一种基于脉冲交错的ISAR成像雷达资源自适应调度方法技术

提供一种基于脉冲交错的ISAR成像雷达资源调度方法，包括：第一步：发送少量脉冲对目标特征进行认知；第二步：利用认知结果计算观测维度等参数；第三步：在满足资源约束的前提下，利用脉冲交错技术对各个雷达成像任务进行调度；第四步：将调度成功的任务利用稀疏孔径观测成像。大大提高了系统的调度成功率和资源利用率。在成像目标特征认知后，可以通过平均交错度的变化曲线推断出系统的饱和容量，使调度方法更有效。

Adaptive resource scheduling method for ISAR imaging radar based on pulse interleaving

Provide a ISAR imaging radar resource scheduling method based on pulse interleaving includes: the first step: to send a few pulse cognitive features of the target; the second step: the cognitive results of observation dimensions and other parameters; the third step: in the resource constraint, using the pulse interleaving scheduling of each task of radar imaging technology; fourth step: the successful scheduling task using sparse aperture imaging. Greatly improve the system scheduling success rate and resource utilization. After the feature recognition of the imaging target, the saturation capacity of the system can be deduced by the change curve of the average cross degree, so that the scheduling method is more effective.

【技术实现步骤摘要】
一种基于脉冲交错的ISAR成像雷达资源自适应调度方法
本专利技术涉及信息处理技术与优化调度策略，具体涉及一种基于脉冲交错的ISAR成像雷达资源自适应调度方法。
技术介绍
近年来，相控阵雷达技术获得了长足的发展，并已经得到了广泛应用。相比于常规机械扫描雷达，相控阵雷达微秒量级的波束捷变能力、可控制的空间功率和时间资源分配等特点使其在时间、能量管理方面具有无法比拟的优势。合理、灵活、高效的调度策略是其能否发挥其优势的关键所在。常见的调度方法主要可分为两大类：模板法和自适应调度方法。其中自适应调度方法能够根据工作环境和任务需求灵活地调整资源调度策略，是最有效但也最为复杂的调度方法。脉冲交错理论的提出为进一步提升系统的资源利用率提供了新的途径，其基本思想是可利用发收脉冲间的等待期交错调度其他任务。从脉冲角度出发，进一步提高雷达资源的利用率。谢潇潇等《一种改进的相控阵雷达脉冲交错算法》(雷达科学与技术,2013,4(2):185-191)提出了针对相控阵雷达的在线脉冲交错调度算法，提高了时间利用率和能量利用率；赵洪涛等《数字阵列雷达波束驻留调度间隔分析算法》(信息与电子工程,2011,9(1):17-21)针对数字阵列雷达波束驻留调度问题，提出了基于调度间隔分析的调度算法；等等。然而这些算法大都只是对目标的搜索和跟踪任务进行资源调度，没有将成像任务考虑在内。在实际情况中，目标成像可为目标分类与识别提供重要支撑信息，是相控阵雷达的重要功能之一。现有的相控阵雷达资源调度策略大多需要分出一部分连续的固定的资源实现成像功能，因此资源利用率较低。在压缩感知理论框架下，对目标的连续观测成像可以转化为随机稀疏观测成像，并在稀疏孔径条件下获得高质量的目标ISAR像，这为将成像任务需求纳入相控阵雷达资源调度模型提供了有效的技术支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，提出一种基于脉冲交错的ISAR成像雷达资源自适应调度方法，包括下列步骤：步骤一：建立一种雷达成像驻留任务模型：式中，txj，twj，trj分别代表驻留j(j＝1,2)的发射期，等待期和接收期；eti与sti分别为第i个任务的期望调度起始时刻和实际调度起始时刻；Tci为第i个任务的方位向相干累积时间；ωi为第i个任务的时间窗，规定最早调度起始时间为期望调度起始时刻；向量T表示离散化后时间间隔的调度状态；ai为第i个任务的任务编号；q1,q2,q3,q4为调整系数；第一个和第二个约束表示任务调度需满足的时间约束条件；第三到第五个约束表示成像任务需要满足的稀疏孔径条件和观测时间范围；第六个约束条件表示任务调度需满足的能量约束条件。