基于多目標(biāo)模糊多階段干擾資源調(diào)度研究*

?

基于多目標(biāo)模糊多階段干擾資源調(diào)度研究*

王發(fā)龍1，2，姜寧1

(1. 海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧 大連116018； 2. 海軍航空兵學(xué)院 四系，遼寧 葫蘆島125001)

摘要：資源調(diào)度是發(fā)揮雷達(dá)與電子戰(zhàn)一體化設(shè)備作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵，首先介紹了雷達(dá)電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)組成、技術(shù)性能優(yōu)勢(shì)，根據(jù)雷達(dá)干擾統(tǒng)一方程和陣面資源特點(diǎn)，結(jié)合目標(biāo)干擾時(shí)間窗、目標(biāo)干擾滿(mǎn)意度和效能比，建立帶時(shí)間窗的基于多目標(biāo)模糊多階段干擾資源調(diào)度模型，通過(guò)仿真計(jì)算，論證了方法的可行性、合理性。

關(guān)鍵詞：多目標(biāo)；模糊多階段；時(shí)間窗；資源調(diào)度；一體化；策略

0引言

如何對(duì)有限的干擾資源進(jìn)行調(diào)度(分配和管理)是水面艦艇防空反導(dǎo)作戰(zhàn)研究中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在信息化戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)代，雷達(dá)和電子戰(zhàn)系統(tǒng)逐步向數(shù)字化、寬頻段、大功率、高精度、偵察干擾一體化的數(shù)字化寬帶有源相控陣方向發(fā)展[1-2]。如美國(guó)海軍的艦載先進(jìn)多功能射頻系統(tǒng)(advanced multifunction RF system, AMRFS)，將雷達(dá)、電子戰(zhàn)和通信等功能綜合集成，實(shí)現(xiàn)了電子信息系統(tǒng)的綜合一體化，具備反應(yīng)快、功能多、干擾精確可控等特點(diǎn)[3-7]。但目前，一體化系統(tǒng)的資源調(diào)度方面的研究還較少，文獻(xiàn)[8]對(duì)機(jī)載射頻綜合系統(tǒng)“一對(duì)多”干擾資源管控進(jìn)行了研究；文獻(xiàn)[9]采用多任務(wù)并行算法對(duì)多功能一體化雷達(dá)任務(wù)調(diào)度算法進(jìn)行研究；文獻(xiàn)[10]根據(jù)雷達(dá)統(tǒng)一干擾方程對(duì)寬帶陣列的同時(shí)多目標(biāo)干擾資源調(diào)度進(jìn)行研究。針對(duì)目前這些研究還沒(méi)有具體考慮系統(tǒng)陣面資源動(dòng)態(tài)分配和目標(biāo)干擾時(shí)間窗因素，該文著重從這2個(gè)方面對(duì)雷達(dá)電子戰(zhàn)一體化設(shè)備干擾資源(功率)調(diào)度進(jìn)行了相關(guān)研究。

1雷達(dá)電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)

1.1系統(tǒng)組成及工作原理

文獻(xiàn)[8]根據(jù)相控陣?yán)走_(dá)和電子戰(zhàn)系統(tǒng)的組成和工作原理，對(duì)雷達(dá)電子戰(zhàn)一體化進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1　雷達(dá)電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)組成示意圖Fig.1　Illustration of radar and EW integrated system

系統(tǒng)工作原理：相控陣天線陣面和接收信號(hào)形成網(wǎng)絡(luò)對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行偵收、測(cè)量、分選、識(shí)別和信號(hào)處理，電子偵察分系統(tǒng)根據(jù)威脅目標(biāo)雷達(dá)信號(hào)參數(shù)從干擾信號(hào)波形庫(kù)中選取或軟件合成所需的干擾波形，在波束控制分系統(tǒng)和干擾信號(hào)產(chǎn)生器的控制下形成干擾波束；雷達(dá)分系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和目標(biāo)顯示，并根據(jù)具體戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和工作需求從雷達(dá)信號(hào)波形庫(kù)選取或軟件合成所需的雷達(dá)波形，在波束控制分系統(tǒng)和雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生器的控制下形成雷達(dá)波束；各種雷達(dá)和干擾波束通過(guò)發(fā)射信號(hào)功分網(wǎng)絡(luò)和相控陣天線陣面向外輻射；主控計(jì)算機(jī)主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)資源的綜合管理與調(diào)度。

