相控陣雷達資源管理中的脈沖交錯調度方法

相控陣雷達資源管理中的脈沖交錯調度方法
【專利摘要】本發明公開了一種相控陣雷達資源管理中脈沖交錯調度方法，主要解決現有脈沖交錯調度方法難以應用于實時性工程化實現的問題。其實現過程是：1）將從相控陣雷達系統的任務產生模塊獲得的請求任務依據綜合優先級從大到小的順序進行排序得到請求任務鏈表2)順序遍歷請求任務鏈表進行雙向貪婪搜索調度得到執行任務鏈表3）順序遍歷執行任務鏈表進行3~5次二次調度掃描得到最終執行任務鏈表4）將最終執行任務鏈表送入相控陣雷達系統的任務執行模塊。本發明具有較強的實時性，可方便的應用于工程實現，同時能夠保證獲得較好的脈沖交錯調度性能，可用于相控陣雷達的時間能量資源管理。
【專利說明】相控陣雷達資源管理中的脈沖交錯調度方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于雷達【技術領域】，涉及一種相控陣雷達資源管理中雷達任務調度的脈沖交錯調度方法，可用于相控陣雷達中的時間能量資源管理。
【背景技術】
[0002]相控陣雷達具有波束捷變等顯著特點，使得單部雷達能夠同時完成搜索、跟蹤、制導等多個任務，從而形成多功能相控陣雷達系統。多功能相控陣雷達系統在計算機控制單元的控制下，可以自適應地改變波形參數等系統參數，使雷達系統能夠不斷適應外部環境和狀態的變化。但由于雷達系統可用的時間、能量資源是有限的，雷達系統的多功能集成必然要求雷達對有限的可用資源進行合理的分配和利用。相控陣雷達的時間能量資源管理主要包括雷達任務的產生和調度兩部分。對于雷達任務的產生問題，許多文獻已經進行了較多的研究，產生了協方差控制方法等諸多方法。
[0003]對于雷達任務的調度問題，Farina.A和Ner1.P等人在“Multitargetinterleaved tracking for phased-array radar.Communications, Radar and SignalProcessing, IEE Proceedings F, 1980.127(4):p.312-318” 文中提出使用脈沖交錯技術提高雷達的時間利用率。而到目前為止，對脈沖交錯技術的討論則主要集中在理論最優解的研究上，如利用遺傳算法求解最優調度，而對于能夠實際應用的方法的討論則較少。在文章“An efficient scheduling method for phased array radars with limited timeresources, Proceeding of IET International Radar Conference, Guilin, 2009.p.1-4，，中，Zhang Boyan等人提到在對調度周期劃分時間槽的基礎上，使用貪婪調度和相鄰任務交換的方法實現一種脈沖 交錯調度方法。但文中并未給出脈沖交錯調度的具體實現方法，也沒有考慮相鄰任務交換中調度增益、掃描順序和掃描次數等因素對調度性能的影響。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提出一種相控陣雷達資源管理中的脈沖交錯調度方法，以實現對雷達任務的實時性調度，并獲得較好的調度性能。
[0005]為實現上述目的，本發明的實現步驟包括如下:
[0006]I)將從相控陣雷達系統的任務產生模塊中獲得的請求任務，依據綜合優先級從大到小進行排序，得到請求任務鏈表/〗=丨/<，...，/<,...，馬++丨，其中1^為請求任務鏈表中的第1個請求任務，1=1,…，N, N為請求任務鏈表1中請求任務的個數；
[0007]2)初始化執行任務鏈表:E為空鏈表，順序遍歷請求任務鏈表f ,依次對其中的第i個請求任務Ri進行如下雙向貪婪搜索調度:
[0008](2a)對請求任務Ri執行前向搜索，獲得前向實際執行時間4 ；
[0009](2b)對請求任務Ri執行后向搜索，獲得后向實際執行時間；[0010](2c)計算請求任務Ri的實際執行時間tei:
[0011 ]當/Cf —tpt < /<-扔并且 T 時，令卞=,e;,當 g-//>,>/<-供并且 ie.;* T時，令
%=/<，否則令實際執行時間tei為任意負數，表示無效的實際執行時間，其中，tPi表示請
求任務Ri的期望執行時間，其由相控陣雷達系統的任務產生模塊獲得，T表示調度周期結束時刻；
[0012](2d)若實際執行時間tei ^ 0，則由請求任務Ri產生相應的執行任務，且執行任務的實際執行時間與請求任務的實際執行時間相同；將執行任務放入執行任務鏈表P,且使執行任務鏈表中執行任務的實際執行時間滿足從小到大的順序；[0013]3)順序遍歷執行任務鏈表E ?中的執行任務，以進行二次調度:
