基于先驗知識的相控陣雷達自適應任務調度方法
【專利摘要】本發明屬于相控陣雷達任務調度【技術領域】，特別涉及基于先驗知識的相控陣雷達自適應任務調度方法。該基于先驗知識的相控陣雷達自適應任務調度方法包括以下步驟：S1：建立雷達分類任務鏈表；按照優先級由高到低的順序，選取n/2個雷達分類任務鏈表；在選取的n/2個雷達分類任務鏈表中，如果其中每個雷達任務的時間窗均大于相控陣雷達的調度間隔，則執行步驟S2，反之，執行步驟S3；S2：基于時間最小丟失原則，得出每個雷達任務的安排順序；S3：根據優先級最高的兩個雷達分類任務鏈表，建立新的雷達分類任務鏈表；按照優先級由高到低的順序，對每個雷達分類任務鏈表進行調度處理，直至每個雷達分類任務鏈表的每個雷達任務都安排完畢。
【專利說明】基于先驗知識的相控陣雷達自適應任務調度方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于相控陣雷達任務調度【技術領域】，特別涉及基于先驗知識的相控陣雷達自適應任務調度方法，解決了在有限的雷達系統資源下任務執行效率低下的問題，能夠根據雷達的調度間隔和各個任務時間窗的先驗知識進行有效的自適應任務調度，提高任務的執行效率。
【背景技術】
[0002]相控陣雷達的波束可以在空間上指向任意方向并在微秒到百微秒級進行捷變，除此之外，相控陣雷達還具有豐富的工作波形、可變的參數控制、可選的多種工作模式以及強大的數據處理能力，這些特點使得相控陣雷達能夠同時實現監視、檢測、跟蹤、識別以及武器制導等功能，靈活性極大。但是相控陣雷達在提供多種雷達功能可能性的同時，也帶來了一些新的挑戰。實時上，相控陣雷達的掃描波束幾乎能夠在“瞬間”指向空間的“任意位置”，這就需要雷達“瞬間”做出“特定決定”，比如選擇合適的發射波形、波束指向位置、波位駐留時間、發射的功率等，而“瞬間做出特定決定”依靠人工往往難以高效地完成。為了使得相控陣雷達的各種功能得以“充分”發揮，就需要對相控陣雷達實施有效的資源管理，使得系統有限的資源能夠得到合理的分配，從而使得雷達系統能夠對特定區域實現有效的目標搜索、目標跟蹤、目標識別以及武器制導等功能。
[0003]而在資源管理方面，任務的調度就顯得尤為重要，一種好的任務調度方法，能使得任務的執行數量和效率大大提高，現在的方法主要有模板調度法和自適應調度法，其中自適應調度法是最有效也最為復雜的調度策略。自適應調度法是在滿足雷達任務優先級和其他約束條件的情況下，通過協調并合理分配每個雷達波束所要求的系統資源，來為一個調度間隔制定雷達任務執行序列的一種調度方法，其中調度間隔是指系統控制程序調用調度程序的時間間隔，在各調度間隔內計算機必須完成兩個任務是:對雷達設備在前一個執行間隔內采集的數據進行檢測和跟蹤處理、以及調度雷達在下一時間間隔內執行的任務。
[0004]在自適應調度法中，有時間窗自適應調度方法是一種比較普遍使用的方法，該方法是指雷達任務的實際執行時刻在調度間隔內按照移動的規則可以在以期望執行時刻為中心，一定時間范圍內提前或拖后執行，即給期望執行時刻加窗，實際執行時刻可以在窗內活動。其中需要指出的是對于跟蹤任務，雷達分辨單元(波束寬度)是一個范圍，目標飛過分辨單元的時間將在一定范圍內，因此跟蹤駐留在一個時間段內是有效的，該時間段的長度定義為時間窗。
[0005]有人提出了一種以調度間隔為基礎，運用合理優先級設定和時間窗方法達到對時間的充分利用，并將其它約束條件建模為遞歸形式，通過對約束條件的周期性檢驗調整調度安排，獲得滿足要求的雷達任務執行序列的方法，該方法在給定的條件下能得到近似最優的調度結果。但是，該方法的不足是，并沒有考慮到時間窗和調度間隔的長度關系，當有些任務的時間窗小于調度間隔的長度時，該任務是不能在調度間隔內隨意移動的，這時候該方法就會失效。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提出基于先驗知識的相控陣雷達自適應任務調度方法。本發明彌補了現有技術中在有些任務的時間窗小于調度間隔的長度時調度方法失效的問題，并且針對任務丟失問題提出了解決辦法。而本發明所涉及的基于知識的實用相控陣雷達自適應調度方法充分利用了雷達任務的時間窗長和相控陣雷達的調度間隔長度的先驗知識，自適應的選擇對應的改善后的調度方法，使得本發明的適用性得到擴展，并且通過每一種條件下的改善的調度方法使得調度的效率得到提高。