1.2一體化設(shè)備資源特性

基于有源相控陣技術(shù)的雷達(dá)電子戰(zhàn)一體化系統(tǒng)，以一定數(shù)量的陣元進(jìn)行組合，可在時(shí)域、空域和頻域3個(gè)維度進(jìn)行靈活的功率管理和時(shí)間管理，子陣發(fā)射功率Pj和子陣天線增益Gj表達(dá)式為

Pj=PsNxNy，

(1)

(2)

式中：Ps為相控陣每個(gè)陣元(單元)的發(fā)射功率；ηA為天線口徑效率(對(duì)于等幅口徑分布，此參數(shù)取值為1)；Nx，Ny分別為所劃分陣面在水平和垂直方向上的陣元數(shù)量；dx和dy分別為陣面在水平和垂直方向的陣元間距；θ為目標(biāo)與天線陣面法線的夾角(天線掃描角，一般為-45°~45°)；λ為雷達(dá)工作波長(zhǎng)[11-12]。

當(dāng)水平和垂直天線單元間距dx=dy=λ/2時(shí)，公式2可化為

Gj=πηANxNycosθ.

(3)

1.3不同子陣面劃分的資源性能

根據(jù)當(dāng)前技術(shù)和工程實(shí)踐，陣面資源采用劃分子陣方式進(jìn)行控制管理。例如AMRFS的發(fā)射天線陣共有1 024個(gè)雙極化陣元，按32×32的方陣排列。先按四個(gè)象限劃分成4個(gè)子陣，每個(gè)子陣有16×16=256個(gè)陣元，每個(gè)象限子陣再劃分成4個(gè)基本子陣，這一基本子陣為8×8=64陣元的方陣，共有16個(gè)正交射頻功率源[13-14]。圖2為陣面劃分示意圖，Ⅰ象限子陣(1~4基本子陣)；Ⅱ象限子陣(5~8基本子陣)；Ⅲ象限子陣(9~12基本子陣)；Ⅳ象限子陣(13~16基本子陣)。據(jù)任務(wù)需求可控制4個(gè)子陣分別工作于雷達(dá)或干擾狀態(tài)，當(dāng)某一子陣工作于雷達(dá)(或干擾)狀態(tài)時(shí)，其所屬基本子陣也只能工作于雷達(dá)(或干擾)狀態(tài)，但子陣的工作狀態(tài)可瞬間進(jìn)行功能重構(gòu)(狀態(tài)轉(zhuǎn)換)。

假設(shè)每個(gè)陣元的發(fā)射功率為Ps=4 W，ηA=1，θ取值0~45°，根據(jù)公式(1),(3)可計(jì)算出不同數(shù)量的基本子陣組成的子陣面的功率和增益，見(jiàn)圖3，4。

圖3　子陣面功率圖Fig.3　Power of sub-array

圖4　子陣面天線增益圖Fig.4　Antenna gain of sub-array

2同時(shí)多目標(biāo)干擾問(wèn)題分析

一體化設(shè)備可同時(shí)工作于雷達(dá)方式和干擾方式。雷達(dá)工作方式下主要是對(duì)威脅目標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定跟蹤，為防空武器系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行抗擊提供信息保障；干擾工作方式主要是對(duì)威脅目標(biāo)的雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行有源干擾。同一頻率下2種方式同時(shí)工作存在電磁不兼容問(wèn)題，需要從空域和能量域進(jìn)行電磁兼容管制。根據(jù)一體化設(shè)備性能計(jì)算出雷達(dá)波束和干擾波束的最小方位間隔，以及波束能量輻射值限制范圍，由于篇幅所限，一體化設(shè)備的電磁兼容性問(wèn)題在此不做詳細(xì)計(jì)算分析。實(shí)際作戰(zhàn)使用中，對(duì)來(lái)襲威脅目標(biāo)進(jìn)行方位劃分，根據(jù)戰(zhàn)術(shù)需求和電磁兼容性，控制一體化設(shè)備子陣的工作方式、波束指向和能量輻射值，對(duì)不同空域目標(biāo)跟蹤和干擾。

對(duì)目標(biāo)實(shí)施精確干擾時(shí)，需要獲取被干擾目標(biāo)的距離信息，這就需要在電磁兼容的情況下選用與干擾頻率不同的雷達(dá)跟蹤目標(biāo)，提供距離信息。