[0014]3a)設迭代次數k=l，…，K 一 1，其中K為執行任務鏈表f中執行任務的個數，在第k次迭代中，從執行任務鏈表:E中去掉第k個和第k+Ι個執行任務Ek和Ek+1，形成修改
后的執行任務鏈表.[0015]3b)在修改后的執行任務鏈表:jf1的基礎上按照步驟(2)所述的雙向貪婪搜索調度過程，重新依次調度執行任務Ek和Ek+1所對應的請求任務Rm和Rn，其中I < m，η < N,分別形成執行任務鏈表和?并分別計算執行任務鏈表ψ的調度增益Gf1和執行任
務鏈表的調度增益(,f..[0016]3c)在修改后的執行任務鏈表纟,1的基礎上按照步驟(2)所述的雙向貪婪搜索調度過程，重新依次調度請求任務Rn和Rm，分別形成執行任務鏈表>和片f1，并分別計算執行任務鏈表的調度增益Gf ^和執行任務鏈表的調度增益;
[0017]3d)取最大調度增益=max(Gf V/f)所對應的執行任務鏈表￡產，i
=1，2，3，4，作為得到的執行任務鏈表左=If1,重復步驟(3a) —(3d)繼續迭代，直至迭代次數k達到最大值；
[0018]4)依據相控陣雷達系統可用時間資源的多少，重復執行步驟(3)共3~5次，得到執行任務鏈表￡ ；
[0019]5)將步驟(4)得到的執行任務鏈表#送入相控陣雷達系統中的任務執行模塊，按
照執行任務鏈表中執行任務的順序依次執行各個執行任務。
[0020]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0021]1)與現有的最優化方法相比，本發明針對工程實現的需求，使用雙向貪婪搜索調度方法和二次調度掃描方法，在得到較好的任務調度性能的前提下，能夠滿足實時性要求，便于脈沖交錯技術的工程應用。
[0022]2)本發明中沒有將調度周期劃分為若干個時間槽，而是直接在連續時間上進行操作，避免了離散時間對調度性能的影響，通過雙向貪婪搜索調度方法，在第一次調度時即可避免過大的平均期望執行時間偏差度，為后續的進一步處理提供了良好基礎。而且雙向貪婪搜索調度中的前向搜索和后向搜索可以并行進行，便于提高速度。
[0023]3)本發明中使用釋放并重調度的方式進行二次調度掃描，該釋放并重調度的方式并非交換，而是試圖釋放執行任務間的相互約束，同時本發明的二次調度方法允許多次重復執行，通過指定進行3~5次二次調度掃描，既可以顯著提高調度增益，又可避免過多無用的二次調度掃描，浪費相控陣雷達系統的時間資源。
[0024]4)本發明中的二次調度掃描使用自然順序，即按照執行任務鏈表中執行任務的順序進行二次調度掃描，相比按照隨機順序或按照綜合優先級順序掃描具有更好的調度性倉泛。
[0025]5)本發明中二次調度掃描中使用調度增益作為判斷依據，不同于僅使用平均期望執行時間偏差度的方法，能夠綜合考慮價值實現率和平均期望執行時間偏差度等因素，更能準確的描述調度性能，獲得更佳的調度結果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發明的總流程圖；
[0027]圖2是本發明中的雙向貪婪搜索子流程圖；
[0028]圖3是本發明中的雙向貪婪搜索中的前向搜索子流程圖；
[0029]圖4是本發明中 的雙向貪婪搜索中的后向搜索子流程圖；
[0030]圖5是本發明中的二次調度掃描子流程圖；
[0031]圖6是使用本發明進行脈沖交錯調度的結果示意圖；
[0032]圖7是本發明使用不同的掃描順序對調度性能的影響比較圖。
【具體實施方式】
[0033]參照圖1，本發明的實現步驟如下:
[0034]步驟1，獲取請求任務并進行排序，得到請求任務鏈表。
[0035]將從相控陣雷達系統的任務產生模塊中獲得的請求任務，依據綜合優先級從大到小進行排序，得到請求任務鏈表及=Ut…其中Ri為請求任務鏈表中的第i個請求任務，1=1,..., N, N為請求任務鏈表18中請求任務的個數；
[0036]所述的綜合優先級為請求任務Ri攜帶的參數，由任務產生模塊計算得到，該任務產生模塊位于本發明所處功能模塊的前端，負責形成請求任務Ri,并計算請求任務Ri的參數；綜合優先級體現了請求任務的重要性，排序使得后續操作能夠優先處理重要的請求任務。
[0037]步驟2，初始化執行任務鏈表?為空鏈表，順序遍歷請求任務鏈表及進行雙向貪婪搜索調度。
[0038]參照圖2，本步驟中對請求任務鏈表1中的第i個請求任務Ri進行雙向貪婪搜索調度的步驟如下:[0039](2a)對請求任務Ri執行前向搜索，獲得前向實際執行時間:
[0040]如圖3所示，所述前向搜索的步驟如下:
[0041]2al)設迭代次數k=0,1, 2,...,在第k次迭代中，計算請求任務Ri的前向接收執行時間, 為第k次迭代的前向執行時間，初始時前向執行時間
Ief=Ipi, 表示請求任務Ri的期望執行時間，tdi表示請求任務Ri的發射-接收延時，期
