雷達資源調度技術體系及評估指標探討

吳少鵬

(中國船舶重工集團公司第七二四研究所，南京 211153)

0 引 言

隨著雷達技術和應用需求的發展，雷達將在復雜的干擾背景、目標特性等環境下擔負更為多樣和復雜的探測任務與功能，特別是針對具有多自由度的多任務相控陣體制雷達系統。如何在集約化資源限制條件下，面向動態多探測任務需求，充分挖掘和發揮雷達資源優勢，實時高效尋優配置雷達功能與性能工作方式與處理模式，實現雷達的多任務與多功能兼容已成為雷達系統技術的研究熱點[1]。

目前，針對雷達資源調度技術與應用的研究多為從不同視角針對空域、時域、頻域和能量域等的探測模式、工作方式的動態優化配置。如針對探測空域中不同區域不同目標類型及其探測優先需求，選擇不同探測距離、探測方式、工作模式和時間，以避免有的探測空域資源過于冗余而另外一些探測空域資源可能會不足的現象[2]。

雷達資源調度技術涉及不同的雷達資源和不同的資源調度深度。隨著對雷達資源調度深度的不斷提升，雷達探測能力將可實現由固定模式選擇、自適應功能配置向智能化功能適配方向提升。本文試圖從雷達資源調度技術體系化的角度探討雷達資源集和雷達調度模式集的技術體系，為雷達資源調度技術的系統化發展和規范評估雷達資源調度能力提供技術支撐[3]。

1 雷達資源調度技術體系架構

當前雷達技術正向功能集成化、模塊組合化、平臺通用化方向發展，特別是軟件化技術、智能化技術的高速推進，為面向多任務多功能雷達的資源調度提供了更為廣闊的技術發展支撐。這將大大提高雷達的高環境適配、高背景適配、高目標適配、高流程適配的應用效能。

雷達資源調度技術的核心是通過對雷達資源的挖掘高效尋優和控制配置雷達各類資源，通過對資源調度效能的評估與配置優化，達到在資源限定條件下與任務功能適配的最佳雷達工作狀態。

雷達資源調度技術體系主要包括雷達資源構建類方法、雷達資源調度類方法、雷達資源調度評估類方法。

圖1為雷達資源調度技術體系結構圖。

2 雷達資源構建及其體系分析

按需實現雷達資源的尋優調度以實現面向任務的動態最佳應用效能的前提是要基于和利用雷達的可調度資源。雷達可調度資源基本特征具有技術共性和通用性，對不同技術體制、工作方式、應用模式和技術實現方法具有相對不同的可調度的個性化資源。分析和深度挖掘和建立體系化、規范化的雷達可調度資源是技術推進和客觀評價雷達資源調度效能的重要技術基礎。

實現雷達資源的準確、實時和高效調度必須明確和規范雷達可用于調度的資源類型與體系結構。雷達資源可按照資源功能、資源深度等進行逐層分類。雷達資源體系可分為雷達靜態資源、雷達動態資源2大類。雷達靜態資源是指雷達固有的、基礎的或可挖掘形成的和可用于調度的資源。雷達動態資源體系是指雷達可用于對靜態資源進行實時動態調度的資源。