同時(shí)多目標(biāo)干擾，就是當(dāng)某一時(shí)刻存在多個(gè)威脅目標(biāo)需要干擾時(shí)，根據(jù)目標(biāo)的威脅等級(jí)、目標(biāo)所需的干擾功率和干擾持續(xù)時(shí)間，將一體化設(shè)備干擾資源合理分配到N個(gè)威脅目標(biāo)上進(jìn)行干擾。相較時(shí)分多目標(biāo)干擾而言，同時(shí)多目標(biāo)干擾所需要考慮的因素較多，而且在實(shí)際作戰(zhàn)中較常出現(xiàn)。

2.1目標(biāo)干擾時(shí)間窗的界定

本文將目標(biāo)干擾時(shí)間窗定義為目標(biāo)請(qǐng)求干擾開(kāi)始時(shí)刻至目標(biāo)請(qǐng)求干擾停止時(shí)刻的一個(gè)時(shí)間區(qū)間，即[Tis，Tie]，也可以理解為請(qǐng)求干擾持續(xù)時(shí)間(Ticx)。事實(shí)上，對(duì)威脅目標(biāo)進(jìn)行有源干擾的開(kāi)始時(shí)刻和停止時(shí)刻的確定本來(lái)就是模糊性的，并非完全剛性，對(duì)時(shí)間窗采用模糊化處理更能準(zhǔn)確反映出有源干擾作戰(zhàn)實(shí)際。

理由1：是否可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行有源干擾，需要考慮本艦的電磁兼容性和戰(zhàn)術(shù)使用問(wèn)題，若電磁兼容和戰(zhàn)術(shù)使用允許，則可以實(shí)施干擾；若電磁不兼容或戰(zhàn)術(shù)使用不允許，則不能實(shí)施干擾，需要協(xié)調(diào)。因此，目標(biāo)干擾請(qǐng)求開(kāi)始時(shí)刻為模糊不確定。

理由2：目標(biāo)干擾停止時(shí)刻是模糊不確定的，如雷達(dá)信號(hào)消失、人工撤銷(xiāo)目標(biāo)干擾、目標(biāo)距離小于最小有效干擾距離、目標(biāo)到達(dá)硬武器抗擊火力區(qū)邊界以及更高威脅等級(jí)目標(biāo)的出現(xiàn)等情況都是決定干擾停止時(shí)刻的依據(jù)。因此，目標(biāo)干擾請(qǐng)求停止時(shí)刻模糊不確定。

理由3：有源干擾效果是基于一定時(shí)間的干擾積累，但是具體需要積累多長(zhǎng)時(shí)間需要根據(jù)雷達(dá)的具體工作方式和參數(shù)以及對(duì)干擾效果的實(shí)時(shí)評(píng)估來(lái)決定。因此，目標(biāo)干擾時(shí)間窗(干擾持續(xù)時(shí)間)模糊不確定。

2.2干擾滿(mǎn)意度

從有源干擾作戰(zhàn)效果的角度來(lái)說(shuō)，最理想的情況是對(duì)目標(biāo)的實(shí)際干擾時(shí)間完全覆蓋目標(biāo)干擾請(qǐng)求時(shí)間窗，但是實(shí)際作戰(zhàn)過(guò)程中的任務(wù)轉(zhuǎn)換、戰(zhàn)術(shù)調(diào)整以及干擾資源等情況的變化，實(shí)際干擾時(shí)間可能不能完全滿(mǎn)足干擾時(shí)間窗的時(shí)間要求，而有源干擾需要一定的時(shí)間積累才能實(shí)現(xiàn)期望的作戰(zhàn)效果。因此本文將實(shí)際干擾時(shí)間與干擾請(qǐng)求時(shí)間窗的模糊隸屬度函數(shù)定義為目標(biāo)干擾滿(mǎn)意度，來(lái)刻畫(huà)干擾請(qǐng)求的滿(mǎn)足程度，如公式(4)所示：

(4)

當(dāng)實(shí)際干擾時(shí)間完全覆蓋目標(biāo)干擾請(qǐng)求時(shí)間窗時(shí)，其滿(mǎn)意度為1；否則，滿(mǎn)意度會(huì)隨著實(shí)際干擾時(shí)間與請(qǐng)求干擾時(shí)間窗之間的差值的增加而降低，τ>0為干擾請(qǐng)求對(duì)時(shí)間的敏感系數(shù)。

2.3雷達(dá)干擾統(tǒng)一方程

對(duì)不同體制的雷達(dá)自衛(wèi)式干擾可歸一化為一個(gè)干擾統(tǒng)一方程：

(5)

