基于遗传算法的ISAR资源调度方法技术

本发明专利技术公开一种基于遗传算法的ISAR资源调度方法，主要解决现有方法调度序列评价值不稳定与调度成功率低的问题。其方案为：1、生成调度序列并初始化参数；2、使用启发‑遗传算法计算调度序列评价值；3、根据调度序列评价值更新调度库；4、根据调度序列评价值计算适应度值；5、对调度序列进行基因编码；6、根据适应度值对基因序列进行基因交叉；7、对交叉后基因序列进行基因变异；7、对变异后基因序列进行解码；8、循环步骤2到7得到资源调度结果。本发明专利技术根据调度序列的评价值更新调度库得到资源调度结果，提高了调度序列评价值的稳定性和ISAR任务调度成功率，可用于在有限的观测时间内，利用有限的雷达资源对多个目标进行成像。

ISAR Resource Scheduling Method Based on Genetic Algorithms

【技术实现步骤摘要】
基于遗传算法的ISAR资源调度方法
本专利技术属于雷达
，更进一步涉及一种逆合成孔径雷达ISAR资源调度方法，可用于在有限的观测时间内，利用有限的雷达资源对多个目标进行成像。
技术介绍
在面对多个ISAR成像任务的情况下，由于雷达资源有限，ISAR需要为各个成像任务留出大量雷达资源，这将导致成像任务的成功执行率较低。ISAR成像资源调度方法在压缩感知理论指导下将慢时间上的连续观测转化为随机稀疏观测，使用稀疏重构的方法进行ISAR成像，以此降低成像任务占用的雷达资源，对成功调度目标交替发射和接收脉冲，从而增加了雷达时间资源利用率，提高了成像任务的成功执行率。陈怡君等人在其发表的论文“基于认知ISAR成像的相控阵雷达资源自适应调度算法”(电子与信息学报第36卷第7期2014年)中阐述了一种基于稀疏孔径认知ISAR成像的雷达资源自适应调度方法。该方法步骤如下：1、发射少量脉冲对目标特征进行认知；2、确定成像任务的成像积累时间和优先级；3、按照优先级对成像任务排序，按照各个成像任务的排序结果，依次寻找满足资源调度约束条件的调度结果。该方法虽然提出了一种认知ISAR成像资源调度方法，但是，该方法仍然存在的不足之处是：优先调度优先级高的成像任务可能使得后续多个低优先级成像任务调度失败，导致任务成功执行率低。孟迪等人在其发表的论文“基于脉冲交错的ISAR成像雷达资源自适应调度算法”(空军工程大学报第18卷第2期2017年)中阐述了一种基于稀疏孔径认知ISAR成像的雷达资源自适应调度方法。该方法步骤如下：1、对目标发射少量脉冲进行特征初始认知；2、确定成像任务优先级与成像任务所需方位向观测观测维度；3、按优先级排列符合要求的调度任务，在调度间隔内分配成像任务的时间资源。该方法由于未考虑雷达发射机瞬时能量损耗约束，且在资源调度的过程中对ISAR成像任务的脉冲发射时刻在慢时间网格上随机取值，导致了任务成功执行率低，成功调度ISAR成像任务的集合的评价值不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于遗传算法的ISAR资源调度方法，以随机生成调度序列并使用遗传算法求解最优调度序列，提高任务成功执行率，并使用基于遗传算法的子脉冲选择方法求解最优子脉冲发射时刻序列，提高调度成功率低和成功ISAR成像任务的集合的评价值的稳定性。实现本专利技术目的的具体步骤包括如下：(1)生成调度序列并初始化遗传算法参数：(1a)将ISAR成像任务序列[1,2,······,K]进行随机排列，生成N个不同的调度序列，其中，K表示ISAR成像任务的总数，N表示在[30,100]之间选取的一个偶数值；(1b)初始化遗传算法的遗传数设置为1，遗传代数为15；(2)计算每个调度序列的评价值：(2a)从N个调度序列中依次选取未选过的一个调度序列作为当前调度序列；(2b)利用启发-遗传算法进行资源调度，分别得到当前调度序列的成功调度ISAR成像任务集合An、成功调度任务脉冲的发射时刻序列Tn及评价值En；(2c)判断N个调度序列中是否存在未选取的调度序列，若是，则返回(2a)，否则，执行(3)；(3)更新调度库：(3a)判断调度库是否为空集，若是，则执行(3b)，否则，执行(3c)；(3b)在调度库中存入N个调度序列及每个调度序列的An、Tn、En；(3c)更新调度库中的调度序列、调度序列的评价值ED、成功调度ISAR成像任务集合AD、成功调度任务脉冲的发射时刻序列TD；(4)计算每个调度序列的适应度值：(4a)更新每个调度序列的评价值；(4b)按照下式，计算更新后的每个调度序列的适应度值：其中，ui表示更新后第i个调度序列的适应度值，fi表示更新后第i个调度序列的评价值，fmax表示更新后N个调度序列评价值中的最大值，fmin表示更新后N个调度序列评价值中的最小值；(5)对更新后每个调度序列进行编码：(5