雷达的资源管理,充分发挥相控阵潜力
雷达资源管理是有限雷达资源的有效分配,以最优的方式完成任务或一组任务。事实上,电子扫描雷达只要能够在雷达系统可用的有限时间内最优地部署其资源,就能充分发挥它们的潜力。
换言之,如果雷达必须同时在多个不同方向发送一系列脉冲,那么它可能没有足够的时间发送用于跟踪任务的脉冲。因此,必须确定何时何地以及任务的优先级。大多数雷达资源管理方法将这个主题划分为三类:
1. 自适应航迹更新;
2. 自适应搜索扫描;
3. 路程安排。
尝试利用跟踪和搜索性能作为优化的基础的方法来作为确定和分配雷达资源的基础。
雷达资源管理任务
雷达资源管理在实现雷达系统贡献的任务中起着核心作用。例如对指定区域或体积内的所有目标进行探测和跟踪,这一任务可能会设置成高优先级别。
这些任务可能会被进一步作为子任务进行重新设置,例如,所有被跟踪的目标必须在设定的误差范围内。电子扫描雷达系统可以完成大量可能的任务:
监视:检测,三维搜索,目标确认,移交给跟踪;
跟踪:启动、保持和结束,位置估计,跟踪更新;
导弹制导:中途修正;
签名验证:杂波中的信号检测,目标分类;
一个任务可以有固有的时间依赖性,并且可能需要在任务展开时进行重新处理。目标可以进入并离开覆盖区域或体积,从而导致必须检测跟踪目标的数量会将随时间而变化。
因此,大量的雷达变量、任务、目标,使雷达资源管理优化问题面临着严峻的挑战。
一旦资源管理器做出这些决定,它就必须分配一个时隙来发送和接收波形。每个波形都需要选择不同的雷达参数,例如调制,功率,频率,带宽和脉冲重复频率。
将波形参数的选择和分配作为时间的函数,可以用多种不同的方法来实现。一种方法是根据要执行的任务来权衡雷达设计参数。例如,可以使用以下步骤:
1. 决定实现功能(例如,检测,跟踪和分类);
2. 确保目标能够在足够的信噪比中被检测到;
3. 将雷达资源分配给函数;
4. 根据可用的时间轴检查资源分配;
5. 权衡分配;
6. 确保不可行的模式被根除。
然而,这并没有考虑到不同的任务可能有不同的优先级,不同的覆盖区域可能有不同的优先级。事实上,这些优先事项极有可能决定雷达资源的详细分配和时间安排,从而首先执行最高优先级的时间最紧迫的关键任务。
有些情况下,很多的任务没办法全部执行。在这种情况下,最低的优先级,最少的时间的任务将被搁置。当然,任何不能完成的任务都必须被雷达操作员标记到。
雷达资源管理分类
三个分配雷达资源的类别:
1. 基于规则的,其中根据小范围场景类型和任务将预定行为编入雷达系统。这可能会预先定义用于搜索和跟踪的单独波形,但不会改变它们的特征。它也可能预定义时间花费在搜索与跟踪上。
2. 自组织,雷达本身根据操作员设定的要求对场景进行评估。通过雷达系统确定了波形选择和波束指向参数,并将其分配到雷达时间轴上。这样的方法可以不断地检查和响应雷达波形,搜索或跟踪的时间量等。
3. 混合系统,其中一些系统参数是预先确定的,而另一些则是由雷达选择的。因此,混合方法是(1)和(2)的组合,它是基于规则的和部分自组织的。
目前大多数电子扫描雷达系统在将时间分配到不同模式的方式上是非常规范的。未来的系统将学习如何调整他们的性能作为他们自己对感知环境的理解的函数。
他们将使用这个来修改波形参数和波束指向,以优化给定任务的性能。这是一个具有挑战的电子扫描雷达研究领域,并将未来的一段时间内持续。
雷达资源管理活动
雷达资源管理的一部分活动和信息流。有许多输入可以帮助设置要执行的任务。资源管理器的工作是将这些活动转换为由雷达系统执行的活动。该图表明,有许多不同的组件构成了资源管理的一部分,因此,整个过程是多么复杂和笨拙。
除了感知环境之外,雷达还可以接收来自各种其他来源的信息,如地理信息系统(GIS)、数据库以及其他来源。这些必须必须将其尽可能精确地融入场景中,以便能够执行指定的任务。然后,资源管理器会计划要完成哪些任务以及如何最好地完成这些任务。
一旦雷达任务被识别和指定,它们就必须排到队列中。这是任务调度器的工作。调度程序分配每个雷达在特定时间执行任务,确保首先执行最高优先级的关键任务。 然后,系统重新评估以检查确保任务已经完成,并且正在为下一个资源管理周期做好准备。
雷达资源管理器的作用
下图展示了电子扫描雷达系统的系统架构,突出了资源管理器的作用。雷达硬件、信号处理和资源管理器之间存在紧密耦合,这反映了可以重新分配雷达参数的速率,与外部数据源的松散耦合和需求的设置,因为它们发生在一个较慢的时间尺度上。
总的来说,资源管理是一个正在进行的研究领域,在最佳系统能够真正存在之前,还有很多工作要做。也许最重要的挑战是雷达正确和准确地解释回声,以便为未来的发射重新设置参数提供最好的信息。
这只能由雷达系统本身来完成,因为雷达参数可以在毫秒级的时间内改变(例如在人类的决策和行动中)。雷达回波准确和完整的解释提供了自适应和认知传感的动机,我们将在本章的其余部分进行研究。