基于跟踪精度和资源限制下的组网雷达资源分配优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于跟踪精度和资源限制下的组网雷达资源分配优化方法，将确定资源预算下的保精度跟踪目标数量的组网雷达资源优化方法设计成一个非凸非光滑的最优化问题，并利用三步求解方法实现组网雷达资源的最优分配。该资源分配方案以贝叶斯克拉美罗下界作为代价函数，将超过预定精度需求的目标数量作为目标函数，构建得到一个非凸非光滑的最优化问题。然而，由于非凸非光滑问题难以直接求解，本发明专利技术首先通过对原问题进行数学变换求得近似解，再对近似解进行微调来得到原问题的最优解。本发明专利技术能够在资源预算与跟踪精度需求给定的条件下，最大限度地提高多目标保精度跟踪数量。

【技术实现步骤摘要】
基于跟踪精度和资源限制下的组网雷达资源分配优化方法
本专利技术属于雷达跟踪
，特别涉及一种基于跟踪精度和资源限制下的组网雷达资源分配优化方法。适用于资源预算与跟踪精度需求给定条件下的组网雷达资源分配问题，能够最大限度地提高确保跟踪精度下的跟踪目标数量。
技术介绍
在实际应用中，雷达的资源消耗与跟踪性能之间存在矛盾，雷达消耗的资源越多，目标的跟踪精度越高，因此最少的资源消耗与最好的跟踪性能无法兼得。而资源优化能够在最大程度上实现资源的合理利用，使雷达消耗较少的资源就能获得较高的跟踪精度。目前，面向多目标跟踪任务的组网雷达资源优化分配工作主要包含两种类型，第一类是在多目标跟踪性能需求给定的条件下实现最小资源消耗；另一类则是在资源预算给定的条件下获得最好的多目标跟踪性能。目前，针对上述两种类型的资源优化工作已经存在大量的研究，有着一系列资源优化方案。例如，李正杰等人在基于集中式多输入多输出(MIMO)雷达的多目标跟踪功率分配优化算法这一文献中，提出一种基于后验克拉美罗下界的功率分配方法。该文献以多个运动目标跟踪误差的后验克拉美罗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于跟踪精度和资源限制下的组网雷达资源分配优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，设组网雷达的雷达个数为N，组网雷达搜索区域内的目标个数为Q，组网雷达资源的总分配次数为K，即总共进行K次分配，每次分配期间的时长为T

【技术特征摘要】
1.基于跟踪精度和资源限制下的组网雷达资源分配优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，设组网雷达的雷达个数为N，组网雷达搜索区域内的目标个数为Q，组网雷达资源的总分配次数为K，即总共进行K次分配，每次分配期间的时长为T0；定义第k次分配期间第i部雷达分配给第q个目标的资源si，q，k＝Pi，q，kTi，q，k，跟踪精度为ηq，k，给定组网雷达的发射资源预算为stotal；
其中，N≥2，Q为大于零的偶数，0≤q≤Q，1≤k≤K；Pi，q，k表示第k次分配期间第i部雷达分配给第q个目标的发射功率，Ti，q，k表示第k次分配期间第i部雷达分配给第q个目标的跟踪时间；ηq，k表示第k次分配期间第q个目标的跟踪精度；
步骤2，确定第k次分配期间第i部雷达对于第q个目标的状态转移模型和观测模型；
步骤3，根据第k次分配期间第i部雷达对于第q个目标的状态转移模型和观测模型，确定第k次分配期间组网雷达资源分配的目标函数；
步骤4，使用三步法求解第k次分配期间组网雷达资源分配的目标函数最优解，得到第k次分配期间的组网雷达资源分配的最优解
步骤5，令k的值加1，返回步骤2，直到得到第K次分配期间的组网雷达资源分配的最优解至此得到每次分配期间的组网雷达资源分配的最优解，即K组最优解完成跟踪精度和资源限制下的组网雷达资源分配的优化。


