段玲琳

(1.中國電子科技集團公司 第三十八研究所,安徽 合肥 230088; 2.孔徑陣列與空間探測安徽省重點實驗室,安徽 合肥 230088)

多維轉類一維特征波控碼表索引的設計方法

段玲琳1,2

(1.中國電子科技集團公司 第三十八研究所,安徽 合肥 230088; 2.孔徑陣列與空間探測安徽省重點實驗室,安徽 合肥 230088)

相控陣天線在電子對抗裝備中頻繁應用,針對其中波束調度過程中多維波控碼表存儲器空間使用效率低,利用多維特征檢索存儲表過程繁瑣的問題,文章提出了一種將多維特征索引存儲表在存儲地址上簡化成類一維特征索引存儲表的方法。將多維特征進行離散化處理和地址拼接,并將拼接后的地址作為類一維索引。應用該方法后存儲地址連續(xù)且規(guī)律性強,檢索過程明顯簡化,大大提高了裝備波束調度的速度。

多維特征索引;存儲表;存儲地址;檢索過程

0 引 言

相控陣裝備作用空域大,波束掃描靈活,能對付敵方來襲的多個目標,抗飽和能力強[1]。隨著電子戰(zhàn)的不斷發(fā)展,相控陣天線技術日新月異。波束控制系統(tǒng)是相控陣天線的一個重要組成部分。波束控制系統(tǒng)的主要任務就是根據裝備系統(tǒng)要求的波束指向轉換成每個移相單元的波控碼,然后將波控碼傳送到陣面的各個移相單元中[2]。目前相控陣雷達的波控碼獲取有2種方式：一種方式是利用高性能處理器根據波束指向實時計算出陣面上每個移相器的移相碼[3];另一種方式是將可預見的波束指向對應的陣面波控碼表存儲在存儲器中,波束控制系統(tǒng)通過查表獲取陣面上每個移相器的移相碼[4]。雷達的波控碼表只需要根據波束指向一個特征存儲和檢索波控碼表[5],但是電子干擾設備卻不同,需要根據目標的很多特征作為索引來存儲和檢索波控碼表[6]。多維特征作為索引必然造成波控碼表的多維化,多維化之后給存儲規(guī)則和檢索規(guī)則帶來了不小的困難,容易造成低效率使用存儲器空間,低效率檢索存儲表。

本文提出一種將多維索引存儲表在存儲地址上簡化成類一維索引存儲表的方法,提高了存儲器的空間利用,從而提高了存儲表的檢索效率。

1 多維到一維索引存儲表的轉化方法

1.1 分析問題

存儲表是以多種特征i(i∈[1,b])為索引的存儲表結構。每種特征可以離散化為特征i-j,i∈[1,b],j∈[1,c]。天線陣面共有a個移相器,每個移相器對應的移相碼為TRt,t∈[1,a]。

如果只是一維特征作為索引,那么一維特征索引表的存儲形式見表1所列。

表1 一維特征索引表存儲空間排列方式

如果以兩維特征作為索引進行波控數據存儲,那么存儲表見表2所列。

如果以三維特征作為索引進行波控數據存儲,那么存儲表見表3所列。

表2 二維特征索引表存儲空間排列方式

表3 三維特征表存儲空間排列方式

表1～表3顯示了一維索引存儲表到三維索引存儲表的存儲結構變化,四維到多維特征索引存儲表更是一個復雜的嵌套存儲表結構,無論是存儲還是檢索,都是一個復雜的過程。

存儲以碼表為單位,特征為索引進行存儲。多維特征索引需要以特征1為索引進入第二級特征存儲表,在第二級特征存儲表中又以特征2為索引進入第三級特征存儲表,依次類推。特征越多,存儲和檢索的深度越深,操作也越繁瑣。由于存儲器的位數限制,多維特征存儲表很難使用有規(guī)律的連續(xù)地址,存儲的不規(guī)律造成碼表檢索即首地址定位過程更加繁瑣。

假設沒有存儲器位寬的限制,則定位特征1需要時間TM1,然后定位特征2的時間需要TM2,依次類推,定位到最后一級特征n所需時間為TMn,因此總計定位時間為Sum(TMi),i∈[1,n]。TMi均為一次地址累加計算時間。如果存在存儲器位數的限制,那么一次地址累加計算并不能完成特征i(i∈[1,b])的定位,還需要根據存儲器的最大位寬進行求余運算才能最終定位,因此該情況下的TMi時間大于沒有位寬限制的情況。

在存儲器中存儲以一維特征索引的表,以單張波控碼表為塊狀存儲單元,特征1作為地址是存儲的唯一索引,存儲地址規(guī)律性強,因此存儲和檢索都只需一步操作,即TM1。即使存在存儲器的位寬限制,可以填充少量的空存儲單元,使碼表變成規(guī)則的整塊,存儲地址又可以保證連續(xù),這樣很容易在存儲地址上定位碼表的首地址。如果多維特征為索引的存儲表也能簡化成一維特征為索引的存儲表形式,那么存儲的合理性和檢索的便捷性都將得到很大提升,這就是本文要解決的關鍵問題。

1.2 解決問題

若一維和多維特征索引存儲表的最小存儲顆粒都是單張波控碼表,則區(qū)別就在存儲和檢索的索引地址上，可以將多維特征通過離散化后的拼接轉化成類一維特征。

多維特征索引存儲表有特征i(i∈[1,b]),根據特征i各自的離散化原則,離散化后拼接成為類一維特征為:

(1)