式中：PjGj為等效干擾功率；PtGt為等效雷達(dá)功率；R為干擾機(jī)與雷達(dá)之間的距離；σ為艦艇雷達(dá)反射面積；Ld為雷達(dá)發(fā)射饋線損耗的總和；Lj為干擾發(fā)射饋線損耗和干擾信號(hào)在大氣傳播中的損耗總和；γj為干擾信號(hào)對(duì)雷達(dá)天線的激化系數(shù)(取值范圍0-1，一般取值為0.5)；Kf為干擾信號(hào)與雷達(dá)信號(hào)頻譜寬度之比；Kj∑為干擾壓制系數(shù)。

對(duì)于不同體制雷達(dá)所需的干擾壓制系數(shù)不同，文獻(xiàn)[15]對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的論述：①對(duì)于常規(guī)脈沖雷達(dá)，包括常規(guī)脈沖雷達(dá)、捷變頻雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)等，采用連續(xù)噪聲壓制干擾時(shí)，Kj∑一般為3~5 dB；②對(duì)于脈沖壓縮雷達(dá)，干擾壓制系數(shù)一般為D0.8，D為脈沖壓縮比(區(qū)間假設(shè)1 000)，Kj∑一般為13~15 dB；③對(duì)于脈沖多普勒雷達(dá)，當(dāng)重頻為80~100 kHz時(shí)，其干擾壓制系數(shù)為5~10 dB，重頻為100~200 kHz時(shí)，其干擾壓制系數(shù)為12~14 dB，Kj∑一般為15~18 dB；④對(duì)于合成孔徑雷達(dá)，Kj∑=ηdηr，ηd為脈沖壓縮而獲得的增益，ηr為方位壓縮而獲得的好處，Kj∑一般為18~20 dB。

3干擾設(shè)備系統(tǒng)資源分析

3.1目標(biāo)與陣面資源關(guān)系描述

假設(shè)目標(biāo)i徑向飛向艦艇，飛行速度vi，對(duì)其開(kāi)始干擾時(shí)刻和距離分別為T(mén)is和Ris，預(yù)估結(jié)束干擾時(shí)刻和距離分別為T(mén)ie和Rie，干擾時(shí)間窗為[Tis,Tie]，即干擾持續(xù)時(shí)間為T(mén)icx：

Ticx=Tie-Tis.

(6)

目標(biāo)i與艦艇的距離Rit隨時(shí)間t(Tis≤t≤Tie)變化為

Rit=Ris-vit.

(7)

由公式(1)，(3)，(6)，(7)整理可得，t時(shí)刻被干擾目標(biāo)i所需陣元數(shù)量(Nix,Niy)t為

(8)

假設(shè)每個(gè)基本子陣由64個(gè)陣元組成的方陣，則t時(shí)刻被干擾目標(biāo)i所需基本子陣數(shù)量Zi(t)為

Zi(t)=[(Nix,Niy)t/64]，

(9)

式中：Zi(t)為正向(向上)取整的正整數(shù)。

圖5所示為干擾時(shí)間窗內(nèi)資源對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)目標(biāo)i的干擾時(shí)間、目標(biāo)距離、干擾功率、陣元數(shù)量和基本子陣數(shù)量是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

圖5　目標(biāo)-資源對(duì)應(yīng)關(guān)系圖Fig.5　Relationship of target-resources

3.2陣面資源分配策略

(1) 基本子陣初始選配

設(shè)，初始Tis時(shí)刻開(kāi)始對(duì)目標(biāo)i進(jìn)行干擾，所需的陣元數(shù)為(Nix,Niy)s，對(duì)應(yīng)所需基本子陣數(shù)為Zi(s)=a(1≤a≤16)，則在初始干擾時(shí)刻從陣面中按一定原則指定某a個(gè)基本子陣組成干擾子陣面對(duì)目標(biāo)i實(shí)施干擾，即為基本子陣初始選配。基本子陣初始選配原則：①優(yōu)先選擇同一象限的基本子陣干擾一個(gè)目標(biāo)；②不同目標(biāo)干擾基本子陣間隔距離保持最大(由三角形三邊關(guān)系容易得出，這里不詳細(xì)描述)；③避免干擾波束在空間交叉；④陣面資源利用率最大化，最大程度降低陣面“碎片”量。

