基于HLA的感知雷達任務規劃

吳超

摘 要：感知雷達是下一代雷達的發展方向之一，感知雷達任務規劃對雷達適應變化的環境和多樣的作戰任務，發揮自身效能和特長起到關鍵作用。本文討論了感知雷達的任務規劃方法，該方法是基于規則的推理與基于案例的推理相結合，介紹了通過基于HLA的仿真系統對任務規劃進行評估的過程。這種雷達任務規劃方法具備實時、精確、可重構、智能化等諸多特點。

關鍵詞：仿真；感知雷達；任務規劃；推理

引言：隨著雷達技術發展，雷達系統能夠根據環境的變化優化探測策略，采用恰當的信號處理和數據處理方式，提高雷達系統性能，這就是感知雷達的概念[1]。

雷達工作的作戰環境變化迅速，因此，實現高效自適應雷達觀測能力的關鍵是充分利用雷達對工作環境的感知信息[2]。例如，機載雷達系統已知地面和周圍環境的具體特性，那么可以通過諸如發射波形、極化、頻率、相位、功率、調制和編碼等方法提高雷達性能，這些優化探測策略允許雷達自動地改變工作參數來適應環境變化，優化探測策略涉及雷達濾波、檢測、跟蹤、成像和識別各處理階段。

雷達任務規劃是指在一定戰場環境和時間條件下，為達成特定的作戰目標，安排雷達執行一系列相互關聯的探測任務，以及如何優化實施這些探測任務使雷達整體作戰效能達到最佳的過程。在感知雷達系統中，雷達探測策略隨著雷達工作的電磁/雜波環境變化而變化，雷達任務規劃的作用非常關鍵，錯誤的優化探測策略如同“雙刃劍”的反面，會使感知雷達無法正常工作。

一、任務規劃方法

從雷達任務規劃過程來看，雷達任務規劃主要處理作戰任務的目標、時間和資源能力需求約束的問題。任務規劃過程是集規劃、仿真、評估為一體的完整過程，它的目標就是通過系統運籌、合理規劃、科學利用作戰資源，完成作戰任務，從而獲得整體最佳作戰效能。現有任務規劃方法包括：基于規則的推理、基于案例的推理、數學規劃方法、啟發式搜索方法、Petri網規劃方法、模擬退火局部搜索方法，遺傳搜索方法，基于神經網絡的方法等等。上述各種方法有自己的優勢，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行組合優化的任務規劃方法，比較典型的是規則和案例方法相結合進行任務規劃。

（一）基于規則的推理。為了解決雷達任務規劃中遇到的不確定性問題，系統采用基于證據推理方法的置信規則庫推理方法，構建基于置信度結構的一般規則表達機制，利用證據推理方法，實現規則庫系統的推理。系統中允許根據先驗知識直接介入規則庫內部結構，人為決定規則庫的參數。

具體的案例和規則相結合的推理算法為：（1） 先提取問題的特征，對于任務規劃首先用基于規則推理方法進行推理，得到相應的結論。（2） 如果采用基于規則推理方法得不到合適的解，則調用基于案例推理的方法進行推理，求得問題的解。（3） 如果采用基于規則推理的方法只能得到問題的部分解，對于得不到解的部分，調用基于案例推理的方法求解，并將兩部分解結合起來，則問題求解完畢。（4） 如果采用規則推理得到問題的所有解，則問題求解完畢。

二、基于HLA的任務規劃評估

雷達任務規劃具備作戰想定的仿真演示功能，主要包括雷達探測演示、干擾威脅仿真演示、作戰效果演示。在完成雷達任務規劃后，通過模擬作戰想定、執行任務規劃和作戰過程推演，在數字地圖上演示作戰場景、雜波環境、干擾環境、敵我雙方對抗、目標探測情況和探測結果。 對雷達的探測效果進行評估和判斷，并將結果反饋給任務規劃，實現進一步的任務優化，形成最優方案。同時，任務規劃在日常的演習訓練中，還可提供虛擬現實的訓練環境，并對演練結果進行評判。整個處理過程如圖2所示。

任務規劃評估的關鍵在于仿真條件下的作戰場景、雜波環境、干擾環境、雷達探測情況等各種模型的逼真程度。目前基于HLA架構的雷達預警探測仿真系統比較成熟，得到較多認可，雷達任務規劃將充分利用現有成熟的仿真模型和仿真環境，進行作戰想定和作戰過程推演。

HLA（High Level Architecture）是美國國防部1995年提出的仿真技術框架，它是分布式仿真技術DIS和聚合級仿真ALSP發展的高級階段。主要通過解決仿真應用的互操作性和仿真資源的可重用性問題，提高仿真系統效率和效費比。通過運行支撐環境RTI，提供通用的、獨立的支撐服務程序，將應用層和底層支撐環境分離，可實現應用系統的即插即用。

雷達任務規劃軟件基于HLA架構設計，以原型系統或半實物仿真系統的身份加入仿真系統。雷達任務規劃系統通過RTI接口實現與大型分布式仿真系統的連接，實現仿真系統的時間管理、對象管理、場景變化等功能，網絡信息的匯集、分發和共享。HLA架構仿真系統體系結構如圖3。

該體系結構以HLA/RTI作為運行支撐環境，有效地支持仿真系統的互聯和互操作，支持仿真模型的重用，實現仿真系統中各個組成部分的“即插即用”。雷達任務規劃軟件只需要采用統一的接口和服務，各仿真模型能動態加入系統，具備良好的互聯、互通和互操作性。

三、結束語

感知雷達的發展日益受到關注，感知雷達任務規劃對感知雷達發揮自身的效能和特長起到關鍵作用。本文討論了感知雷達的任務規劃方法，以及通過基于HLA的仿真系統對任務規劃進行評估的過程。現代雷達面臨的作戰環境變化迅速，要求雷達任務規劃方法具備實時、精確、可重構、智能化等諸多特點。感知雷達任務規劃的各種新方法如遺傳搜索方法、神經網絡方法、人工智能方法等值得進一步深入研究。

參考文獻：

[1] Haykin S. Cognitive radar： a way of the future [J]. IEEE Signal Processing Magzine， 2006 ，23（1）： 30-40.

[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.

[3] 李長生， 等. 軍事運籌新方法研究與應用 [M]. 北京： 軍事科學出版社， 2002.