1.一种面向低空目标定位的机载相控阵雷达资源管理方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:基于低空目标的先验信息计算最小无杂波带宽,具体为:
S101:将雷达波束划分为m个距离分辨率单元,目标q所在单元的距离分辨率ΔR满足其中m表示距离分辨率单元的个数,Dq是雷达到目标q的距离; 是沿定位目标q波束方向上雷达与地面的距离;
S102:利用公式 计算雷达定位目标q所分配的最小无杂波带宽,c为光速,Dq,g是沿定位目标q波束方向上目标q与地面的距离;
S2:以最大化雷达收益为目标函数,以最小无杂波带宽、目标定位精度、雷达孔径和总功率为约束条件,建立面向低空目标定位的机载相控阵雷达资源管理模型;
S3:根据目标收益和资源消耗定义性价比函数,利用贪婪算法优化机载相控阵雷达目标选择和功率分配,获取雷达收益最大化的资源分配方案。
2.根据权利要求1所述的一种面向低空目标定位的机载相控阵雷达资源管理方法,其特征在于,步骤S2中,所述的面向Q个低空目标定位的机载相控阵雷达资源管理模型为:其中ω=[ω1,ω2,…,ωq,…,ωQ]表示目标收益
矢量,其中ωq表示定位第q个目标对雷达的收益; 表示通过优化变量u、P、B、N使目标函数ω最大化;C(ψ,N,P,B)为克拉美罗下界矩阵,ψ=[ψ1,ψ2,…,ψq,…,ψQ]是目标位置状态矢T量,其第q个元素为ψq=[xq,yq],表示第q个目标的位置状态,xq、yq分别表示二维平面上第q个目标在x轴与y轴上的位置;εp表示目标定位的预定精度;N=[N1,N2,…,Nq,…,NQ]是雷达孔径矢量,其第q个元素为Nq,表示机载相控阵雷达定位第q个目标时分配的雷达孔径;P=[P1,P2,…,Pq,…,PQ]是功率矢量,其第q个元素为Pq,表示相控阵雷达定位第q个目标发射的功率;B=[B1,B2,…,Bq,…,BQ]是带宽矢量,其第q个元素为Bq,表示相控阵雷达定位第q个目标时分配的信号带宽;u=[u1,u2,…,uq,…,uQ]是状态矢量,uq表示第q个目标是否被定位:uq=1时,定位目标q时所分配的功率、带宽和孔径均为正;uq=0时,定位目标q时所分配的功率、带宽和孔径均为0;Bmin,q表示第q个目标的最小无杂波带宽;Btotal为相控阵雷达的总带宽;Ptotal表示相控阵雷达的总功率;Ntotal为相控阵雷达总的阵元数。
3.根据权利要求2所述的一种面向低空目标定位的机载相控阵雷达资源管理方法,其特征在于,求解克拉美罗下界矩阵C(ψ,N,P,B)的过程为:根据时间延迟定位与到达方向定位,分别求解费舍尔矩阵并联合,对联合后的费舍尔矩阵求逆,获得克拉美罗下界矩阵C(ψ,N,P,B)。
4.根据权利要求3所述的一种面向低空目标定位的机载相控阵雷达资源管理方法,其特征在于,所述根据时间延迟定位求解的费舍尔矩阵为 式中Pq表示相控阵雷达定位第q个目标发射的功率,Bq表示相控阵雷达定位第q个目标时分配的信号带宽,Nq表示机载相控阵雷达定位第q个目标时分配的雷达孔径; 其中G为雷达增益,ξq为目标q的雷达反射截面积,Dq是雷达到目标q的距离,为零均值高斯白噪声的方差, 其中c为光速,xq、
P P
yq分别表示二维平面上第q个目标在x轴与y轴上的位置,x、y分别表示二维平面上雷达在x轴与y轴上的位置。
5.根据权利要求4所述的一种面向低空目标定位的机载相控阵雷达资源管理方法,其特征在于,根据到达方向定位求解的费舍尔矩阵为 式中其中