圖6　基本子陣分配及擴(kuò)展示意圖Fig.6　Basic sub-array distribution and extension

定義1：碎片，指的是陣面上未進(jìn)行分配的相對(duì)孤立的單個(gè)基本子陣，如圖6中基本子陣13。

(2) 基本子陣擴(kuò)展預(yù)估

根據(jù)來(lái)襲目標(biāo)參數(shù)、來(lái)襲方向和速度，在當(dāng)前時(shí)刻可對(duì)目標(biāo)未來(lái)Δt時(shí)段內(nèi)的干擾資源需求增量(陣元數(shù)量、基本子陣數(shù)量)進(jìn)行預(yù)估，然后根據(jù)增量情況和基本子陣擴(kuò)展原則解決如下幾個(gè)問(wèn)題：①目標(biāo)i當(dāng)前所分配的基本子陣在未來(lái)Δt時(shí)段內(nèi)是否能夠滿(mǎn)足干擾需求；②若需要增加基本子陣，選定基本子陣擴(kuò)展方向和數(shù)量，根據(jù)每個(gè)目標(biāo)資源需求變化率，基本子這擴(kuò)展方向應(yīng)“遠(yuǎn)離”資源需求變化率大的目標(biāo)所“占用”的子陣面。

(3) 基本子陣預(yù)留與陣面重構(gòu)

①當(dāng)陣面資源充足時(shí)，可將基本子陣直接預(yù)先留出；②當(dāng)陣面基本子陣總量足夠，但是由于不同目標(biāo)先后占用、釋放等原因造成陣面出現(xiàn)較多“碎片”時(shí)，對(duì)陣面進(jìn)行重構(gòu)；③當(dāng)陣面資源不足時(shí)，即陣面資源被占用時(shí)，根據(jù)目標(biāo)威脅等級(jí)、目標(biāo)干擾滿(mǎn)意度或人工指令停止對(duì)某些目標(biāo)的干擾，并將其占用的陣面資源釋放，以備其他目標(biāo)干擾使用而進(jìn)行陣面重構(gòu)。

定義2：陣面重構(gòu)，為減少陣面碎片，且使干擾同一目標(biāo)的基本子陣相對(duì)集中而進(jìn)行的基本子陣重新分配的操作。

3.3基本子陣分配策略

假設(shè)陣面所能提供的最大干擾功率為Pmax，系統(tǒng)同時(shí)對(duì)敵方n個(gè)目標(biāo)雷達(dá)同時(shí)進(jìn)行干擾，則對(duì)敵方第i部雷達(dá)進(jìn)行干擾時(shí)，所需的干擾等效功率為

(10)

式中：Pij為干擾設(shè)備對(duì)第i部雷達(dá)的干擾功率；Gij為干擾設(shè)備發(fā)射第i個(gè)干擾波束的子陣面的天線增益；Ri為第i部雷達(dá)到干擾設(shè)備的距離；σi為艦艇對(duì)第i部雷達(dá)的有效反射面積；Kij∑為第i部雷的干擾壓制系數(shù)。

則同時(shí)多目標(biāo)干擾時(shí)所需的總功率為

(11)

s.t：Pz≤Pmax.

將干擾功率轉(zhuǎn)化為基本子陣表示后，式(11)可寫(xiě)為

(12)

s.t：Z(t)≤Zmax.

4多目標(biāo)模糊多階段資源調(diào)度模型

4.1資源調(diào)度決策階段的確定

資源調(diào)度決策階段(資源調(diào)度事件觸發(fā)節(jié)點(diǎn))確定的依據(jù)主要包括：

(1) 新目標(biāo)出現(xiàn)時(shí)刻

當(dāng)剩余資源足夠時(shí)，有威脅目標(biāo)出現(xiàn)，在戰(zhàn)術(shù)使用上允許對(duì)其實(shí)施有源干擾，且在技術(shù)上有源干擾可以達(dá)成一定程度的干擾效果時(shí)，應(yīng)為其分配資源，實(shí)施干擾。

(2) 目標(biāo)干擾所需資源變化量達(dá)到一個(gè)基本子陣時(shí)刻

隨著某些威脅目標(biāo)的不斷抵近，為達(dá)成有效干擾(有效壓制)，需增加干擾資源量。

(3) 資源競(jìng)爭(zhēng)激烈需調(diào)整干擾目標(biāo)時(shí)刻

資源已分配給已經(jīng)出現(xiàn)的多批威脅目標(biāo)，且資源正在使用中，當(dāng)有新的威脅目標(biāo)出現(xiàn)或目標(biāo)需要增加干擾資源而系統(tǒng)無(wú)剩余資源可用時(shí)，應(yīng)綜合判定撤銷(xiāo)對(duì)某批目標(biāo)的干擾。

