錢國(guó)棟，侯澤欣，涂剛毅

(1. 海軍駐南京地區(qū)雷達(dá)系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003； 2. 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 211153)

基于參數(shù)模型構(gòu)建的雷達(dá)任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算方法

錢國(guó)棟1，侯澤欣2，涂剛毅2

(1. 海軍駐南京地區(qū)雷達(dá)系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003； 2. 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 211153)

提出一種雷達(dá)任務(wù)的綜合優(yōu)先級(jí)值計(jì)算方法。利用雷達(dá)任務(wù)的多特征參數(shù)，根據(jù)雷達(dá)的不同功能及工作方式對(duì)各特征參數(shù)的權(quán)系數(shù)值進(jìn)行動(dòng)態(tài)的設(shè)定，構(gòu)建合理的幾何模型，最后依據(jù)所構(gòu)建模型的幾何面積計(jì)算結(jié)果確定各任務(wù)的綜合優(yōu)先級(jí)值。運(yùn)用該方法可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)計(jì)算雷達(dá)各任務(wù)的綜合優(yōu)先級(jí)值，適用于各種雷達(dá)實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度策略及算法。通過(guò)仿真驗(yàn)證了本方法計(jì)算獲得的任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)值的唯一性和有效性。

多參數(shù)；模型構(gòu)建；雷達(dá)任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)

Abstract: A calculation method of the integrated priority values of radar tasks is presented. By using the multi-feature parameters of radar tasks, according to different functions and working modes of the radar, the weight coefficients of each feature parameter are set dynamically, and the reasonable geometric model is built. Finally, based on the calculation results of the geometric area of the model built, the integrated priority values of each task are confirmed. The integrated priority values of each task can be dynamically calculated in real-time with this method, which applies to various radar real-time task scheduling strategies and algorithms. The integrated priority values calculated with this method are verified to be unique and valid via the simulation.

Keywords: multiple parameters; modeling; integrated priority of radar tasks

0 引 言

多功能相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多探測(cè)任務(wù)能力和實(shí)時(shí)精確信息處理性能等會(huì)受雷達(dá)時(shí)間資源、功能資源、實(shí)時(shí)計(jì)算處理資源等因素的制約。研究相控陣?yán)走_(dá)資源最優(yōu)分配控制算法，對(duì)有限的雷達(dá)資源進(jìn)行合理分配以實(shí)現(xiàn)大量雷達(dá)任務(wù)的有效調(diào)度，發(fā)揮相控陣?yán)走_(dá)的最大效能，是多功能相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

相控陣?yán)走_(dá)資源最優(yōu)分配控制研究的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)為任務(wù)的綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算問(wèn)題。通過(guò)設(shè)計(jì)合理的任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算算法解決雷達(dá)多任務(wù)間的時(shí)間沖突、能量沖突和功能沖突，優(yōu)化安排任務(wù)的執(zhí)行順序，最后控制算法根據(jù)各任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算結(jié)果對(duì)有限的雷達(dá)資源進(jìn)行合理分配。

基于多特征參數(shù)任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)思想，本文研究一種雷達(dá)任務(wù)多特征參數(shù)綜合優(yōu)先級(jí)的計(jì)算方法。根據(jù)雷達(dá)資源調(diào)度的準(zhǔn)則及任務(wù)調(diào)度原則確定影響綜合優(yōu)先級(jí)的因素，制定多任務(wù)模板。根據(jù)模板分析計(jì)算各任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)的各種參數(shù)大小構(gòu)建幾何模型。最后通過(guò)各參數(shù)值及其權(quán)系數(shù)值計(jì)算圖形面積得到各任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)的結(jié)果。仿真結(jié)果表明,本文所提算法能夠有效、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地計(jì)算雷達(dá)各任務(wù)的綜合優(yōu)先級(jí)值，適用于各種雷達(dá)實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度策略及算法，可有效提高多功能雷達(dá)的任務(wù)調(diào)度效率和資源利用率。