2.1 雷達靜態資源體系

雷達靜態資源體系指雷達靜態下，即雷達設計固有的可用于調度的資源體系，一般包括以下幾個方面：

(1) 雷達系統資源，如雷達探測的時間、頻率、極化、能量、空域等；

(2) 任務與功能模式資源，如雷達警戒、監測、搜索、跟蹤、識別、航管、制導等探測功能模式，以及雷達可拓展的通信、對抗、詢問/應答、保障等多任務模式；

(3) 工作方式資源，如雷達掃描方式、搜索與跟蹤模式、多任務特定工作方式等；

(4) 處理模式資源，如雷達收發處理、信號處理、信息處理，含抗干擾處理、識別處理和多源融合處理、關聯處理等專項處理；

(5) 處理方式資源，如雷達脈寬及調制方式、瞬時帶寬及脈壓方式、DBF方式；

(6) 處理容限資源，如雷達處理容量、處理時間、綜合能力；

(7) 可選參數資源，如雷達面陣可控單元(通道、子陣)數、輸出功率、量程(周期)、檢測門限、加權參數、濾波階數、庫元長度(氣象)；

(8) 參數和算法重置重構資源，如雷達參數控制深度、算法模型結構優化、多維顯示質量、成像質量、參數記錄；

(9) 健康管理信息資源，如基于雷達性能檢測參數、故障模式參數的性能重構與故障下通道重構，機動式陣地與環境適配參數等。

2.2 雷達動態資源體系

雷達動態資源體系指雷達動態下，即實際應用時實施調度控制的資源體系，一般包括以下幾個方面：

(1) 任務重要性等級劃分，基于雷達面向多任務時對各任務劃分重要等級的原則；

(2) 功能重構基本模式，基于典型多任務的功能動態重構方法；

(3) 性能重組基本方式，基于功能重構需求的雷達處理方式與處理參數動態重組的基本方式；

(4) 調度控制基本方法，基于動態任務所需的重構、重組鏈路與控制的基本方法；

(5) 調度路徑與時延，用于調度控制所需的時延；

(6) 典型故障下通道基本重構方式，部分故障情況下可實現主要功能的探測通道重構的基本方式；

(7) 調度性能評估基本模式，調度效能預測及其評估的基本策略及方法。

3 雷達資源調度方法體系分析

雷達資源調度方法是面向任務功能需求和基于雷達資源動態配置雷達資源，以完成各常態化任務、重點區域任務、突發任務等的關鍵技術。

根據雷達資源調度的技術實現途徑和技術要求，雷達資源調度方法體系一般可分為任務調度優先策略、資源調度方式、資源調度深度、資源調度方法等。

3.1 任務調度優先策略

任務調度優先策略是指面向探測環境、探測背景、探測目標等特性變化時雷達任務和功能需求，尋優和確立探測任務和功能的優先策略，其一般準則包括：

(1) 基于探測范圍，一般有全域優先、低空優先、高空優先、頂空優先、遠程優先、近程優先、區域優先等；

(2) 基于目標特性，一般有全域態勢優先、大目標優先、小目標優先、目標速度優先、目標威力優先、目標精度優先等；

(3) 基于任務，一般有預警優先、搜索優先、跟蹤優先、精跟優先、識別優先等；

(4) 基于探測概率，一般有保發現概率優先、保跟蹤概率優先、保識別概率優先等；

(5) 基于干擾背景，一般有全域干擾抑制優先、區域干擾抑制優先、干擾下目標發現跟蹤優先等。

3.2 資源調度方式

雷達資源調度方式一般指基于雷達探測優先策略和雷達資源體系，實現探測任務的調度資源方式。雷達資源主要調度方式劃分類別主要包括：

(1) 按技術實施方法劃分

? 模版化調度。雷達基于預設任務探測模式、工作方法等所固有資源配置的選用性調度方法。

? 自適應調度。面向任務和基于現有態勢知識的動態匹配調度方法。

? 智能化調度。面向任務和基于對現有態勢認知與預測的動態匹配調度方法。

(2) 按任務功能效能劃分

? 全功能任務資源調度。不考慮探測任務動態變化條件下的實現常態化全功能任務的資源調度方式。

? 全功能任務資源協同調度?；趧討B任務優先級，重點完成高優先級任務并兼顧或相應降低其他任務能力的資源調度方式。

? 保重點功能任務資源調度。資源受限條件下，基于動態任務優先級，完成高優先級任務并減少其他任務能力的資源調度方式。

(3) 按任務空域效能劃分

? 探測全域資源調度。不考慮空域探測任務優先級，實現全空域常態化任務的資源調度方式。

? 探測區域內資源協同調度。基于動態探測空域區域優先級，重點完成高區域優先級任務并兼顧或相應降低其他空域任務能力的資源調度方式。

