1.针对组网雷达目标跟踪的功率带宽联合分配方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:基于组网雷达系统,在k时刻利用卡尔曼滤波对目标进行跟踪,获取k+1时刻目标状态的预测信息;
S2:利用k+1时刻目标的状态预测信息获取目标状态估计的FIM行列式,以衡量目标的跟踪精度;
S3:以最大化FIM的行列式为目标函数,建立包含功率和带宽两个变量的双变量优化问题;
S4:将双变量优化问题描述为最大化联盟利益的合作博弈优化模型;
S5:利用Shapley值算法结合循环最小化算法求解合作博弈优化模型,获得k+1时刻的最优功率和带宽分配方案。
2.根据权利要求1所述的针对组网雷达目标跟踪的功率带宽联合分配方法,其特征在于,所述步骤S1中组网雷达系统为包含N个雷达发射节点和M个雷达接收节点的收发分置系统,接收节点m处接收到的信号可以表示为:其中,sn(t)是发射节点n发射的基带信号;αnm为信道增益;pn表示发射节点n的发射功率;hnm表示发射节点n经过目标到接收节点m路径上的反射系数;τnm表示发射节点n经过目标到接收节点m路径上的信号时间延迟; 为复高斯加性白噪声,方差为N0。
3.根据权利要求1所述的针对组网雷达目标跟踪的功率带宽联合分配方法,其特征在于,所述步骤S1中卡尔曼滤波包括卡尔曼滤波目标运动模型和卡尔曼滤波雷达测距模型,卡尔曼滤波目标运动模型建立为:xk+1=Fkxk+Qk(2)
其中, 是第k个跟踪时刻的目标状态,xk和yk分别表示k时刻目标在X轴和Y轴上的坐标位置, 和 分别表示k时刻目标在X轴和Y轴方向上的速度,Fk为状态转移矩阵:其中,T表示雷达扫描周期,Qk~CN(0,Σk)为状态转移噪声,Σk为状态噪声方差。
4.根据权利要求3所述的针对组网雷达目标跟踪的功率带宽联合分配方法,其特征在于,所述步骤S1中卡尔曼滤波雷达测距模型建立为:其中, 表示k时刻雷达接收节点m的观测,且和 分别表示
T
发射节点n和接收节点m到目标的距离,εm=[ε1m,...,εNm]表示观测噪声,并且2
其中,SNRnm=(αnm|hnm| pn)N0表示由发射节点n发射的信号经过目标并被接收节点m接收的回波信噪比;bn表示发射节点n发射信号的等效带宽,则k时刻的观测集合为
5.根据权利要求1所述的针对组网雷达目标跟踪的功率带宽联合分配方法,其特征在于,所述步骤S2中k+1时刻目标状态估计的FIM行列式的计算方法为:其中, 与由k时刻的已知信息得到;eij和hi由k+1时刻的预测信息得到
2 2
其中,κ=8π(cN0)为常量,c表示光速; 为矩阵Dk的第(i,j)个元素;Anm、Bnm和Cnm可表示为2
Anm=αnm|hnm|(11)
其中, 和 分别表示发射节点n和接收节点m的坐标位置。
6.根据权利要求1所述的针对组网雷达目标跟踪的功率带宽联合分配方法,其特征在于,所述步骤S3中功率和带宽的联合优化问题建立为:min
其中,利用跟踪精度最差目标FIM行列式det(Jk+1) 来反映系统的整体跟踪性能,优化min T T目标函数为U(b,p)=det(Jk+1) ;b=[b1,...,bN]表示带宽分配向量;p=[p1,...,pN] 表示功率分配向量;bmin和bmax分别表示最小发射带宽和最大发射带宽约束;pmin和pmax分别表示最小发射功率和最大发射功率约束;btot和ptot分别表示雷达系统的总带宽和总功率。
7.根据权利要求6所述的针对组网雷达目标跟踪的功率带宽联合分配方法,其特征在于,所述步骤S4中合作博弈功率带宽联合优化模型的建立方法为:A1:根据CMA方法将式双变量优化问题(14)转变为两个单变量优化问题式(14)的优化目标函数写为
其中,
2
[F]ij=fij=bi'pieijpjb'j+hibi'pibtot+hjb'jpjbtot(18)近似将bi=bi·bi',i=1,…,N,其中bi'表示上次更新时的变量带宽;
优化问题(16)的目标函数可以写为:
其中,
A2:建立合作博弈模型为
A3:定义特征函数V(N)为N中雷达发射节点合作得到的FIM行列式;
A4:将特征函数V描述为加权图的形式(v,g),其中v是代表各成员的顶点,g表示任意两成员之间的合作,成员i和j合作的贡献定义为权重wij;
A5:将优化问题(15)建立的合作博弈模型权重wij定义为bifijbj;优化问题(16)建立的合作博弈模型权重wij定义为pivijpj。
8.根据权利要求1所述的针对组网雷达目标跟踪的功率带宽联合分配方法,其特征在于,所述步骤S5中合作博弈Shapley值算法的步骤如下:B1:获取初始可行解b;
B2:计算合作博弈Shapley值的权重wij=bifijbj,i,j=1,…,N;
B3:计算Shapley值
T
B4:根据Shapley值的占比为b=[b1,...,bN]分配值,根据约束条件1:bmin≤bi≤bmax,i=1,…,N,bi的值可由下式计算:该式满足当Shapley值取最小为零时能够使bi分配到最小值bmin,当Shapley值取最大即与总的Shapley值之比为1时,能够使bi分配到最大值bmax;
B5:将约束条件2: 带入bi的计算公式,得到bi的计算结果:B6:得到b的优化结果
9.根据权利要求7所述的针对组网雷达目标跟踪的功率带宽联合分配方法,其特征在于,所述步骤S5中功率和带宽最优分配的求解方法为:opt 0
C1:设置功率分配初始值p =p;
opt
C2:固定各雷达节点功率p ,目标函数可以写为式(17),通过合作博弈Shapley值算法opt求解,可得到带宽分配的最优解b ;
opt opt
C3:固定各雷达节点带宽b ,目标函数可以重新写为式(19),功率最优分配p 的求解opt方式与b 相同,通过合作博弈Shapley值算法求解;
C4:转到步骤C2,直到跟踪精度结果满足收敛条件,最终得到k+1时刻的带宽和功率最opt opt优分配结果b 、p 。
10.根据权利要求7所述的针对组网雷达目标跟踪的功率带宽联合分配方法,其特征在于,所述步骤S5中功率和带宽最优分配的求解方法为:opt 0
D1:设置带宽分配的初始值b =b;
opt
D2:固定各雷达节点带宽b ,目标函数可以重新写为式(19),通过合作博弈Shapley值opt算法求解,可得到功率分配的最优解p ;
opt
D3:固定各雷达节点功率p ,目标函数可以写为式(17),通过合作博弈Shapley值算法opt求解,可得到带宽分配的最优解b ;
D4:转到步骤C2,直到跟踪精度结果满足收敛条件,最终得到k+1时刻的带宽和功率最opt opt优分配结果b 、p 。