望執行時間tPi和發射-接收延時tdi均為請求任務Ri攜帶的參數，由相控陣雷達系統的任務產生模塊獲得；
[0042]2a2)在執行任務鏈表f中查找執行時間位于前向執行時間/ef1前的發射子任務 和接收子任務以及執行時間位于前向執行時間后的發射子任務和接
收子任務/^, 1≤m，n≤N,，按照如下公式計算前向發射-發射剩余量和前向發射-接收剩余量、前向發射-發射松弛量.?1和前向發射-接收松弛量S/,前向發
射-發射步進量和前向發射-接收步進量Fof >，:
【權利要求】
1.相控陣雷達資源管理中的脈沖交錯調度方法，包括如下步驟: 1)將從相控陣雷達系統的任務產生模塊中獲得的請求任務，依據綜合優先級從大到小進行排序，得到請求任務鏈表R={}R1,...,RI,...RN，其中Ri為請求任務鏈表中的第i個請求任務，i=l,…，N, N為請求任務鏈表f中請求任務的個數； 2)初始化執行任務鏈表為空鏈表，順序遍歷請求任務鏈表1?依次對其中的第i個請求任務Ri進行如下雙向貪婪搜索調度: (2a)對請求任務Ri執行前向搜索，獲得前向實際執行時間t (2b)對請求任務Ri執行后向搜索，獲得后向實際執行時間tof; (2c)計算請求任務Ri的實際執行時間tei: 當 tel—tPi ≤tPi 并且 te'i≠T時，令 tet =Iei,當 -1pi>/<-1pi 并且.te''i≠t 時，令
否則令實際執行時間te,為任意負數，表示無效的實際執行時間，其中，tPi表示請求任務Ri的期望執行時間，其由相控陣雷達系統的任務產生模塊獲得，T表示調度周期結束時刻； (2d)若實際執行時間tei ^ O，則由請求任務Ri產生相應的執行任務，且令執行任務的實際執行時間為tei ； (2e)將執行任務放入執行任務鏈表J ,且使執行任務鏈表1':中執行任務的實際執行時間滿足從小到大的順序； 3)順序遍歷執行任務鏈表f中的執行任務，以進行二次調度: 3a)設迭代次數其中N'為執行任務鏈表色中執行任務的個數，在第k次迭代中，從執行任務鏈表?:中去掉第k個和第k+Ι個執行任務Ek和Ek+1，形成修改后的執行任務鏈表.3b)在修改后的執行任務鏈表斤]的基礎上按照步驟(2)所述的雙向貪婪搜索調度過程，調度執行任務Ek所對應的請求任務Rm，形成執行任務鏈表巧，在執行任務鏈表/^1的基礎上調度執行任務Ek+1所對應的請求任務Rn，形成執行任務鏈表_、，其中I < m，η < N，并分別計算執行任務鏈表1f的調度增益Cf '和執行任務鏈表^f1的調度增益Gf1: 3c)在修改后的執行任務鏈表jf、的基礎上按照步驟(2)所述的雙向貪婪搜索調度過程，調度請求任務Rn,形成執行任務鏈表片1,在執行任務鏈表1f的基礎上調度請求任務Rm，形成執行任務鏈表并分別計算執行任務鏈表.左巧的調度增益Gf1和執行任務鏈表1f的調度增益Cf;3d)取最大調度增益
2.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(2a)所述的對請求任務Ri執行前向搜索，按如下步驟進行: 2al)設迭代次數k=0，l，2，…，在第k次迭代中，計算請求任務Ri的前向接收執行時間
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述步驟(2b)中的后向搜索包括如下步驟:2bl)設迭代次數k=0，I, 2，…，在第k次迭代中，計算請求任務Ri的后向接收執行時間
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述步驟(3b)和步驟(3c)中計算調度增益，根據執行任務鏈表?'中執行任務的個數K ,通過如下公式計算: 當N' 時，
5.根據權利要求2所述的方法，其中所述步驟(2a2)和(2a3)中計算發射-發射、發射-接收、接收-發射、接收-接收這四種關系下對應的前向剩余量SufJ、
,前向松弛量兄？、Si^、Sl'^、Si^:和前向步進量/?1, Fd^、、/rCh按如下公式計算:

6.根據權利要求3所述的方法，其中所述步驟(3a2)和(3a3)中計算發射-發射、發射-接收、接收-發射、接收-接收這四種關系下對應的后向剩余量Sgf、Su^KSiC、Su^，后向松弛量Sl^、C、、Slip、SI^和后向步進量、F<C、Fotk^八彳=.按如下公式計算:

【文檔編號】G06F9/46GK103838623SQ201310165920
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年5月7日 優先權日:2013年5月7日
【發明者】劉崢, 張清帥, 吳旭姿, 劉韻佛 申請人:西安電子科技大學