本發(fā)明屬于雷達(dá)信號處理的技術(shù)領(lǐng)域，具體提出一種無源協(xié)同下基于射頻隱身的雷達(dá)組網(wǎng)資源控制方法。

背景技術(shù)：

雷達(dá)射頻隱身技術(shù)指的是雷達(dá)對抗敵方無源探測系統(tǒng)截獲、分選、識別、跟蹤的隱身技術(shù)，以降低無源探測系統(tǒng)對雷達(dá)的截獲距離、截獲概率為目標(biāo)，能夠進(jìn)一步提高雷達(dá)及其搭載平臺的戰(zhàn)場生存能力和作戰(zhàn)效能。當(dāng)雷達(dá)及雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤時，在不影響目標(biāo)跟蹤性能的情況下，減少雷達(dá)發(fā)射機的發(fā)射次數(shù)、輻射功率和駐留時間，可以有效地提高雷達(dá)及雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的射頻隱身性能。

現(xiàn)有的基于射頻隱身的雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)資源分配方式大體分為兩種，一種是基于系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的分配方式，即在達(dá)到預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)性能的條件下，使用最少數(shù)目的雷達(dá)對目標(biāo)進(jìn)行探測；一種是基于發(fā)射參數(shù)的分配方式，即在滿足一定系統(tǒng)性能需求的前提下，通過合理分配發(fā)射功率，從而最小化系統(tǒng)發(fā)射總功率，提升雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的射頻隱身性能。

上述方法雖然提出了基于射頻隱身的雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)功率控制的思想，提高了雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的射頻隱身性能，但這些方法均未考慮無源傳感器協(xié)同對系統(tǒng)射頻隱身性能的影響。

而無源傳感器由于自身不輻射電磁信號，只接收目標(biāo)自身電子設(shè)備的輻射信號，故與有源雷達(dá)相比，具有作用距離遠(yuǎn)、隱蔽性強、不易被對方發(fā)現(xiàn)等優(yōu)點。但，無源傳感器存在的致命弱點是對目標(biāo)的跟蹤完全依賴于目標(biāo)的電磁輻射，當(dāng)目標(biāo)保持無線電寂靜時，無源傳感器將無法正常工作；另外，無源傳感器在跟蹤精度上與有源雷達(dá)相比誤差較大。因此，無源傳感器只能作為有源雷達(dá)工作的補充與有源雷達(dá)協(xié)同工作，從而在滿足目標(biāo)跟蹤精度的前提下，盡可能地減少有源雷達(dá)的開機次數(shù)，提升系統(tǒng)的射頻隱身性能。

因此，在到達(dá)時間差(timedifferenceofarrival，tdoa)無源傳感器協(xié)同下，如何確定雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)目標(biāo)跟蹤時的資源控制策略，即如何自適應(yīng)控制雷達(dá)發(fā)射機的開/關(guān)機狀態(tài)、駐留時間和輻射功率是現(xiàn)有技術(shù)亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種無源協(xié)同下基于射頻隱身的雷達(dá)組網(wǎng)資源控制方法，通過tdoa無源傳感器協(xié)同，自適應(yīng)地控制雷達(dá)發(fā)射機的開/關(guān)機狀態(tài)、駐留時間和輻射功率來完成雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的資源控制。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開一種無源協(xié)同下基于射頻隱身的雷達(dá)組網(wǎng)資源控制方法，包含以下步驟：

步驟1：設(shè)定表征目標(biāo)跟蹤精度門限的期望協(xié)方差矩陣pd和目標(biāo)檢測信噪比門限snrmin；

步驟2：根據(jù)設(shè)定的期望協(xié)方差矩陣pd和目標(biāo)檢測信噪比門限snrmin，建立無源協(xié)同下基于射頻隱身的雷達(dá)組網(wǎng)資源控制數(shù)學(xué)模型：

式中，pi(k)為k時刻雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的截獲概率，δt(k+1)為k時刻的預(yù)測采樣間隔；snr(k)為k時刻的目標(biāo)檢測信噪比，為k時刻的預(yù)測目標(biāo)協(xié)方差矩陣，和分別為k時刻雷達(dá)發(fā)射機輻射功率pt(k)的上、下限，td(k)為k時刻的雷達(dá)發(fā)射機駐留時間，tr為雷達(dá)脈沖重復(fù)間隔，為雷達(dá)發(fā)射機駐留時間上限；