a)从更新后N个调度序列中，依次选取一个未选过的调度序列，作为当前调度序列；(5b)从当前调度序列中，依次选取一个未选过的ISAR成像任务，将所选ISAR成像任务在任务列表中的位置序号，作为基因序列中与所选ISAR成像任务对应的码字，同时从任务列表中删去所选的ISAR成像任务；(5c)判断当前调度序列中是否选完所有的ISAR成像任务，若是，则执行(5d)，否则，返回(5b)；(5d)判断更新后的N个调度序列中是否选完所有的调度序列,若是，则执行(6)，否则，返回(5a)；(6)利用单点交叉方法，对N个基因序列的码字进行基因交叉；(7)对每个交叉后基因序列进行基因解码得到调度序列；(8)利用自适应变异方法与调度序列，对每个交叉后基因序列的码字进行基因变异：(9)对每个变异后基因序列进行解码，完成本次遗传；(10)判断遗传数是否小于遗传算法的终止数，若是，将遗传数加1后返回(2)，否则，执行(11)；(11)利用启发-遗传算法进行资源调度，计算出每个解码后调度序列的评价值，更新调度库；(12)输出调度库中评价值最高的调度序列及成功调度任务脉冲发射时刻序列作为调度结果。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：第一，由于本专利技术随机生成若干调度序列，使用遗传算法求解最优调度序列，克服了现有技术以ISAR成像任务优先级进行排序为调度序列，导致ISAR成像任务调度成功率降低问题，提高了ISAR成像任务的调度成功率。第二，由于本专利技术通过更新调度库，克服了现有技术只以一个确定调度序列为顺序依次进行ISAR成像资源调度，导致调度序列的评价值不稳定的问题，提高了调度序列评价值的稳定性。第三，由于本专利技术利用基于遗传算法的子脉冲选择方法调度发射任务，克服了现有技术在慢时间网格上随机取脉冲发射时刻，导致调度序列不稳定和ISAR成像任务调度成功率降低的问题，提高了调度序列评价值的稳定性和ISAR成像任务调度成功率。附图说明图1为本专利技术的实现流程图；图2为本专利技术中基于启发-遗传算法进行资源调度的子流程图；图3为本专利技术中基于遗传算法进行子脉冲选择的子流程图；图4为用现有技术进行资源调度的调度序列评价值图；图5为本专利技术进行资源调度的调度序列评价值图；图6为分别用本专利技术与现有技术进行资源调度的ISAR成像任务调度成功率对比图。具体实施方式下面结合附图对专利技术的实施例及效果做进一步描述。参照图1，对本专利技术的具体步骤如下：步骤1，生成调度序列。将ISAR成像任务序列[1,2,······,K]进行随机排列，生成N个不同的调度序列，其中，K表示ISAR成像任务的总数，N表示在[20,100]之间选取的一个整数值。将初始化遗传算法的遗传数设置为1。步骤2，计算每个调度序列的评价值En、成功调度ISAR成像任务集合An、成功调度任务脉冲的发射时刻序列Tn。2a)从N个调度序列中依次选取未选过的一个调度序列作为当前调度序列；2b)利用启发-遗传算法进行资源调度，分别得到当前调度序列的成功调度ISAR成像任务集合An、成功调度任务脉冲的发射时刻序列Tn及评价值En：参照图2，本步骤的具体实现如下：2b1)从当前调度序列中，依次选取一个未选过的ISAR成像任务；2b2)将所选ISAR成像任务的期望执行时刻ek，作为所选ISAR成像任务中第一个脉冲的发射时刻；2b3)判断max(t0,dk本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于遗传算法的ISAR资源调度方法，其特征在于，包括如下：(1)生成调度序列并初始化遗传算法参数：(1a)将ISAR成像任务序列[1,2,······,K]进行随机排列，生成N个不同的调度序列，其中，K表示ISAR成像任务的总数，N表示在[30,100]之间选取的一个偶数值；(1b)初始化遗传算法的遗传数设置为1，遗传代数为15；(2)计算每个调度序列的评价值：(2a)从N个调度序列中依次选取未选过的一个调度序列作为当前调度序列；(2b)利用启发‑遗传算法进行资源调度，分别得到当前调度序列的成功调度ISAR成像任务集合An、成功调度任务脉冲的发射时刻序列Tn及评价值En；(2c)判断N个调度序列中是否存在未选取的调度序列，若是，则返回(2a)，否则，执行(3)；(3)更新调度库：(3a)判断调度库是否为空集，若是，则执行(3b)，否则，执行(3c)；(3b)在调度库中存入N个调度序列及每个调度序列的An、Tn、En；(3c)更新调度库中的调度序列、调度序列的评价值ED、成功调度ISAR成像任务集合AD、成功调度任务脉冲的发射时刻序列TD；(4)计算每个调度序列的适应度值：(4a)更新每个调度序列的评价值；(4b)按照下式，计算更新后的每个调度序列的适应度值：...

