[发明专利]一种基于多目标跟踪的相控阵雷达组网系统资源管理方法

说明书

该发明公开了一种基于多目标跟踪的相控阵雷达组网系统资源管理方法，属于相控阵雷达组网资源管理技术领域，涉及多目标跟踪。首先研究雷达组网和目标之间的拓扑结构，分析多相控阵雷达组网在多波束工作模式下，对于不同目标，其角度和空间分集增益不同对回波信噪比的影响。然后，在各目标跟踪精度满足预定要求的前提下去优化每个雷达的波束指向及波束驻留时间，使该雷达组网波束用于跟踪的总驻留时间最少。由于目标位置，角度，RCS和雷达组网空间分集增益不同，各个目标为维持预定跟踪精度对系统资源的需求有所变化，造成的若干目标不能被有效跟踪的问题，实现了在节约资源的同时，完成系统对多个目标的有序跟踪。

技术领域

本发明属于相控阵雷达组网资源管理技术领域，涉及多目标跟踪，多雷达系统在多目标跟踪模式下的波束和驻留时间资源联合管理技术研究。

背景技术

相控阵雷达是目前广泛研究和发展的一种重要雷达，由于其波束可任意指向,可以在微秒到百微秒级进行捷变，因而具备多功能、多目标和高度自适应的能力,具有极大的灵活性等特点。相控阵雷达与计算机控制技术相结合，可自适应地改变雷达有关工作参数和工作方式以适应外界变化的工作环境，如可改变天线波束形状、波束驻留时间和功率分配等等。因此，根据外界环境对相控阵雷达资源进行管理具有广泛的研究价值。

对于由多部相控阵雷达构成的目标跟踪观测雷达网，其资源管理问题除了时间资源管理问题外，还有空间资源(雷达分配)管理问题，其中雷达分配问题即所谓的传感器分配问题。因此，对相控阵雷达组成的组网跟踪系统而言，其资源管理问题不仅包括波束指向、驻留时间的管理，还包括传感器和目标之间的对应问题(哪些雷达跟踪哪些目标)。在文献“多目标跟踪分布式MIMO雷达收发站联合选择优化算法，雷达学报，2017,6(1):73～80”中，作者将在站点选择构建为一个布尔规划问题，并将其松弛为半正定规划问题后(SDP)利用分块坐标下降迭代法取得联合选择的近似最优解，该方法有效解决了雷达收发站点个数选择问题，但未考虑每个站点的资源分配，因此该方法解决的问题比较单一，而且未分析雷达站点和目标位置不同及目标散射截面不同(RCS)对站点分配的影响。文献“VariableDwell Time Task Scheduling for Multifunction Radar,IEEE TASE,2014,11(2):463-472.”基于任务对驻留时间进行量化后，提出一种有效的启发式调度方法，使雷达系统在一个时间轴范围内完成更多任务，但该方法针对系统宏观的任务管理，对于尽量消耗更少资源来完成多目标跟踪的问题，此方法效果不明显。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究设计了一种基于多目标跟踪的相控阵雷达组网资源管理办法，解决相控阵雷达组网在多波束工作模式下跟踪多个目标时，由于目标位置，角度，RCS和雷达空间分集增益不同，各个目标为维持预定跟踪精度对相控阵雷达组网波束和驻留时间的需求有所变化，造成的系统资源浪费和若干目标不能被有效跟踪的问题。

本发明的解决方案是：首先研究雷达组网和目标之间的拓扑结构，分析多相控阵雷达组网在多波束工作模式下，对于不同目标，其角度和空间分集增益不同对回波信噪比的影响。然后，在各目标跟踪精度满足预定要求的前提下去优化每个雷达的波束指向及波束驻留时间，使该雷达组网波束用于跟踪的总驻留时间最少。针对此问题，提出一个转化算法，该算法首先对每个目标给定一个固定驻留时间值，选出数据信息较丰富的若干部雷达来跟踪此目标，由此确立波束指向后，将原非凸问题转化成凸问题，之后再根据每个目标的预定跟踪精度来分配选定的各雷达波束驻留时间，最终实现了相控阵雷达组网系统资源的分配。最后，根据目标观测模型，采用扩展卡尔曼滤波算法实现雷达组网对多目标的跟踪。该方法有效解决了不同目标为维持预定跟踪门限而对雷达资源的需求变化问题，从而实现了系统资源和目标之间的合理匹配，在节约资源的同时完成了多个目标的有序跟踪。

本发明提出一种基于多目标跟踪的相控阵雷达组网系统资源管理方法，该方法包括步骤：

步骤1：确定雷达和目标的拓扑结构和被管理资源变量；