1 參數(shù)模型構(gòu)建

雷達(dá)任務(wù)的綜合優(yōu)先級(jí)通常由任務(wù)的一個(gè)或多個(gè)特征參數(shù)來(lái)確定,如截止時(shí)間、或關(guān)鍵性(任務(wù)的重要程度)等。若綜合優(yōu)先級(jí)的計(jì)算結(jié)果僅由某一個(gè)特征參數(shù)來(lái)確定是不準(zhǔn)確的,如利用EDF策略計(jì)算得到的最高綜合優(yōu)先級(jí)是具有截止時(shí)間最短的任務(wù),利用LSF策略得到的最高優(yōu)先級(jí)是具有空閑時(shí)間最短的任務(wù)。因?yàn)榻刂箷r(shí)間短的任務(wù)不一定是最關(guān)鍵的,或空閑時(shí)間最短的任務(wù)也不一定是最關(guān)鍵的，所以需要研究利用多特征參數(shù)綜合計(jì)算任務(wù)的綜合優(yōu)先級(jí)值，建立任務(wù)與其綜合優(yōu)先級(jí)值間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

通過(guò)對(duì)雷達(dá)任務(wù)的多參數(shù)變量構(gòu)建參數(shù)幾何模型，進(jìn)行參數(shù)變量的可視化處理，將任務(wù)多參數(shù)的各個(gè)屬性值用二維平面圖形表示，并提取模型面積進(jìn)行定量分析。

本文參數(shù)模型構(gòu)建的方法為：根據(jù)參與綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算的特征參數(shù)個(gè)數(shù)選擇不同的坐標(biāo)軸，構(gòu)建不同的多參數(shù)幾何模型；n個(gè)參數(shù)的任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算模型由n個(gè)坐標(biāo)軸構(gòu)成，每個(gè)坐標(biāo)軸表示任務(wù)的各特征參數(shù)，坐標(biāo)軸間的各個(gè)夾角由任務(wù)各特征參數(shù)權(quán)值的大小計(jì)算獲得，最后根據(jù)特征參數(shù)的大小連接各坐標(biāo)軸組成一個(gè)n邊形。

2 綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算

基于參數(shù)模型構(gòu)建的雷達(dá)任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算方法的主要流程如下：

Step1確定雷達(dá)各功能工作的主要任務(wù)種類；對(duì)各類任務(wù)的模版進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定各類任務(wù)的工作方式優(yōu)先級(jí)等可固定設(shè)置參數(shù)。例如，通過(guò)對(duì)雷達(dá)的功能分析，設(shè)置各類任務(wù)的工作方式優(yōu)先級(jí)分別為1～5，工作方式優(yōu)先級(jí)越大任務(wù)的重要性程度越高。

Step2根據(jù)雷達(dá)所有任務(wù)模板及目標(biāo)特征信息獲取參與綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算的各任務(wù)的動(dòng)態(tài)參數(shù)信息，如截止時(shí)間、偏移時(shí)間等隨時(shí)間變化的參數(shù)，其中截止時(shí)間表示任務(wù)距被丟棄刪除的時(shí)間段長(zhǎng)度，偏移時(shí)間表示任務(wù)偏離最佳執(zhí)行時(shí)刻的時(shí)間段長(zhǎng)度。

Step3針對(duì)各任務(wù)參數(shù)設(shè)計(jì)不同的權(quán)系數(shù)大小為ωi，可根據(jù)雷達(dá)所處環(huán)境及針對(duì)不同目標(biāo)態(tài)勢(shì)的工作方式不同，調(diào)整各類任務(wù)的各特征參數(shù)權(quán)系數(shù)大?。挥衫走_(dá)任務(wù)的調(diào)度原則(工作方式優(yōu)先級(jí)原則、資源充分利用原則、期望時(shí)間原則、時(shí)間、能量和計(jì)算約束原則)及各任務(wù)特征參數(shù)對(duì)不同任務(wù)種類的影響不同，特征參數(shù)表現(xiàn)出對(duì)各任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算結(jié)果的不同影響程度，因此可對(duì)各任務(wù)的特征參數(shù)設(shè)置合理的權(quán)系數(shù)。

