雷達(dá)資源調(diào)度技術(shù)體系及評估指標(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空域、時(shí)域、頻域和能量域等的探測模式、工作方式的動態(tài)優(yōu)化配置。如針對探測空域中不同區(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，通過對資源調(diào)度效能的評估與配置優(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)方法具有相對不同的可調(diào)度的個性化資源。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)動態(tài)資源體系是指雷達(dá)可用于對靜態(tài)資源進(jìn)行實(shí)時(shí)動態(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、信號處理、信息處理，含抗干擾處理、識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)動式陣地與環(huán)境適配參數(shù)等。

2.2 雷達(dá)動態(tài)資源體系

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

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

(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)動態(tài)重組的基本方式；

(4) 調(diào)度控制基本方法，基于動態(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)度性能評估基本模式，調(diào)度效能預(yù)測及其評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)勢知識的動態(tài)匹配調(diào)度方法。

? 智能化調(diào)度。面向任務(wù)和基于對現(xiàn)有態(tài)勢認(rèn)知與預(yù)測的動態(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。基于動態(tài)任務(wù)優(yōu)先級，重點(diǎn)完成高優(yōu)先級任務(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，基于動態(tài)任務(wù)優(yōu)先級，完成高優(yōu)先級任務(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，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。基于動態(tài)探測空域區(qū)域優(yōu)先級，重點(diǎn)完成高區(qū)域優(yōu)先級任務(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。基于探測任務(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) 功能級調(diào)度深度(1級) 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) 方式級調(diào)度深度(2級) 在1級調(diào)度的基礎(chǔ)上增加對雷達(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)級調(diào)度深度(3級) 在2級調(diào)度的基礎(chǔ)上增加對處理容限、處理參數(shù)等系統(tǒng)資源的配置調(diào)度；

(4) 算法級調(diào)度深度(4級) 在3級調(diào)度的基礎(chǔ)上增加對可調(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) 在4級調(diào)度的基礎(chǔ)上增加對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)先級優(yōu)化方法

以重要探測任務(wù)優(yōu)先為準(zhǔn)則，針對任務(wù)價(jià)值率、目標(biāo)位置和運(yùn)動特性、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)動態(tài)優(yōu)先級分類和優(yōu)先級配置。

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，針對各種雷達(dá)任務(wù)請求所需資源消耗，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)度評估指標(biāo)分析

雷達(dá)資源調(diào)度評估不僅可客觀評價(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)度評估主要包括評估指標(biāo)和測試方法，而評估指標(biāo)是能否客觀全面評估雷達(dá)資源調(diào)度能力的關(guān)鍵。

雷達(dá)資源調(diào)度評估指標(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個方向建立雷達(dá)資源調(diào)度的使用效能要求，突出對任務(wù)完成數(shù)量及其完成的有效性的規(guī)范。功能評估指標(biāo)是針對雷達(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個角度建立雷達(dá)資源調(diào)度的功能要求，突出對資源調(diào)度功能的合理性、有效性的規(guī)范。性能評估指標(biāo)是針對雷達(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)度對資源的多維度、多層次實(shí)施調(diào)度的覆蓋能力及其對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)范評估雷達(dá)資源調(diào)度能力提供技術(shù)參考和支撐。