【技术特征摘要】
1.一种基于遗传算法的ISAR资源调度方法，其特征在于，包括如下：(1)生成调度序列并初始化遗传算法参数：(1a)将ISAR成像任务序列[1,2,······,K]进行随机排列，生成N个不同的调度序列，其中，K表示ISAR成像任务的总数，N表示在[30,100]之间选取的一个偶数值；(1b)初始化遗传算法的遗传数设置为1，遗传代数为15；(2)计算每个调度序列的评价值：(2a)从N个调度序列中依次选取未选过的一个调度序列作为当前调度序列；(2b)利用启发-遗传算法进行资源调度，分别得到当前调度序列的成功调度ISAR成像任务集合An、成功调度任务脉冲的发射时刻序列Tn及评价值En；(2c)判断N个调度序列中是否存在未选取的调度序列，若是，则返回(2a)，否则，执行(3)；(3)更新调度库：(3a)判断调度库是否为空集，若是，则执行(3b)，否则，执行(3c)；(3b)在调度库中存入N个调度序列及每个调度序列的An、Tn、En；(3c)更新调度库中的调度序列、调度序列的评价值ED、成功调度ISAR成像任务集合AD、成功调度任务脉冲的发射时刻序列TD；(4)计算每个调度序列的适应度值：(4a)更新每个调度序列的评价值；(4b)按照下式，计算更新后的每个调度序列的适应度值：其中，ui表示更新后第i个调度序列的适应度值，fi表示更新后第i个调度序列的评价值，fmax表示更新后N个调度序列评价值中的最大值，fmin表示更新后N个调度序列评价值中的最小值；(5)对更新后每个调度序列进行编码：(5a)从更新后N个调度序列中，依次选取一个未选过的调度序列，作为当前调度序列；(5b)从当前调度序列中，依次选取一个未选过的ISAR成像任务，将所选ISAR成像任务在任务列表中的位置序号，作为基因序列中与所选ISAR成像任务对应的码字，同时从任务列表中删去所选的ISAR成像任务；(5c)判断当前调度序列中是否选完所有的ISAR成像任务，若是，则执行(5d)，否则，返回(5b)；(5d)判断更新后的N个调度序列中是否选完所有的调度序列,若是，则执行(6)，否则，返回(5a)；(6)利用单点交叉方法，对N个基因序列的码字进行基因交叉；(7)对每个交叉后基因序列进行基因解码得到调度序列；(8)利用自适应变异方法与调度序列，对每个交叉后基因序列的码字进行基因变异：(9)对每个变异后基因序列进行解码，完成本次遗传；(10)判断遗传数是否小于遗传算法的终止数，若是，将遗传数加1后返回(2)，否则，执行(11)；(11)利用启发-遗传算法进行资源调度，计算出每个解码后调度序列的评价值，更新调度库；(12)输出调度库中评价值最高的调度序列及成功调度任务脉冲发射时刻序列作为调度结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2b)，实现如下：(2b1)从当前调度序列中，依次选取一个未选过的ISAR成像任务；(2b2)将所选ISAR成像任务的期望执行时刻ek，作为所选ISAR成像任务中第一个脉冲的发射时刻；(2b3)判断max(t0,dk)≤ek≤min(dk+Wk,t0+T-Tk)是否成立，若是，则执行(2b4)，否则，执行(2b11)，其中：t0表示在资源调度时间[t0,t0+T]内，ISAR对每个ISAR成像任务进行资源调度的起始时刻；T表示ISAR对每个ISAR成像任务进行资源调度的时间长度；dk表示第k个ISAR成像任务中第一个脉冲的发射时刻，Wk表示第k个ISAR成像任务的时间窗；Tk表示第k个ISAR成像任务的积累时间，即ISAR成像任务对待成像的ISAR目标进行方位向观测的时间长度；(2b4)按照下式，计算所选ISAR成像任务中一个脉冲所占用的时间资源：[ik,ik+xk]∪[ik+xk+wk,ik+xk+wk+rk]，其中，ik表示第k个ISAR成像任务中一个脉冲的发射时刻，xk表示第k个ISAR成像任务的脉冲发射期；∪表示对集合求并集