步骤二：雷达成像任务调度方法，具体包含下面步骤：第一步：发送少量脉冲对目标特征进行认知；根据回波反馈信息，计算各目标成像所需要的方位向相干积累时间、观测维度；所述认知目标特征的具体过程为：目标距离速度和航向使用传统雷达常规方法进行测定；对各目标发送少量连续脉冲，得到粗分辨ISAR像；速度和航向可使用传统雷达常规方法进行测定；目标尺寸可由目标的粗分辨ISAR像估计得出；方位向稀疏度定义为对目标粗分辨ISAR像各方位向的距离单元大于设定阈值的距离单元数；观测时间通过定义基准目标成像所需的基准方位向分辨率计算得出；相对优先级Pk根据目标的距离、速度和航向等参数加权得到；第二步：利用认知结果计算观测维度等参数；第三步：在满足资源约束的前提下，利用脉冲交错技术对各个雷达成像任务进行调度；所述具体步骤为P1：将N个成像任务中最晚调度起始时刻小于t0的任务和最早调度起始时刻与方位向相干累积时间之和大于tend的任务加入删除链表，剩余N-K个任务按照优先级从高到低排列送入执行链表，初始化该调度间隔内的各时间槽能量状态，令i＝1；P2：定义tp_first指向第i个成像任务的第一个发射脉冲，即期望调度起始时刻，tp_end指向最后一个发射脉冲，则P3：若在tp_first与tp_end确定的首尾发收脉冲对区间内，满足时间和能量约束条件成功插入Mi-2个发收脉冲对，则按此方式调度该成像任务，并更新各时间槽能量状态，i＝i+1，转P4；否则，令tp_first＝tp_first+Δtp，tp_end＝tp_end+Δtp(Δtp为最小指针滑动步长)；若tp_first＜eti+ωi，返回P3，否则认为该任务调度失败并将其加入删除链表，i＝i+1，并返回P2；P4：若i≤N-K，返回P2，否则转第四步。所述资源约束的前提包括时间资源约束条件和能量资源约束条件，时间资源约束条件应满足在不与原驻留任务发射期和接收期相冲突的前提下，利用等4期的时间资源发射或接收其他驻留任务；脉冲交错形式分为交叉交错与内部交错，两种交错方式需要分别满足的时间约束条件如下：(a)tw1≥tx2,tw2≥tr1,tx2+tw2≥tx1+tr1(2)(b)tw1≥tx2+tw2+tr2(3)雷达系统在t时刻的瞬态能量可以表示为：式中，P(x)为系统的功率参数，τ为系统的回退参数，其中，上式的实质是对功率函数进行指数加权求和，早期发射脉冲的能量加权系数小，近期发射脉冲的能量加权系数大；若系统在t时刻的能量状态临近瞬态能量上限Emax，则此时不能继续发射脉冲，需要一段冷却时间tc使能量恢复到正常值El，也就是说，在[t,t+tc]时间段内，系统不再发射脉冲，但可以正常接收脉冲；若设t时刻系统的瞬态能量为E(t)，则在t+tc时刻，系统的瞬态能量为：令E(t)＝Emax，E(t+tc)＝El，则系统冷却时间tc的表达式为：进而得到系统冷却速率vE的表达式为：系统的能量状态在Δt时间内的减少量ΔE可表示为：在脉冲交错的过程中，系统的能量约束条件可定义为系统在任意t时刻均不能超过最大瞬时能量阈值Emax，即：E(t)≤Emax(9)。第四步：将调度成功的任务利用稀疏孔径观测成像。假设经过特征认知后得到第i个目标成像积累时间为则雷达共发射个脉冲，将完成距离向处理的全孔径信号离散化表示为sr(t,m),m＝1,2,...,N；仅对目标发射M(M＜N)个子脉冲，稀疏孔径信号可表示为sr(t,m′),m′＝1,2,…,M；若第i个目标的估计稀疏度为则第i个目标降维处理后的方位向观测维度为：其中c为是一个与恢复精度有关的常数，选择傅里叶变换矩阵作为信号x的稀疏变换矩阵Ψ，根据稀疏孔径分布情况，设计观测矩阵Φ满足：通过求解最优化问题重构方位向信息：对每一距离单元按上述方法进行方位向成像，得到的矩阵形式即为目标二维ISAR像。本专利技术提出了一种基于脉冲交错的ISAR成像雷达资源自适应调度方法，建立了合理的脉冲交错驻留的资源调度模型，设计了时间与能量资源双重约束下在线脉冲交错的实现方法。与传统调度方法相比，本专利技术方法通过合理利用脉冲等待期的资源，大大提高了系统的调度成功率和资源利用率。在成像目标特征认知后，可以通过平均交错度的变化曲线推断出系统的饱和容量，使调度方法更有效。通过计算本专利技术稀疏孔径成像结果与传统全孔径成像结果的峰值信噪比，可以看出，本专利技术方法能够在显著提高雷达资源利用率的同时，获得满意的成像质量。附图说明图1示出本专利技术方法与传统方法的性能指标对比，1(a)为调度成功率对比，1(b)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于脉冲交错的ISAR成像雷达资源自适应调度方法，包括下列步骤：步骤一：建立一种雷达成像驻留任务模型：

