（3）存在一個(gè)或多個(gè)無(wú)法滿(mǎn)足；

“基本級(jí)”：條件（1）～（3）均滿(mǎn)足，條件（4）無(wú)法滿(mǎn)足；

“優(yōu)化級(jí)”：條件（1）～（4）均滿(mǎn)足，條件（5）無(wú)法滿(mǎn)足；

“可拓展級(jí)”：條件（1）～（5）均滿(mǎn)足。

2.4 效率評(píng)價(jià)方法

（1）方法概述

多任務(wù)工作效率評(píng)價(jià)方法分兩步進(jìn)行比較：

①計(jì)算多任務(wù)調(diào)度算法的等級(jí)，比較不同調(diào)度算法的等級(jí)，“可拓展級(jí)”>“優(yōu)化級(jí)”>“基本級(jí)”>“丟失級(jí)”；

②在等級(jí)相同的情況下，比較多任務(wù)調(diào)度總分值，總分值越高，工作效率越高。

（2）多任務(wù)算法等級(jí)判定

①步驟1計(jì)算如下：

若條件1～3存在一個(gè)或多個(gè)無(wú)法滿(mǎn)足，則判斷當(dāng)前多任務(wù)調(diào)度效率等級(jí)為“丟失級(jí)”；若條件1～3均能滿(mǎn)足，進(jìn)入步驟2進(jìn)行進(jìn)一步判斷。

②步驟2計(jì)算如下：

若條件4無(wú)法滿(mǎn)足，則判斷當(dāng)前多任務(wù)調(diào)度效率等級(jí)為“基本級(jí)”；

若條件4能滿(mǎn)足，進(jìn)入步驟3進(jìn)行進(jìn)一步判斷。

③步驟3計(jì)算如下：

表1 測(cè)試環(huán)境變量說(shuō)明

表2 測(cè)試數(shù)據(jù)和方法計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)

若條件5無(wú)法滿(mǎn)足，則判斷當(dāng)前多任務(wù)調(diào)度效率等級(jí)為“優(yōu)化級(jí)”；

若條件5能滿(mǎn)足，則判斷當(dāng)前多任務(wù)調(diào)度效率等級(jí)為“可拓展級(jí)”。

（3）多任務(wù)算法得分計(jì)算

本節(jié)根據(jù)“基本級(jí)”、“優(yōu)化級(jí)”、“可拓展級(jí)”三個(gè)等級(jí)的得分整合進(jìn)行得分計(jì)算，而“丟失級(jí)”等級(jí)無(wú)法滿(mǎn)足基本需求，因此不討論。

本節(jié)的得分計(jì)算方法的核心思想有兩點(diǎn)，一是任務(wù)的完成情況，二是任務(wù)調(diào)度空閑時(shí)間。

任務(wù)完成情況根據(jù)實(shí)際執(zhí)行的任務(wù)去進(jìn)行得分計(jì)算，得分最多不能超過(guò)接收任務(wù)的總分值。例如兩個(gè)多任務(wù)調(diào)度算法均為“基本級(jí)”級(jí)，第一個(gè)算法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)剛好完成了所有接收的目標(biāo)牽引識(shí)別任務(wù)，其得分應(yīng)為第二個(gè)算法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將所有接收的目標(biāo)牽引識(shí)別任務(wù)均完成了兩次，其得分也應(yīng)該為，而不是。

任務(wù)調(diào)度空閑時(shí)間的多少能夠代表同等評(píng)級(jí)調(diào)度算法的效率高低。例如兩個(gè)多任務(wù)調(diào)度算法均為“可拓展級(jí)”級(jí)，第一個(gè)算法完成所有任務(wù)調(diào)度后，空閑時(shí)間占總時(shí)間的50%，第二個(gè)算法空閑時(shí)間占總時(shí)間40%，則第一個(gè)算法得分應(yīng)該更高，代表效率更高。

得分計(jì)算公式如下：

公式中Scoreg表示補(bǔ)盲跟蹤任務(wù)得分，該得分需根據(jù)以下三種情況進(jìn)行計(jì)算：

本節(jié)根據(jù)公式(1)和公式(2)能夠?qū)ⅰ盎炯?jí)”、“優(yōu)化級(jí)”、“可拓展級(jí)”三個(gè)等級(jí)的得分進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，該得分僅應(yīng)用在相同等級(jí)下進(jìn)行比較。

3 方法應(yīng)用

在某相控陣二次雷達(dá)平臺(tái)進(jìn)行多任務(wù)協(xié)同調(diào)度應(yīng)用，由不同開(kāi)發(fā)人員分別設(shè)計(jì)了三套算法來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)需求，根據(jù)用戶(hù)提出的最大需求，在模擬環(huán)境中測(cè)試驗(yàn)證。模擬測(cè)試環(huán)境的參數(shù)，見(jiàn)表1。

基于表1的測(cè)試環(huán)境，將算法A、B、C進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，得到相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)，并根據(jù)效率評(píng)價(jià)方法計(jì)算其等級(jí)和得分，見(jiàn)表2。

根據(jù)表2的計(jì)算結(jié)果，可以得到算法A和算法B均達(dá)到優(yōu)化級(jí)，算法C達(dá)到基本級(jí)，算法A和B均優(yōu)于算法C。再根據(jù)算法A得分高于算法B，得到算法A優(yōu)于算法B。

通過(guò)模擬用戶(hù)的最大需求對(duì)某相控陣二次雷達(dá)平臺(tái)的三種任務(wù)調(diào)度算法進(jìn)行測(cè)試采樣，然后應(yīng)用本文提出的評(píng)價(jià)方法對(duì)測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到三種算法的等級(jí)和得分，從而能夠讓我們對(duì)于算法的優(yōu)劣有一個(gè)很清晰的評(píng)價(jià)。

結(jié)語(yǔ)：本文主要針對(duì)相控陣二次雷達(dá)多任務(wù)協(xié)同調(diào)度的廣泛應(yīng)用，提出一種效率評(píng)價(jià)方法，名為兩層評(píng)價(jià)法，第一層評(píng)價(jià)主要基于用戶(hù)最大需求的滿(mǎn)足程度來(lái)進(jìn)行分級(jí)，第二層評(píng)價(jià)應(yīng)用于同級(jí)算法進(jìn)行得分比較。通過(guò)該方法的工程應(yīng)用，可以規(guī)范和優(yōu)化我們的多任務(wù)協(xié)同調(diào)度算法。