其中,i∈[1,b]；ci由離散化原則決定,取值可不同。類一維特征共有c1×c2×…×cb個,即類一維特征索引存儲表的碼表有c1×c2×…×cb張。形成的類一維特征索引存儲表見表4所列。波控碼表按照類一維特征索引存儲表的索引地址順序排列。

表4 類一維特征存儲表

2 應用實現

在實際應用中,存儲會受到存儲器位寬的限制,因此在應用中將單張波控碼表所需的存儲容量和存儲器的位寬合并考慮。

以某電子干擾設備的相控陣天線為例,波控碼表是以干擾樣式的特征即頻率和目標方位為存儲地址的二維索引存儲表。將二維索引轉化成類一維索引的方法即二維索引存儲表的地址編排方法,具體如下。

將頻率范圍[d,e]的干擾頻率特征,以頻率步進Δ?劃分成頻點進行離散化編碼,計算后頻率特征使用地址位數為:

(2)

范圍[h,q]的目標方位特征,以方位步進Δβ劃分成方位點進行離散化編碼,計算后目標方位特征使用地址位數為:

(3)

存儲器的位寬為k,一個陣面的發(fā)射組件個數為t,移相器位數為s,一個發(fā)射組件對應一個s位移相碼,一個固定頻點固定方位的波束碼表單元的地址位數為:

(4)

存儲地址位數為:

存儲地址位數=g+f+p

(5)

其中,g為頻率編碼位;f為目標方位編碼位;p為單個波束的碼表單元位。地址拼接的結果見表5所列,一共g+f+p位。

表5 地址拼接結果

例如g=3,f=2,p=10,k=16形成的類一維索引存儲表見表6所列,共有23×22=32張碼表，其中固定位默認為0。

表6 地址拼接后的類一維索引存儲情況

從表6可以看出,查找特定方位特定頻率的碼表只需要地址拼接一步操作即可定位到碼表的首地址。如果使用二維特征索引存儲表(見表2所列),那么檢索定位過程必然是先按照方位特征定位,找到指定方位后再按照頻率特征定位,至少兩步操作才可完成碼表首地址的定位工作。假設定位二維特征索引的特征1-i的檢索時間為x,則準確地找到碼表還需要在特征1-i中定位特征2-j的檢索時間y,因此總時間為x+y。類一維優(yōu)化后,直接定位類一維特征存儲地址,因此檢索時間為x。很明顯類一維特征存儲表的檢索定位時間減少了至少1/2。

3 結 論

數字多波束干擾技術不僅擁有更快更精準的掃描速度,而且能夠通過精準的幅度和相位控制使發(fā)射波束實現低副瓣和零陷[7-8]。因此數字多波束干擾技術必將成為今后電子對抗領域的發(fā)展方向之一,提高波控碼表的存儲效率和檢索的速度是采用查表法波束控制技術亟待解決的問題。多維特征索引存儲表在進行類一維索引優(yōu)化后存儲地址連續(xù)且規(guī)律性強,檢索過程明顯簡化,該技術在多波束相控陣干擾天線波控系統(tǒng)中大量推廣應用,存儲和檢索效率明顯提升。

[1] 徐源,王紅衛(wèi),陳游,等.多波束干擾系統(tǒng)雷達干擾資源優(yōu)化分配方法[J].火力與指揮控制,2015,40(5):74-78.

[2] 張光義.相控陣雷達系統(tǒng)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2001.

[3] GARROD A.Digital modules for phase array radar[C]//Proceedings of International Symposium on Phased Array Systems and Technology.[S.l.]:IEEE,1995:81-86.

[4] 廖昌明.基于查表法的波控系統(tǒng)的設計與實現[J].電子工程師,2008,34(4):7-9.

[5] 段玲琳,段曉超.星載大型相控陣雷達波控系統(tǒng)設計研究[J].合肥工業(yè)大學學報(自然科學版),2014,37(3):319-322.

[6] 何靜波,彭復員,胡生亮.基于作戰(zhàn)任務的雷達干擾決策模型[J].現代雷達,2007,29(1):20-22.

[7] 雷磊,周青松,張劍云,等.基于SOCP的同時數字多波束干擾技術研究[J].現代雷達,2013,35(8):9-23.

[8] GUO B,LI J.Waveform diversity based ultrasound system for hyperthermia-treatment of breast cancer[J].IEEE Transaction on Biomedical Engineering,2008,55(2):822-826.

Amethodtosimplifymulti-dimensionalfeaturesindexintosimilarone-dimensionalfeatureindexofwavecontrolcodestoragelist

DUAN Linglin1,2

(1.No.38 Research Institute, China Electronics Technology Group Corporation, Hefei 230088， China; 2.Key Laboratory of Aperture Array and Space Application, Hefei 230088， China)

The phased array antenna is used in the electronic warfare equipment frequently. There are some problems in the process of beam scheduling such as the waste in storage space used to storage multi-dimensional wave control list and the low efficiency in using multi-dimensional features index to search multi-dimensional wave control list. To address these issues, a method to simplify the multi-dimensional features index into the similar one-dimensional feature index of storage list based on storage address is proposed. Firstly, the multi-dimensional features are discretized. Secondly, the storage address is stitched. Finally, the multi-dimensional features index is simplified into the similar one-dimensional feature index. This method makes storage address more continuous and more regular. It simplifies the search process and accelerates the beam scheduling.

multi-dimensional features index; storage list; storage address; search process

2016-07-10；

2017-09-20

安徽省自然科學基金資助項目(1708085MF158)

段玲琳(1980-),女,安徽蚌埠人,中國電子科技集團公司第三十八研究所高級工程師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.11.011

TN791;TP277

A

1003-5060(2017)11-1492-04

(責任編輯 閆杏麗)