[0007]實現本發明的基本思路是:對于雷達任務給出其時間窗、期望執行時間、雷達任務駐留時間等參數，因此根據雷達任務的時間窗長和相控陣雷達的調度間隔長度的先驗知識，設計不同的調度方法。
[0008]為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案予以實現。
[0009]基于先驗知識的相控陣雷達自適應任務調度方法包括以下步驟:
[0010]S1:根據雷達任務的優先級，建立對應的雷達分類任務鏈表，每個雷達分類任務鏈表包括處于同一優先級的雷達任務；按照優先級由高到低的順序，選取n/2個雷達分類任務鏈表，η為雷達分類任務鏈表的個數；在選取的n/2個雷達分類任務鏈表中，如果其中每個雷達任務的時間窗均大于相控陣雷達的調度間隔，則執行步驟S2，反之，執行步驟S3 ;
[0011]S2:按照優先級由高到低的順序，對每個雷達分類任務鏈表進行調度處理，直至每個雷達分類任務鏈表的每個雷達任務都安排完畢；在對每個雷達分類任務鏈表進行調度處理時，基于時間最小丟失原則，得出每個雷達任務的安排順序；
[0012]S3:根據優先級最高的兩個雷達分類任務鏈表，建立新的雷達分類任務鏈表；按照優先級由高到低的順序，對每個雷達分類任務鏈表進行調度處理，直至每個雷達分類任務鏈表的每個雷達任務都安排完畢；在對每個雷達分類任務鏈表進行調度處理時，以產生最大連續空余時間間隔建立對應的目標函數模型，從而得出每個雷達任務的執行時間。
[0013]本發明的特點和進一步改進在于:
[0014]步驟SI具體包括以下步驟:
[0015]將雷達任務建模為集合RadarEvent,集合RadarEvent中的元素包括雷達任務的優先級、雷達任務的期望執行時間、雷達任務的駐留時間、以及雷達任務的時間窗長；其中，雷達任務的優先級值、雷達任務的期望執行時間、雷達任務的駐留時間、以及雷達任務的時間窗長均通過先驗知識獲得；雷達任務的優先級值越低，說明雷達任務的優先級越高；
[0016]獲取待執行雷達任務和相控陣雷達的下個調度間隔的時間長度；根據雷達任務的優先級，建立對應的雷達分類任務鏈表，每個雷達分類任務鏈表包括處于同一優先級的雷達任務；按照優先級由高到低的順序，選取n/2個雷達分類任務鏈表，η為雷達分類任務鏈表的個數；在選取的n/2個雷達分類任務鏈表中，如果其中每個雷達任務的時間窗均大于相控陣雷達的調度間隔，則執行步驟S2，反之，執行步驟S3。
[0017]所述步驟S2具體包括以下步驟:
[0018]按照優先級由高到低的順序，對每個雷達分類任務鏈表進行調度處理，直至每個雷達分類任務鏈表的每個雷達任務都安排完畢；
[0019]對任一個雷達分類任務鏈表進行調度處理包括以下步驟:得出對應雷達分類任務鏈表的每一個雷達任務的安排順序值，在對應雷達分類任務鏈表中，安排順序值為正數的雷達任務為有效的雷達任務；在有效的雷達任務中，按照安排順序值從小到大的順序，依次安排雷達任務；對應雷達分類任務鏈表的任一個雷達任務的安排順序值的計算公式如下:[0020]
【權利要求】
1.基于先驗知識的相控陣雷達自適應任務調度方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:根據雷達任務的優先級，建立對應的雷達分類任務鏈表，每個雷達分類任務鏈表包括處于同一優先級的雷達任務；按照優先級由高到低的順序，選取n/2個雷達分類任務鏈表，η為雷達分類任務鏈表的個數；在選取的n/2個雷達分類任務鏈表中，如果其中每個雷達任務的時間窗均大于相控陣雷達的調度間隔，則執行步驟S2，反之，執行步驟S3 ； S2:按照優先級由高到低的順序，對每個雷達分類任務鏈表進行調度處理，直至每個雷達分類任務鏈表的每個雷達任務都安排完畢；在對每個雷達分類任務鏈表進行調度處理時，基于時間最小丟失原則，得出每個雷達任務的安排順序； S3:根據優先級最高的兩個雷達分類任務鏈表，建立新的雷達分類任務鏈表；按照優先級由高到低的順序，對每個雷達分類任務鏈表進行調度處理，直至每個雷達分類任務鏈表的每個雷達任務都安排完畢；在對每個雷達分類任務鏈表進行調度處理時，以產生最大連續空余時間間隔建立對應的目標函數模型，從而得出每個雷達任務的執行時間。