2.根据权利要求1所述的基于跟踪精度和资源限制下的组网雷达资源分配优化方法，其特征在于，所述第k次分配期间第i部雷达对于第q个目标的状态转移模型为：



其中，表示第k次分配期间第q个目标的状态向量，表示第k次分配期间，即kT0时刻，第q个目标的X轴方向位置，表示第k次分配期间第q个目标的Y轴方向位置，表示第k次分配期间第q个目标沿X轴方向的速度，表示第k次分配期间第q个目标沿Y轴方向的速度，T0表示雷达跟踪时间间隔，表示第k-1次分配期间第q个目标的过程噪声，其协方差矩阵为表示第k-1次分配期间第q个目标的状态向量，fq(·)为第k次分配期间第q个目标的转换矩阵，表示克罗内克算符，I2表示2×2维单位矩阵；
则第k次分配期间第q个目标的测量值为zi，q，k，其表达式为：



式中，



其中，gi，q，k(·)表示第k次分配期间第i部雷达关于第q个目标的的测量函数，xi、yi分别表示雷达在平面直角坐标系中X轴、Y轴方向位置；wi，q，k是第k次分配期间第i部雷达跟踪第q个目标的均值为零的高斯误差，wi，q，k的对角协方差矩阵为∑i，q，k，其表达式为：



其中，blkdiag(·)表示生成以(·)为对角线元素的矩阵，表示第k次分配期间第q个目标的距离估计均方误差的克拉美罗界下界，表示第q个目标的方位信息估计均方误差的克拉美罗界下界；和与发射资源之间的关系分别为：



其中，βi，q，k为信号有效带宽，Bi，NN为3dB天线波束宽度；
由上式看出，分别与si，q，k成反比，则第k次分配期间第q个目标的误差wi，q，k的对角协方差矩阵改写为：



其中，Yi，q，k是第k次分配期间第q个目标的剩余矩阵，即由剩余参数组成的矩阵。


3.根据权利要求1所述的基于跟踪精度和资源限制下的组网雷达资源分配优化方法，其特征在于，所述确定第k次分配期间组网雷达资源分配的目标函数，具体为：
设定κq，k表示第k次分配期间第q个目标的权重值，κq，k∈[0，1]，则第k次分配期间组网雷达资源分配的优化问题转化为第k次分配期间Q个目标的权重值之和最大化问题，得到对应的目标函数为：









其中，Γ(m)＝{1，form≥0or0，form＜0}是指示函数；ηq，k表示第k次分配期间第q个目标的精度要求，表示第k次分配期间组网雷达中N部雷达分配给Q个目标的发射资源量，sq，k＝(sl，q，k，…，sN，q，k)表示第k次分配期间组网雷达中N部雷达分配给第q个目标的发射资源量；表示N部雷达发射资源的预算量，表示N部雷达中第i部雷达发射资源的预算量；



式中，和分别是根据第k次分配期间第q个目标的位置和速度信息计算得到的权重，其表达式为：






式中，ω表示预先定义的速度与距离之间的威胁优先级；Rq，int和vq，int分别表示参考点(xint，yint)与第q个目标之间的径向距离和径向速度；

表示最坏情况下第q个目标的贝叶斯克拉美罗下界，其表达式为：



其中，trace(·)表示矩阵的迹，Λ表示标准化矩阵，其表达式为：




表示第k次分配期间雷达分配给第q个目标的资源的贝叶斯克拉美罗下界矩阵，其表达式为：



其中，上标-1表示矩阵的逆，表示第k次分配过程中第q个目标观测状态的贝叶斯信息矩阵，其近似表示为：



其中，和分别表示第k次分配期间第q个目标的状态转移函数的雅可比矩阵和测量函数的雅可比矩阵，表示第k次分配期间第q个目标的状态矢量，表示零过程噪声条件下第q个目标的预测状态值，表示第k-1次分配期间第q个目...

【专利技术属性】
技术研发人员：严俊坤，张童，戴金辉，周生华，王鹏辉，
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