例如，任務(wù)類型1，根據(jù)其特征參數(shù)的重要性程度，將任務(wù)工作方式優(yōu)先級(jí)、截止時(shí)間、資源占用量的權(quán)系數(shù)分別設(shè)置為0.7、0.15、0.15，將任務(wù)類型2的特征參數(shù)權(quán)系數(shù)分別設(shè)計(jì)為0.2、0.4、0.4。

Step4由任務(wù)特征參數(shù)的個(gè)數(shù)構(gòu)建幾何模型。根據(jù)參與綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算的特征參數(shù)個(gè)數(shù)n選擇不同的坐標(biāo)軸構(gòu)建不同的幾何模型。如圖1所示，n參數(shù)的任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算模型由n個(gè)坐標(biāo)軸構(gòu)成，每個(gè)坐標(biāo)軸表示任務(wù)的各特征參數(shù)，根據(jù)特征參數(shù)及其權(quán)系數(shù)大小ξi連接各坐標(biāo)軸組成一個(gè)n邊形。

圖1 基于n參數(shù)的任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算模型

Step5根據(jù)各任務(wù)所構(gòu)建的幾何模型計(jì)算幾何面積。由Step4構(gòu)建的多邊形可知，多邊形的面積可由計(jì)算各小三角形面積之和得到。各小三角形面積由三角形面積公式計(jì)算可得，夾角大小及兩夾邊長(zhǎng)度均與各參數(shù)及其權(quán)系數(shù)大小有關(guān)，具體計(jì)算公式為

夾角大小

(ωi+ωi+1)·π

夾邊長(zhǎng)度

Li=efi(ξi)，Li+1=efi+1(ξi+1)

三角形面積

模型面積

Area=Area1+…+Areai+…+Arean

圖2 基于三參數(shù)的任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算模型

各參數(shù)權(quán)系數(shù)設(shè)置分別為ω1、ω2、ω3，根據(jù)各參數(shù)權(quán)系數(shù)計(jì)算：

則各小三角形的面積如下式所示：

根據(jù)參數(shù)所構(gòu)建的幾何模型計(jì)算模型面積大小,Area=Area1+Area2+Area3,對(duì)面積計(jì)算結(jié)果進(jìn)行歸一化處理得到任務(wù)的綜合優(yōu)先級(jí)值為

令

則任務(wù)的綜合優(yōu)先級(jí)值為

同理，如圖1、3所示，任務(wù)多特征參數(shù)所構(gòu)建的幾何模型由多個(gè)小三角形構(gòu)成，通過(guò)參數(shù)權(quán)值設(shè)計(jì)可計(jì)算得到任務(wù)的綜合優(yōu)先級(jí)值為

其中

圖3 基于四參數(shù)的任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算模型

3 仿真分析

基于以上研究對(duì)本方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證，評(píng)估計(jì)算結(jié)果。在相同場(chǎng)景設(shè)置條件下仿真比較了不同參數(shù)變化下不同任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)值計(jì)算結(jié)果，并進(jìn)行分析。

仿真設(shè)置場(chǎng)景中有5種雷達(dá)任務(wù)類型，其中任務(wù)類型1、2為隨機(jī)事件，其他任務(wù)設(shè)置不同的數(shù)據(jù)率，具體任務(wù)模版設(shè)置如下：

(1) 任務(wù)類型1(隨機(jī)事件)

(2) 任務(wù)類型2(隨機(jī)事件)

(3) 任務(wù)類型3(數(shù)據(jù)率30 s)

(4) 任務(wù)類型4(數(shù)據(jù)率12 s)

(5) 任務(wù)類型5(數(shù)據(jù)率500 ms)

仿真設(shè)置5種類型任務(wù)的各項(xiàng)參數(shù)如上模版所示，其他參數(shù)固定任務(wù)的截止時(shí)間從大到小變化。采用本方法計(jì)算任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)的結(jié)果如圖4所示。