(4) 有資源回收進(jìn)行再分配時(shí)刻

當(dāng)某批目標(biāo)停止干擾時(shí)，釋放其占用資源，可進(jìn)行陣面重構(gòu)。

4.2目標(biāo)干擾效能比

(13)

4.3資源調(diào)度目標(biāo)函數(shù)

資源調(diào)度的目標(biāo)是在兼顧總體目標(biāo)的干擾滿(mǎn)意度值E(α)最優(yōu)的前提下，使有限資源獲取最大效能值E(β)。

(14)

4.4資源調(diào)度原則

請(qǐng)求被干擾目標(biāo)的威脅等級(jí)W=[w1,w2,...,wn]，ωi=[1,2,3]，ω=1表示威脅等級(jí)最高，ω=2表示威脅等級(jí)次之，ω=3表示威脅等級(jí)最低。

原則1：資源足夠且條件允許時(shí)，有目標(biāo)需要干擾即分配資源；

原則2：資源不足時(shí)，威脅等級(jí)高的目標(biāo)優(yōu)先分配資源，獲得最大干擾效益(使來(lái)襲目標(biāo)總威脅度降至最小)；

原則3：威脅等級(jí)相同的目標(biāo)發(fā)生資源競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)目標(biāo)干擾滿(mǎn)意度、干擾效能比進(jìn)行決策。

原則4：盡量減少陣面重構(gòu)次數(shù)，保持目標(biāo)干擾的連續(xù)性。

4.5資源調(diào)度算法流程

多目標(biāo)模糊多階段資源調(diào)度算法流程，見(jiàn)表1。

表1　算法流程

5仿真計(jì)算

5.1參數(shù)設(shè)置

5.2數(shù)據(jù)分析

為了分析說(shuō)明干擾資源不足情況下的資源調(diào)度，將5批威脅目標(biāo)的威脅等級(jí)都設(shè)置為1(最高等級(jí))，目標(biāo)從多方向來(lái)襲(θ值間隔10°)，且目標(biāo)需要被干擾的時(shí)間窗口重疊情況嚴(yán)重，對(duì)有限的干擾資源競(jìng)爭(zhēng)激烈。經(jīng)過(guò)仿真計(jì)算，目標(biāo)與陣元需求關(guān)系和目標(biāo)與基本子陣需求關(guān)系如圖7，8所示，資源調(diào)度階段及資源調(diào)度情況見(jiàn)表3所列。

(1) 決策階段分析

在仿真時(shí)間內(nèi)，共有15個(gè)時(shí)刻點(diǎn)需要進(jìn)行資源調(diào)度決策。其中，K=1，2，4，5，7決策階段是5個(gè)威脅目標(biāo)出現(xiàn)的時(shí)刻，即向系統(tǒng)發(fā)出干擾資源請(qǐng)求時(shí)刻；K=3，6，8，10，12，13決策階段是威脅目標(biāo)所需干擾資源(基本子陣)增加觸發(fā)的決策階段；K=9，11，14，15是目標(biāo)“消失”施放所占用資源觸發(fā)的決策階段。

圖7　目標(biāo)與陣元需求關(guān)系圖Fig.7　Relationship of target and units demanded

目標(biāo)雷達(dá)體制PtGt/kWGt/dBRs/kmv/(m·s-1)θ/(°)Ts/sTe/sKj∑/dBω1常規(guī)脈沖536183000121512脈沖壓縮83320250304261313常規(guī)脈沖13311540010826514合成孔徑2531502604011401815脈沖多普勒203450250201745141

圖8　目標(biāo)與基本子陣需求關(guān)系圖Fig.8　Relationship of target and basic　　　sub-array demanded

(2) 陣面重構(gòu)分析

K=5時(shí)，目標(biāo)4開(kāi)始請(qǐng)求干擾資源(需5個(gè)基本子陣)，由表3可知，上一個(gè)決策階段(K=4)系統(tǒng)共剩余7個(gè)基本子陣未分配，而正在干擾的3個(gè)目標(biāo)中(目標(biāo)1，2，3)，目標(biāo)1和目標(biāo)3的資源需求預(yù)估情況為未來(lái)3 s內(nèi)不需要增加基本子陣，目標(biāo)2資源預(yù)估情況為下一秒需要增加1個(gè)基本子陣，如果將一、四象限共剩余5個(gè)基本子陣可一次性分配給目標(biāo)4，將會(huì)導(dǎo)致在下一個(gè)決策階段目標(biāo)2無(wú)基本子陣可作為資源擴(kuò)展使用，需增加一次陣面重構(gòu)，為目標(biāo)2增加陣面資源，同時(shí)還需要對(duì)目標(biāo)1和目標(biāo)4的干擾資源進(jìn)行陣面調(diào)整。