2.如權利要求1所述的基于先驗知識的相控陣雷達自適應任務調度方法，其特征在于，所述步驟SI具體包括以下步驟: 將雷達任務建模為集合RadarEvent,集合RadarEvent中的元素包括雷達任務的優先級、雷達任務的期望執行時間、雷達任務的駐留時間、以及雷達任務的時間窗長；其中，雷達任務的優先級值、雷達任務的期望執行時間、雷達任務的駐留時間、以及雷達任務的時間窗長均通過先驗知識獲得；雷達任務的優先級值越低，說明雷達任務的優先級越高； 獲取待執行雷達任務和相控陣雷達的下個調度間隔的時間長度；根據雷達任務的優先級，建立對應的雷達分類任務鏈表，每個雷達分類任務鏈表包括處于同一優先級的雷達任務；按照優先級由高到低的順序，選取n/2個雷達分類任務鏈表，η為雷達分類任務鏈表的個數；在選取的n/2個雷達分類任務鏈表中，如果其中每個雷達任務的時間窗均大于相控陣雷達的調度間隔，則執行步驟S2，反之，執行步驟S3。
3.如權利要求1所述的基于先驗知識的相控陣雷達自適應任務調度方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括以下步驟: 按照優先級由高到低的順序，對每個雷達分類任務鏈表進行調度處理，直至每個雷達分類任務鏈表的每個雷達任務都安排完畢； 對任一個雷達分類任務鏈表進行調度處理包括以下步驟:得出對應雷達分類任務鏈表的每一個雷達任務的安排順序值，在對應雷達分類任務鏈表中，安排順序值為正數的雷達任務為有效的雷達任務；在有效的雷達任務中，按照安排順序值從小到大的順序，依次安排雷達任務；對應雷達分類任務鏈表的任一個雷達任務的安排順序值的計算公式如下:
4.如權利要求1所述的基于先驗知識的相控陣雷達自適應任務調度方法，其特征在于，在步驟S2中，當每個雷達分類任務鏈表的每個雷達任務都安排完畢后，如果相控陣雷達的當前調度間隔還有剩余時間，則安排其余雷達任務，直至相控陣雷達的當前調度間隔的剩余時間為O。
5.如權利要求2所述的基于先驗知識的相控陣雷達自適應任務調度方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括以下步驟: 針對相控陣雷達的每個調度間隔，設立兩個虛擬雷達任務，兩個虛擬雷達任務的駐留時間均為O ;在兩個虛擬雷達任務中，第一個虛擬雷達任務的執行時間為相控陣雷達的對應調度間隔的起始時間，第二個虛擬雷達任務的執行時間為相控陣雷達的對應調度間隔的結束時間；對于相控陣雷達的任一個調度間隔，生成已調度完成任務集合，已調度完成任務集合初始時只包括對應的兩個虛擬雷達任務； 在優先級最高的雷達分類任務鏈表中，選取時間窗最短的雷達任務作為第一選取雷達任務，在優先級最高的雷達分類任務鏈表中，將時間窗最短的雷達任務刪除；在優先級第二高的雷達分類任務鏈表中，選取時間窗最短的雷達任務作為第二選取雷達任務，在優先級第二高的雷達分類任務鏈表中，將時間窗最短的雷達任務刪除；將所述第一選取雷達任務和第二選取雷達任務組合生成新的雷達分類任務鏈表，在所有雷達分類任務鏈表中，步驟S3生成的新的雷達分類任務鏈表具有最高的優先級； 按照優先級由高到低的順序，對每個雷達分類任務鏈表進行調度處理，直至每個雷達分類任務鏈表的每個雷達任務都安排完畢；對任一個雷達分類任務鏈表進行調度處理包括以下步驟:在對應雷達分類任務鏈表中，得出每一個雷達任務的執行時間； 在所述對應雷達分類任務鏈表中，得出任一個雷達任務的執行時間包括以下步驟:針對對應的雷達任務所在相控陣雷達的調度間隔，更新已調度完成任務集合；在對應的雷達任務所在相控陣雷達的調度間隔內，已安排完畢的雷達任務的數目為m，m為大于O的自然數；按照雷達任務的執行時間，將已安排完畢的m個雷達任務依次表示為^至!^ ;則已調度完成任務集合R表示為:
6.如權利要求5所述的基于先驗知識的相控陣雷達自適應任務調度方法，其特征在于，在步驟S3中，在對應的雷達任務所在相控陣雷達的調度間隔內，當第m+1個雷達任務安排完畢后，在對應的雷達分類任務鏈表中刪除第m+1個雷達任務，然后更新對應的已調度完成任務集合。
7.如權利要求1所述的基于先驗知識的相控陣雷達自適應任務調度方法，其特征在于，在步驟S3中，當每個雷達分類任務鏈表的每個雷達任務都安排完畢后，如果相控陣雷達的當前調度間隔還有剩余時間，則安排其余雷達任務，直至相控陣雷達的當前調度間隔的剩余時間為O。
【文檔編號】G06F9/50GK103902385SQ201410126619
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】王彤, 王志林, 李春海, 吳建新 申請人:西安電子科技大學