圖4 綜合優(yōu)先級(jí)隨截止時(shí)間變化曲線

假設(shè)各任務(wù)模版的參數(shù)權(quán)系數(shù)固定為[0.7,0.15,0.15]，采用本方法計(jì)算任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)的結(jié)果如圖5所示。

圖5 各任務(wù)相同權(quán)值綜合優(yōu)先級(jí)變化曲線

由圖4、5分析可知，當(dāng)各任務(wù)的參數(shù)權(quán)系數(shù)相同時(shí)，任務(wù)的綜合優(yōu)先級(jí)值隨單一參數(shù)值變化的變化率是相同的。在相同的權(quán)系數(shù)值計(jì)算下，截止時(shí)間、資源占用率相同的任務(wù)的綜合優(yōu)先級(jí)值受任務(wù)工作方式優(yōu)先級(jí)的大小影響，工作方式優(yōu)先級(jí)越大任務(wù)的綜合優(yōu)先級(jí)值越大。由此可知，本文綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算方法結(jié)果準(zhǔn)確有效。

4 結(jié)束語(yǔ)

多功能多任務(wù)相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)是目前雷達(dá)研究的主流，而其性能的充分發(fā)揮是研究的熱點(diǎn)、重點(diǎn)及難點(diǎn)。為充分發(fā)揮雷達(dá)系統(tǒng)性能，雷達(dá)多任務(wù)有效調(diào)度是最主要的手段，而任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)的實(shí)時(shí)、有效計(jì)算則是問(wèn)題的根本。

本文提出了基于參數(shù)模型構(gòu)建的雷達(dá)任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算方法，在分析雷達(dá)任務(wù)參數(shù)模擬的基礎(chǔ)上構(gòu)建幾何模型進(jìn)行任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算方法研究。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)任務(wù)綜合優(yōu)先級(jí)計(jì)算方法相比，本文算法具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，且計(jì)算結(jié)果有效，充分體現(xiàn)了任務(wù)各特征參數(shù)的重要性。

[1] 張明友.雷達(dá)-電子戰(zhàn)-通信一體化概論[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.

[2] 金宏，王宏安，王強(qiáng)，等.一種任務(wù)優(yōu)先級(jí)的綜合設(shè)計(jì)方法[J]. 軟件學(xué)報(bào)，2003，14(3):376-382.

[3] 金宏，王宏安，王強(qiáng), 等.一種任務(wù)優(yōu)先級(jí)的綜合設(shè)計(jì)方法[J]. 軟件學(xué)報(bào)，2003，14(3):376-382.

[4] 張浩為，謝偉軍，盛川. 綜合優(yōu)先級(jí)規(guī)劃下的相控陣?yán)走_(dá)自適應(yīng)調(diào)度方法[J].兵工學(xué)報(bào)，2016(11).

[5] 王多強(qiáng), 魯劍鋒, 李慶華.實(shí)時(shí)調(diào)度中基于多特征參數(shù)的任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)方法[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2008,30(1):73-78.

[6] 綦文超, 楊瑞娟, 李曉柏.多功能一體化雷達(dá)任務(wù)調(diào)度算法研究[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2012,10(2):150-155.

A calculation method of integrated priority of radar tasks based on parameter modeling

QIAN Guo-dong1, HOU Ze-xin2, TU Gang-yi2

(1.Military Representatives Office of Radar System of the PLA Navy in Nanjing, Nanjing 210003; 2. No.724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

TN911

A

1009-0401(2017)03-0010-04

2016-10-08;

2016-11-23

錢國(guó)棟(1982-)，男，工程師，碩士，研究方向：雷達(dá)總體技術(shù)；侯澤欣(1989-)，男，工程師，碩士，研究方向：相控陣?yán)走_(dá)資源調(diào)度；涂剛毅(1981-)，男，高級(jí)工程師，博士，研究方向：相控陣?yán)走_(dá)總體技術(shù)。