6.根据权利要求4或5所述的一种面向低空目标定位的机载相控阵雷达资源管理方法,其特征在于,联合时间延迟定位与到达方向定位的费舍尔矩阵为JT‑D(ψq)=JT(ψq)+JD(ψq),对 此 费 舍 矩 阵 求 逆 获 得 克 拉 美 罗 下界 矩阵 ,即 克 拉 美 罗 下界 矩阵
7.根据权利要求2所述的一种面向低空目标定位的机载相控阵雷达资源管理方法,其特征在于,步骤S3的过程为:S301:设定目标q的性价比为 其中ωq表示定位第q个目标对雷达的收益,Dq为雷达到目标q的距离,Dq,g是在目标q的方向上目标q与地面的距离,分别计算Q个目标的性价比并从低到高排序,命名为目标组;
S302:选取性价比最高的Z个目标,加入定位组,Z
S303:在总带宽和总孔径资源限制下,优化功率P、带宽B和孔径N,利用交替迭代法计算满足定位精度约束条件时定位Z个目标时所需的最小总功率;
S304:若此时的最小总功率小于雷达的总功率Ptotal,则表示此时的Z个目标为有效定位组,反之依次将性价比最低的目标从定位组去除,直至定位组所需的最小总功率小于雷达的总功率Ptotal;
S305:取最终的有效定位组中的目标为最优组合,收益之和为机载相控阵雷达获得的最大收益。
8.根据权利要求7所述的一种面向低空目标定位的机载相控阵雷达资源管理方法,其特征在于,步骤S301中, 其中k1是大于零的常数。
9.根据权利要求7所述的一种面向低空目标定位的机载相控阵雷达资源管理方法,其特征在于,步骤S303的具体过程为:S303‑1:结合tr(C(ψ,N,P,B))≤εp,获取功率关于带宽和孔径的总功率目标函数P=f(B,N),再结合 将等式约束部分转换为惩罚函数加入到总功T T 2 T 2
率目标函数中,获得目标函数f(P,B,N)=1P+(1B‑Btotal) +(1N‑Ntotal) ;
S303‑2:均匀分配孔径,并设定分配给定位组中Z个目标的孔径Nk,opt的初始值为N0,即此时Nk,opt=N0;
S303‑3:带宽优化:将功率P转换为关于带宽B的函数,此时目标函数为:利用梯度下降法: 其中α表示学
习率,为一常数,求解第k次迭代定位组内的最优带宽分配Bk,opt;
S303‑4:孔径优化:令B=Bk,opt,此时功率P为关于孔径N的函数,目标函数为:利用梯度下降法: 求解第k次迭
代定位组内的最优孔径分配Nk,opt;
S303‑5:将Bk,opt、Nk,opt代入P=f(B,N)求解对应的第k次迭代最优的功率分配Pk,opt。
10.一种面向低空目标定位的机载相控阵雷达资源管理系统,其特征在于,包括以下模块:计算最小无杂波带宽模块:用于基于低空目标的先验信息,计算最小无杂波带宽,具体包括以下单元:确定距离分辨率单元:用于将雷达波束划分为m个距离分辨率单元,使距离分辨率ΔR满足 其中Dq为雷达到目标q的距离; 是沿定位目标q波束方向上雷达与地面的距离;
获取最小无杂波带宽单元:用于根据公式 计算雷达定位目标q所分配的最小无杂波带宽,其中c为光速,Dq,g是沿定位目标q波束方向上目标q与地面的距离;
建立资源管理模型模块:用于以最大化雷达收益为目标函数,以最小无杂波带宽、目标定位精度、雷达孔径和总功率为约束条件,建立面向低空目标定位的机载相控阵雷达资源管理模型;
获取最大化收益方案模块:用于根据目标收益和资源消耗定义性价比函数,利用贪婪算法优化机载相控阵雷达目标选择和功率分配,获取雷达收益最大化的资源分配方案。