【技术特征摘要】
1.一种基于脉冲交错的ISAR成像雷达资源自适应调度方法，包括下列步骤：步骤一：建立一种雷达成像驻留任务模型：式中，txj，twj，trj分别代表驻留j(j＝1,2)的发射期，等待期和接收期；eti与sti分别为第i个任务的期望调度起始时刻和实际调度起始时刻；Tci为第i个任务的方位向相干累积时间；ωi为第i个任务的时间窗，规定最早调度起始时间为期望调度起始时刻；向量T表示离散化后时间间隔的调度状态；ai为第i个任务的任务编号；q1,q2,q3,q4为调整系数；第一个和第二个约束表示任务调度需满足的时间约束条件；第三到第五个约束表示成像任务需要满足的稀疏孔径条件和观测时间范围；第六个约束条件表示任务调度需满足的能量约束条件；步骤二：雷达成像任务调度方法，具体包含下面步骤：第一步：发送少量脉冲对目标特征进行认知；根据回波反馈信息，计算各目标成像所需要的方位向相干积累时间、观测维度；第二步：利用认知结果计算观测维度等参数；第三步：在满足资源约束的前提下，利用脉冲交错技术对各个雷达成像任务进行调度；第四步：将调度成功的任务利用稀疏孔径观测成像。2.如权利要求1所述的一种基于脉冲交错的ISAR成像雷达资源自适应调度方法，其步骤二的第一步所述认知目标特征的具体过程为：目标距离速度和航向使用传统雷达常规方法进行测定；对各目标发送少量连续脉冲，得到粗分辨ISAR像；速度和航向可使用传统雷达常规方法进行测定；目标尺寸可由目标的粗分辨ISAR像估计得出；方位向稀疏度定义为对目标粗分辨ISAR像各方位向的距离单元大于设定阈值的距离单元数；观测时间通过定义基准目标成像所需的基准方位向分辨率计算得出；相对优先级Pk根据目标的距离、速度和航向等参数加权得到。3.如权利要求1所述的一种基于脉冲交错的ISAR成像雷达资源自适应调度方法，其步骤二的第三步具体包括：P1：将N个成像任务中最晚调度起始时刻小于t0的任务和最早调度起始时刻与方位向相干累积时间之和大于tend的任务加入删除链表，剩余N-K个任务按照优先级从高到低排列送入执行链表，初始化该调度间隔内的各时间槽能量状态，令i＝1；P2：定义tp_first指向第i个成像任务的第一个发射脉冲，即期望调度起始时刻，tp_end指向最后一个发射脉冲，则P3：若在tp_first与tp_end确定的首尾发收脉冲对区间内，满足时间和能量约束条件成功插入Mi-2个发收脉冲对，则按此方式调度该成像任务，并更新各时间槽能量状态，i＝i+1，转P4；否则，令tp_first＝tp_first+Δtp，tp_end＝tp_end+Δtp(Δtp为最小指针滑动步长)；若tp_first＜eti+ωi，返回P3，否则认为该任务调度失败并将其加入删除链表，i＝i+1，并返回P2；P4：若i≤N-K，返回P2，否则转...

【专利技术属性】
技术研发人员：张群，孟迪，罗迎，陈怡君，李开明，张慧伟，李彬彬，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61