表3　資源調(diào)度情況統(tǒng)計(jì)表

因此，為了減少陣面重構(gòu)次數(shù)，保持干擾連續(xù)性，故在K=5決策階段在四象限為目標(biāo)2預(yù)留出1個(gè)基本子陣作為陣面擴(kuò)展使用，進(jìn)行一次陣面重構(gòu)，將目標(biāo)1干擾陣面由一象限調(diào)整到二象限，在一、四象限為目標(biāo)4分配陣面資源。而K=10決策階段陣面重構(gòu)是在目標(biāo)1“消失”釋放資源后，為了保證目標(biāo)3和目標(biāo)5干擾陣面集中而進(jìn)行的陣面重構(gòu)，這里不再贅述。

(3) 撤銷(xiāo)目標(biāo)干擾分析

K=7時(shí)，目標(biāo)5出現(xiàn)，請(qǐng)求資源量為3個(gè)基本子陣，正在干擾的目標(biāo)1，2，3，4，共占用15個(gè)基本子陣，目標(biāo)干擾滿(mǎn)意度分別為0.8，0.54，0.5，0.2，效能比分別為8，2.7，8，3.2，且目標(biāo)2，3，4,資源擴(kuò)展預(yù)估都為1個(gè)基本子陣，系統(tǒng)干擾資源總量不足，滿(mǎn)足不了同時(shí)對(duì)5個(gè)目標(biāo)的干擾。如果按目標(biāo)干擾滿(mǎn)意度原則，撤銷(xiāo)對(duì)目標(biāo)1的干擾，施放出2個(gè)基本子陣資源，則在未來(lái)3 s內(nèi)還需撤銷(xiāo)目標(biāo)2的干擾，最終5個(gè)目標(biāo)干擾滿(mǎn)意度之和為4.39，干擾效能比之和為23.2；如果撤銷(xiāo)目標(biāo)2的干擾，施放6個(gè)基本子陣資源，則未來(lái)3 s內(nèi)不需要撤銷(xiāo)對(duì)其他目標(biāo)的干擾，保證了有限資源干擾更多目標(biāo)，因此決策為撤銷(xiāo)對(duì)目標(biāo)2的干擾，將資源釋放并分配給目標(biāo)5，最終5個(gè)目標(biāo)的干擾滿(mǎn)意度之和為4.54，干擾效能比之和為21。

6結(jié)束語(yǔ)

在給出陣面資源分配策略基礎(chǔ)上，結(jié)合雷達(dá)干擾統(tǒng)一方程和目標(biāo)干擾時(shí)間窗，建立了帶時(shí)間窗的基于多目標(biāo)模糊多階段資源調(diào)度模型，依據(jù)目標(biāo)干擾滿(mǎn)意度和效能比2個(gè)指標(biāo)值，對(duì)系統(tǒng)干擾資源進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度，使目標(biāo)干擾滿(mǎn)意度最大，資源效能比最優(yōu)，進(jìn)而使系統(tǒng)干擾資源達(dá)到最優(yōu)化調(diào)度。下一步需要深入研究的問(wèn)題：①一體化設(shè)備在電磁兼容性約束下的陣面劃分；②同時(shí)多目標(biāo)跟蹤和多目標(biāo)干擾的資源調(diào)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]龍文武,蘇五星,丁文飛,等.有源相控陣?yán)走_(dá)武器效應(yīng)研究[J].艦船電子對(duì)抗,2010,33(6):61-64.

LONG Wen-wu, SU Wu-xing, DING Wen-fei, et al. Research into the Weapon Effect of Active Phased Array Radar [J]. Shipboard Electronic Countermeasure, 2010，33(6):61-64.

[2]吳繼宇,王雷,朱立偉,等.美海軍艦載電子戰(zhàn)系統(tǒng)及發(fā)展走向[J].艦船電子對(duì)抗,2004,27(1):7-9.

WU Ji-yu, WANG Lei, ZHU Li-wei, et al. The Warship EW System and It’s Development Trend of The American Navy [J]. Shipboard Electronic Countermeasure, 2004,27(1):7-9.

[3]Chris Hemmi. Advanced Shared Aperture Program(ASAP) Array Design [J]. IEEE Array Systems and Technology, 1996(3):278-282.