步驟3：計算k時刻的預(yù)測目標(biāo)協(xié)方差矩陣

步驟4：根據(jù)期望協(xié)方差矩陣pd與k時刻的預(yù)測目標(biāo)協(xié)方差矩陣之差，判斷預(yù)測目標(biāo)跟蹤精度是否滿足要求；

步驟5：若滿足要求，下一時刻組網(wǎng)系統(tǒng)中雷達(dá)發(fā)射機關(guān)機，采用tdoa無源傳感器協(xié)同對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，獲取并預(yù)測目標(biāo)狀態(tài)信息；否則，下一時刻組網(wǎng)系統(tǒng)中雷達(dá)發(fā)射機開機，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，獲取并預(yù)測目標(biāo)狀態(tài)信息，然后確定下一時刻雷達(dá)發(fā)射機的駐留時間和輻射功率；

步驟6：返回步驟3，直到跟蹤過程結(jié)束。

進(jìn)一步的，采用交互式多模型擴展卡爾曼濾波方法對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤濾波，得到k時刻的預(yù)測目標(biāo)協(xié)方差矩陣，即交互式預(yù)測協(xié)方差矩陣。

進(jìn)一步的，步驟3所述的k時刻的預(yù)測協(xié)方差矩陣為：

式中，pⁱ(k+1|k)為模型i的預(yù)測狀態(tài)協(xié)方差矩陣，為k時刻模型i的目標(biāo)狀態(tài)預(yù)測，為k時刻的預(yù)測目標(biāo)狀態(tài)，上標(biāo)t表示矩陣轉(zhuǎn)置；

其中，k時刻的預(yù)測目標(biāo)狀態(tài)為：

式中，uⁱ(k+1|k)為相應(yīng)的預(yù)測模型概率。

進(jìn)一步的，步驟4中的預(yù)測目標(biāo)跟蹤精度需滿足的要求是指期望協(xié)方差矩陣pd與預(yù)測目標(biāo)協(xié)方差矩陣之差為半正定矩陣，即：

進(jìn)一步的，步驟5中的預(yù)測目標(biāo)狀態(tài)信息包含目標(biāo)位置和速度。

進(jìn)一步的，步驟5中的下一時刻雷達(dá)發(fā)射機的駐留時間td為：

式中，pi為雷達(dá)發(fā)射機的截獲概率，pi(tτ)表示雷達(dá)脈沖重復(fù)間隔tr對應(yīng)的截獲概率，表示雷達(dá)發(fā)射機駐留時間上限對應(yīng)的截獲概率；其中，目標(biāo)跟蹤狀態(tài)下，雷達(dá)發(fā)射機的截獲概率pi為：

式中，ti為截獲接收機的掃描時間，p'fa為截獲接收機的虛警概率，pt為雷達(dá)發(fā)射機的輻射功率，gt為達(dá)發(fā)射機的發(fā)射天線增益，gi為截獲接收機在雷達(dá)發(fā)射機方向上的接收天線增益，λ為雷達(dá)發(fā)射機的波長，gip為截獲接收機處理器凈增益，rt為雷達(dá)發(fā)射機與目標(biāo)之間的距離，k為玻爾茲曼常數(shù)，to為截獲接收機的噪聲溫度，bi為截獲接收機系統(tǒng)帶寬，fi為截獲接收機噪聲系數(shù)；

其中，erfc(·)是誤差補函數(shù)，其計算公式為：

進(jìn)一步的，步驟5中的下一時刻雷達(dá)發(fā)射機的輻射功率是根據(jù)雷達(dá)方程在已知目標(biāo)位置和目標(biāo)雷達(dá)散射截面的情況下求出；其中，目標(biāo)雷達(dá)散射截面由先驗信息獲得。

雷達(dá)發(fā)射機輻射功率pt為：

式中，br是雷達(dá)接收機匹配濾波器的帶寬，rrj是目標(biāo)與第j部雷達(dá)接收機之間的距離，σt是目標(biāo)rcs，是發(fā)射機波束指向與雷達(dá)陣面法線方向的夾角；