? 保重點功能探測區域資源調度。資源受限條件下完成高空域優先級任務并減少其他空域任務能力的資源調度方式。

3.3 資源調度深度

實現對雷達全部資源的高適配調度是獲得雷達最佳探測效能的基本保證?；谔綔y任務需求，能夠調度的雷達資源種類及調度資源的覆蓋率為雷達資源調度深度。

隨著對資源調度深度的不斷提升，雷達探測能力將由固定模式選擇、自適應功能配置向智能化功能適配方向提升。資源調度深度一般可分為：

(1) 功能級調度深度(1級) 主要為基于系統資源和探測功能的需求，選擇雷達在設計時已固化的功能模式；

(2) 方式級調度深度(2級) 在1級調度的基礎上增加對雷達處理模式、處理方式等系統資源的配置調度；

(3) 參數級調度深度(3級) 在2級調度的基礎上增加對處理容限、處理參數等系統資源的配置調度；

(4) 算法級調度深度(4級) 在3級調度的基礎上增加對可調參數和算法重構、可重置參數等資源的配置調度；

(5) 全資源調度深度(5級) 在4級調度的基礎上增加對故障情況下通道重構、健康管理等系統資源，實現對雷達全資源的配置調度。

3.4 調度基本方法

基于可調度資源，按不同的調度方式、調度深度需求，可組合應用。

3.4.1 基于雷達探測功能資源的優化調度方法

以實現任務功能最佳為準則，用于解決在已知目標先驗分布信息條件下的雷達固有功能資源的最優分配等問題。主要涉及雷達固有功能模式的雷達空域、時域、頻域、極化域、能量域等的優化配置。

3.4.2 基于雷達參數和算法模型資源的優化調度方法

以最佳探測性能最優為準則，主要針對雷達指標參數以及這些參數受到各因素的制約關系等因素，解決在一定條件限制下對雷達各項參數的時變尋優應用問題。主要涉及針對功能要求的系統參數、處理參數和算法模型等的優化配置。

3.4.3 基于雷達多探測任務的綜合優先級優化方法

以重要探測任務優先為準則，針對任務價值率、目標位置和運動特性、任務截止期、空閑時間、資源消耗等的資源配置需求，解決雷達環境參數和目標參數隨機變化的當前條件下的任務動態優先級分類和優先級配置。

3.4.4 基于雷達資源受限條件下面向任務的資源調度方法

以預定任務成功率為準則，針對各種雷達任務請求所需資源消耗，在規定應完成必須的各項探測任務的時間、空間、頻率、極化和能量等的范圍內，按任務優先級序列，調度選擇最佳雷達事件序列，進行資源調度優化方法。

4 雷達資源調度評估指標分析

雷達資源調度評估不僅可客觀評價雷達面向任務資源調度的能力，也可可雷達在研制、使用等各階段檢查和驗證雷達技術使用狀態，并為雷達的調度算法改進提供依據。雷達資源調度評估主要包括評估指標和測試方法，而評估指標是能否客觀全面評估雷達資源調度能力的關鍵。

雷達資源調度評估指標一般應包括雷達資源調度效能指標、功能指標、性能指標，即從使用、方式和技術等多角度全面客觀反映雷達資源調度能力。

效能評估指標是在雷達完成擔負的各種和多種類型任務時實際使用效能指標，主要從任務執行率、任務完成效率、任務完成質量等3個方向建立雷達資源調度的使用效能要求，突出對任務完成數量及其完成的有效性的規范。功能評估指標是針對雷達需完成規定的各種和多種類型任務時資源調度功能實現的要求，主要從資源調度優先級合理性、資源配置的準確性、資源調度實時性、資源調度成功率等4個角度建立雷達資源調度的功能要求，突出對資源調度功能的合理性、有效性的規范。性能評估指標是針對雷達需完成各種和多種類型任務和功能時的技術特性，主要從資源利用率、資源調度深度、資源調度時間等3個方向建立雷達資源調度的性能要求，突出資源調度對資源的多維度、多層次實施調度的覆蓋能力及其對利用資源的挖掘深度，以及多維度資源的協同調度效率。

4 結束語

現代雷達正向著多任務和多功能一體和數字化、軟件化、虛擬化、智能化方向發展，其可控自由度更高，可控深度和精度更加細化。因此，在雷達集約化資源條件下高效挖掘與尋優配置雷達資源，以實現按需動態多任務和多功能探測能力，已成為現代雷達系統的關鍵技術。本文多角度分析探討雷達資源調度技術體系及評估指標體系，期望為雷達資源調度技術的系統化發展和規范評估雷達資源調度能力提供技術參考和支撐。