[4]GREGORY CTAVIK. The Advanced Multifunction RFConcept [J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2005,53(3):1009-1020.

[5]WALDEN D D, BLANSHAN K M, KRANZ G M. Technology roll Lessons Learned on Embedded Avionics Platforms [J]. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 2000,15(5):19-23.

[6]HUGHES P, CHOE J. Overview of Advanced Multifunction RF System (AMRFS) [C]∥Proc. IEEE Int. Conf. on Phased Array Systems and Technology, Dana Point. CA, 2000:21-24.

[7]HEMMIC. Multifunction Wideband Array Design [J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1999,47(3):425-431.

[8]趙玉,吳華,程嗣怡,等.先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)射頻集成系統(tǒng)干擾資源管控[J].電光與控制,2013,6(6):7-11.

ZHAO Yu, WU Hua, CHENG Si-yi, et al. Jamming Resource Management of Advanced Airborne Integrated Radio Frequency Systems [J]. Electronics Optics & Control, 2013,6(6):7-11.

[9]綦文超,楊瑞娟,李曉柏,等.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): 150-154.

QI Wen-chao, YANG Rui-juan, LI Xiao-bai, et al. Reasearch on Task Scheduling Algorithm for Multifunction Integrated Radar [J]. Radar Science and Technology, 2012,10(2):150-154.

[10]裴立彬,劉春生.寬帶陣列的同時(shí)多目標(biāo)干擾資源調(diào)度研究[J].電子信息對(duì)抗技術(shù),2012,27(2):46-50.

PEI Li-bin, LIU Chun-sheng. Jamming Strategy of Wide-Band Array to Multi-Target [J]. Electronic Information Warfare Technology, 2012,27(2):46-50.

[11]李欽富,許小件.相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)仿真模型研究[J].中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào),2007,12(2):239-243.

LI Qin-fu, XU Xiao-jian. Research on Simulation Model of Phased Array Radar System [J]. Journal of CAEIT, 2007,12(2):239-243.

[12]周文輝.相控陣?yán)走_(dá)及組網(wǎng)跟蹤系統(tǒng)資源管理技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙:國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué),2004:25-26.

ZHOU Wen-hui. Research on Resource Management Technology for Phased Array Radar and Its Network in Tracking System [D]. Changsha:National University of Defense Technology, 2004:25-26.

[13]肖先賜.電子資源多任務(wù)復(fù)用的新進(jìn)展-射頻系統(tǒng)多功能化[J].通信對(duì)抗,2007(4):3-7.

XIAO Xian-ci. New Development of Electronic Resources Multi-Complexity: Multifunction RF Systems [J]. Communication Countermeasures, 2007(4):3-7.

[14]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.

ZHANG Ming-you. Introduction of Radar-EW-Communication Integration [M]. Beijing: National Defence Industry Press,2010.

[15]張錫祥.對(duì)新體制雷達(dá)干擾系數(shù)取值的概念分析[J].電子對(duì)抗技術(shù),2000,15(2):1-6.

ZHANG Xi-xiang. Analysis and Measurement of Jamming Suppression Coefficient Against New Band Radar [J]. Electronic Warfare Technology, 2000,15(2):1-6.

Research on Jamming Resource Scheduling Based on Multi-Target and Fuzzy Multi-Stage

WANG Fa-long1,2, JIANG Ning1

(1. Dalian Naval Academy,Liaoning Dalian 116018, China;2. Dept. 4 of Naval Flying Academy,Liaoning Huludao 125001, China)

Abstract:For radar and electronic warfare integrated system, resource scheduling play a big role in operational effectiveness. At first, introduced the composition and technical performance advantage of radar and electronic warfare integrated system. According to unified radar jamming equation, the characteristics of array, combined with time window, jamming efficiency ratio, degree of satisfaction, established multi-target fuzzy multi-stage jamming resource scheduling model with time window, through the simulation, proved the practicability and rationality of the method.

Key words:multi-target; fuzzy multi-stage; time-window; resource scheduling; integrated; strategy

中圖分類(lèi)號(hào)：TN97；TP391.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-086X(2015)-02-0122-08

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.02.020

通信地址：116018海軍大連艦艇學(xué)院研究生管理大隊(duì)E-mail：wangfalongdillon@163.com

作者簡(jiǎn)介：王發(fā)龍(1982-)，男，遼寧大連人。助教，博士生，研究方向指揮控制決策理論與應(yīng)用。

* 收稿日期：2014-10-15；
修回日期：2015-01-22