其中，c1為與雷達(dá)系統(tǒng)有關(guān)的常數(shù)，

式中，η為天線效率，n為天線陣元數(shù)目，grp為雷達(dá)接收機處理器凈增益，fr是雷達(dá)接收機噪聲系數(shù)。

有益效果：

本發(fā)明是在雷達(dá)組網(wǎng)目標(biāo)跟蹤時，通過tdoa無源傳感器協(xié)同，可以在保證目標(biāo)跟蹤精度的前提下，通過期望協(xié)方差矩陣pd與預(yù)測目標(biāo)協(xié)方差矩陣之差的判斷優(yōu)化雷達(dá)發(fā)射機的開/關(guān)機狀態(tài)，最大限度地減小雷達(dá)發(fā)射機開機次數(shù)；并在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化雷達(dá)發(fā)射機的駐留時間和輻射功率，最小化雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的截獲概率，從而提升無源協(xié)同下的雷達(dá)組網(wǎng)資源控制系統(tǒng)的射頻隱身性能。

附圖說明

圖1為雷達(dá)組網(wǎng)資源控制系統(tǒng)模型圖。

圖2為本發(fā)明所公開的雷達(dá)組網(wǎng)資源控制方法的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1和圖2以及具體實施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。

考慮具有一部雷達(dá)發(fā)射機和nr部接收機的雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)，系統(tǒng)模型如圖1所示。

如圖2所示，具體實施方式如下：

步驟1：根據(jù)目標(biāo)跟蹤任務(wù)的要求，設(shè)定表征目標(biāo)跟蹤精度門限的期望協(xié)方差矩陣pd和目標(biāo)檢測snr門限snrmin。其中，期望協(xié)方差矩陣和目標(biāo)檢測信噪比門限可根據(jù)實際對目標(biāo)跟蹤性能的要求設(shè)定兩個數(shù)值。

目標(biāo)精度門限表示預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)跟蹤精度要求，在此，采用預(yù)先設(shè)定初值的期望協(xié)方差矩陣表示目標(biāo)跟蹤精度門限。協(xié)方差矩陣現(xiàn)已在目標(biāo)跟蹤中得到廣泛應(yīng)用。期望協(xié)方差矩陣越大，表示要求達(dá)到的目標(biāo)跟蹤精度越低，反之亦然。故，設(shè)定一個期望協(xié)方差矩陣值，可以保證目標(biāo)跟蹤性能。

目標(biāo)跟蹤過程中需要對目標(biāo)進(jìn)行檢測。預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)檢測信噪比門限越高，表示跟蹤過程中的目標(biāo)檢測性能越好。故，設(shè)定一個信噪比門限，可以保證跟蹤過程中的目標(biāo)檢測性能。

步驟2：根據(jù)指定的期望協(xié)方差矩陣pd和目標(biāo)檢測信噪比門限snrmin，建立無源協(xié)同下基于射頻隱身的雷達(dá)組網(wǎng)資源控制數(shù)學(xué)模型：

式中，pi(k)為k時刻雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的截獲概率，δt(k+1)為k時刻的預(yù)測采樣間隔，snr(k)為k時刻的目標(biāo)檢測信噪比，為k時刻的預(yù)測協(xié)方差矩陣，和分別為k時刻雷達(dá)發(fā)射機輻射功率pt(k)的上、下限，td(k)為k時刻的雷達(dá)發(fā)射機駐留時間，tr為雷達(dá)脈沖重復(fù)間隔，為雷達(dá)發(fā)射機駐留時間上限。

基于此模型，通過后續(xù)步驟來優(yōu)化雷達(dá)發(fā)射機的開/關(guān)機狀態(tài)，雷達(dá)發(fā)射機的駐留時間和輻射功率，以獲得雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的最小截獲概率。

步驟3：計算預(yù)測目標(biāo)協(xié)方差矩陣，

本發(fā)明采用交互式多模型擴展卡爾曼濾波(interactingmultiplemodelextendedkalmanfilter)方法對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤濾波。