；wk表示第k个ISAR成像任务的脉冲等待期；rk表示第k个ISAR成像任务的脉冲接收期；(2b5)判断所选ISAR成像任务中第一个脉冲所占用的时间资源是否与当前成功调度ISAR成像任务集合中所有ISAR成像任务占用时间资源的交集是否为空集，若是，则执行(2b6)，否则，执行(2b8)，该当前成功调度ISAR成像任务的集合，包含当前已成功调度的ISAR成像任务，该占用时间资源是指ISAR成像任务所有脉冲占用的时间资源的并集；(2b6)以所选ISAR成像任务中第一个脉冲发射时刻为起始时刻，以所选ISAR成像任务的积累时间为时间长度，以所选ISAR成像任务的脉冲重复周期为时间间隔，生成所选ISAR成像任务中连续观测下的除第一个脉冲外所有脉冲的发射时刻，取所得的发射时刻中满足同一时刻不能执行多个任务这一约束条件的发射时刻List；(2b7)判断满足发射时刻List的个数是否小于所选ISAR成像任务的方位向观测维度减1，若是，则执行(2b8)，否则，执行(2b9)；(2b8)将所选ISAR成像任务中第一个脉冲的发射时刻以一个步长时间1×10-4s延后，返回(2b3)；(2b9)对发射时刻List采用基于遗传算法的子脉冲选择方法进行选择得到脉冲发射时刻序列，选择的个数要比所选ISAR成像任务的方位向观测维度少一个；(2b10)判断所选发射时刻序列是否为空集，若是，则返回(2b1)，否则，执行(2b11)；(2b11)在当前成功调度ISAR成像任务的集合中加入所选ISAR成像任务；(2b12)判断是否选完当前调度序列中所有的ISAR成像任务，若是，则得到当前成功调度ISAR成像任务的集合为An、成功调度任务脉冲发射时刻序列为Tn，执行(2b13)，否则，返回(2b1)；(2b13)将An中每一个ISAR成像任务的优先级求和，将所得的和作为当前调度序列的优先级和X1，将An中任务个数除以ISAR成像任务的总数，将所得的商作为当前调度序列的调度成功率X2，计算当前调度序列的雷达发射机最大瞬时能量损耗X3；(2b14)按照下式，计算当前调度序列的的评价值：En＝a1X1+a2X2+a3X3，其中，En表示当前调度序列的评价值，a1表示X1的权值，a2表示X2的权值，a3表示X3的权值，若X3等于100，则取a1为0.6，a2为0.4，反之取a1为0.4，a2为0.2，a3为0.4。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，(2b6)中的约束条件，是指按照下式，以该发射时刻生成时间区间：[c,c+xk]∪[c+xk+wk,c+xk+wk+rk]，其中，c为该发射时刻。所得的时间区间与成功调度ISAR成像任务集合中所有ISAR成像任务占用的时间资源的交集为空集。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，(2b9)中采用基于遗传算法的子脉冲选择方法对发射时刻List选择，具体步骤如下：(2b9.1)将发射时刻List[1,2,······,Q-2]进行随机排列，生成L个不同的脉冲发射时刻序列，其中，Q表示发射时刻List中发射时刻的总数，L为在[30,100]之间选取的一个偶数值，将初始化遗传算法的遗传数设置为1，遗传代数为15；(2b9.2)计算当前脉冲发射时刻序列评价值：第一步，从L个发射时刻序列中依次选取未选过的一个脉冲发射时刻序列作为当前脉冲发射时刻序列；第二步，将当前成功调度ISAR成像任务集合中每一个ISAR成像任务的优先级求和，将所得的和作为当前脉冲发射时刻序列的优先级和Y1，将当前成功调度ISAR成像任务集合中任务个数除以ISAR成像任务的总数，将所得的商作为当前脉冲发射时刻序列的调度成功率Y...

【专利技术属性】
技术研发人员：白雪茹，王樾，陈鑫康，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61