雷達(dá)信號處理中，交互多模型算法采用多個模型對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，i表示模型的編號。令為k時刻模型i的目標(biāo)狀態(tài)預(yù)測，uⁱ(k+1|k)為相應(yīng)的預(yù)測模型概率，pⁱ(k+1|k)為模型i的預(yù)測狀態(tài)協(xié)方差矩陣，可以得到k時刻的交互式預(yù)測目標(biāo)狀態(tài)為：

k時刻的交互式預(yù)測協(xié)方差矩陣為：

步驟4：根據(jù)期望協(xié)方差矩陣pd與預(yù)測目標(biāo)協(xié)方差矩陣之差，判斷預(yù)測目標(biāo)跟蹤精度是否滿足要求。當(dāng)期望協(xié)方差矩陣與預(yù)測目標(biāo)協(xié)方差矩陣之差為半正定矩陣，即，兩個矩陣之差大于等于零即表示兩者之差為半正定矩陣，如下式所示。

步驟5：當(dāng)預(yù)測目標(biāo)跟蹤精度滿足要求，即期望協(xié)方差矩陣與預(yù)測目標(biāo)協(xié)方差矩陣之差為半正定矩陣時，下一時刻組網(wǎng)系統(tǒng)中雷達(dá)發(fā)射機關(guān)機，采用tdoa無源傳感器協(xié)同對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；否則，下一時刻雷達(dá)發(fā)射機開機對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，獲取并預(yù)測目標(biāo)狀態(tài)信息，根據(jù)預(yù)測目標(biāo)運動狀態(tài)確定下一時刻雷達(dá)發(fā)射機的駐留時間和輻射功率。

s51、確定下一時刻雷達(dá)發(fā)射機的駐留時間td：

目標(biāo)跟蹤狀態(tài)下雷達(dá)發(fā)射機的截獲概率為：

式中，ti為截獲接收機的掃描時間，p'fa為截獲接收機的虛警概率，pt為雷達(dá)發(fā)射機的輻射功率，gt為達(dá)發(fā)射機的發(fā)射天線增益，gi為截獲接收機在雷達(dá)發(fā)射機方向上的接收天線增益，λ為雷達(dá)發(fā)射機的波長，gip為截獲接收機處理器凈增益，rt為雷達(dá)發(fā)射機與目標(biāo)之間的距離，k為玻爾茲曼常數(shù)，to為截獲接收機的噪聲溫度，bi為截獲接收機系統(tǒng)帶寬，fi為截獲接收機噪聲系數(shù)。erfc(·)是誤差補函數(shù)，其計算公式為：

確定使得式(7)中截獲概率最小的值為下一時刻雷達(dá)發(fā)射機的駐留時間，即：

式中，pi為雷達(dá)發(fā)射機的截獲概率，pi(tτ)表示雷達(dá)脈沖重復(fù)間隔tr對應(yīng)的截獲概率，表示雷達(dá)發(fā)射機駐留時間上限對應(yīng)的截獲概率；

s52、確定下一時刻雷達(dá)發(fā)射機的駐留時間td：

根據(jù)雷達(dá)方程，在已知目標(biāo)位置和目標(biāo)雷達(dá)散射截面(radarcrosssection，rcs)的情況下，其中，目標(biāo)雷達(dá)散射截面由先驗信息獲得，先驗信息，即事先獲得的關(guān)于目標(biāo)雷達(dá)散射截面的軍事情報或者經(jīng)電磁建模計算得到的雷達(dá)散射截面數(shù)值。從而，得到雷達(dá)發(fā)射機輻射功率pt：

式中，br是雷達(dá)接收機匹配濾波器的帶寬，rrj是目標(biāo)與第j部雷達(dá)接收機之間的距離，σt是目標(biāo)rcs，是發(fā)射機波束指向與雷達(dá)陣面法線方向的夾角。

c1為與雷達(dá)系統(tǒng)有關(guān)的常數(shù)，

其中，η為天線效率，n為天線陣元數(shù)目，grp為雷達(dá)接收機處理器凈增益，fr是雷達(dá)接收機噪聲系數(shù)。

步驟6：返回步驟3，直到跟蹤過程結(jié)束。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。