[发明专利]雷达组网部署优化方法

摘要

本发明公开了一种雷达组网部署优化方法，雷达网由N部同频或者同频段非同频雷达组成，选择一种最优部署方案,使得所得的警戒区域G能接近所要求的警戒区域A_g并且探测概率达到要求P_dg,同时使所得的重点探测区域C也能较大程度接近所要求的重点探测空域A_c并且探测概率达到探测要求P_dc,而且，雷达的电磁兼容程度Φ_总越高越好,该问题属于多目标优化问题。本发明将雷达间的电磁兼容和空间覆盖系数作为雷达优化目标，结合优化算法对同频雷达、同频段非同频雷达、同频与同频段非同频雷达相混合以及多频段的雷达组成的雷达网进行优化部署。本发明兼顾雷达的空间覆盖度和雷达的电磁兼容，使雷达组网在复杂电磁环境下具有很好的兼容工作能力和良好的工作效果。

主权项

1.一种雷达组网部署优化方法，雷达组网由N部同频或者同频段非同频雷达组成，其特征在于，步骤如下：步骤1：建立空域系数模型：⑴部署各部雷达的地理位置,以获得最大的空域探测能力f,其数学模型如下：λ,w_j∈[0,1]且其中，G_j为在第j高度层所获得的警戒区域，A_ij为第i部雷达在第j高度层的探测区域；M为高度分层数；λ为在重点探测区域内的甲方目标的重要程度,其值在[0,1]范围内，根据实际要求确定；w_j(j＝1,2,…,M)为雷达网对各个高度层的关心程度，针对不同类型的乙方目标，w_j(j＝1,2,…,M)由乙方目标的飞行高度决定；选取一组w_j(j＝1,2,…,M)，使雷达网有效地对抗低空、超低空飞行目标；A_g和A_c分别是所需的警戒区域和探测区域；C_j为在第j高度层所获得的重点探测区域，探测概率为：其中：P_i为第i部雷达的探测概率；N为组网雷达数目；⑵令为警戒区覆盖系数，为重点区域覆盖系数，对最大的空域探测能力f的公式进行简化可得：λ,w_j∈[0,1]且步骤2：建立电磁兼容程度模型：①相同工作频段非同频时电磁兼容模型无干扰时，雷达的最大作用距离为：式中，P为雷达的发射功率，G为雷达天线增益，λ为雷达发射电磁波波长，σ为目标散射截面积，S_min为雷达最小可检测信号,L为雷达发射并接收电磁波过程中的能量损耗；L的dB单位表达式为：L_(dB)＝L'_(dB)+L_r(dB)+L_P(dB)式中，L'为大气吸收损耗、雨雪损耗、两部雷达的天线罩损耗、馈线传输损耗的和，单位dB；L_P是极化损耗,即两部雷达极化方式的差异引入的损耗,现代雷达大多采用线极化,如果两部雷达极化方式相同,极化损失取0dB,否则取20dB；L_r＝32.5+20lgf+20lgR,为电磁波空间传播损耗,单位为dB；f为频率，单位为MHz；R为传播距离，单位Km；N部雷达同时工作，且存在同频干扰；雷达n收到其他雷达的干扰受到接收机的选择性曲线产生的对无用发射机发射频谱抑制系数FDR的影响：其中，P(f)为干扰信号等效中频IF的功率谱密度；H(f+Δf)为接收机的频率响应；Δf＝ft–fr，其中，ft为干扰源的即时频率；fr为接收机的调谐频率；FDR可以分为两项，调谐抑制OTR和频率失谐抑制OFR，频率失谐抑制OFR是由于干扰源和接收机失谐产生的额外抑制；FDR(Δf)＝OTR+OFR(Δf)dB其中：第n个雷达收到其他雷达的干扰P_rn表示为：式中，P_i为相邻干扰雷达i的发射功率,G_i为相邻干扰雷达i的天线增益,G'_n为受干扰雷达n的天线接收增益,γ_n为雷达i干扰信号对雷达n接收天线的极化系数,R_in为雷达i与受干扰雷达n之间距离,L_in为雷达i发射的电磁波被雷达n接收过程中的能量损耗；FDR_ni为第i个雷达干扰对雷达n的频率相关抑制系数，这里为线性值，不为dB值；λ_ti为第i个干扰雷达的波长；如果两个雷达同频，则FDR系数为1；雷达n收到的目标信号功率P_rs为：式中，R_n为雷达n与目标的距离，λ_rn为雷达n的波长；在受干扰条件下，雷达要能发现目标，收到的目标信号功率P_rs和接收的干扰功率P_rj必须满足以下条件：式中，K_n为第n个雷达的压制系数；当P_rj/S_(n)min≤K_n时，雷达的最大作用距离不受影响；当P_rj/S_(n)min＞K_n时，可以得到干扰下的雷达最大作用距离R'_nmax：对其进行归一化处理，用受干扰时的R'_nmax与不受干扰下的R_nmax的比值μ_n作为雷达n的电磁兼容程度；得到：②被干扰雷达可被对准当被雷达天线对准，接收机前端会出现过载现象，电磁兼容程度很差，可认为电磁兼容程度μ＝0；如果被干扰雷达二在干扰雷达一两个雷达的扫描范围内，则考虑雷达一对雷达二对准时的情况；假设雷达一、雷达二的距离为R₁₂，以雷达一为球心R₁₂为半径作一个球面，使得雷达二落在球面上，用雷达一的水平扫描角度和俯仰扫描角度θ₁将其扫描面积表示出来；围绕雷达二将雷达一对准雷达二的极限面积表示出来；干扰概率p₂₁为：其中W是某个时刻的波束的极限对准面积，将W沿着雷达二位置处平移一圈，得到的所有范围为V；U是雷达扫描范围；曲面U的面积等效为：曲面V是一个椭圆，其等效面积为：设V'＝4α₁·β₁，得到：故，p₂₁的最终值与雷达一、雷达二之间的距离无关；设有M个雷达对雷达n可对准；雷达i对雷达n的对准概率：雷达n不被对准的概率为：那么其电磁兼容程度μ'_n：③干扰雷达与被干扰雷达可相互对准当两个雷达的主瓣波束可以相互对准的时候，既需要避免对其他天线的对准也需要避免对准其他天线；两个雷达相互对准需要水平方位和俯仰方位都对准，其概率为：式中，P_h为水平方位对准概率；α₁、α₂为雷达一和雷达二的天线波束宽度；为雷达一、雷达二天线水平扫描区域的角度；P_υ为俯仰方位对准概率；β₁、β₂为雷达一和雷达二的俯仰波束宽度；θ₁、θ₂为俯仰角的扫描范围；雷达一和雷达二的对准概率p'₁₂就是方位对准的概率与俯仰对准概率的乘积，即：p'₁₂＝p_h×p_υ则，假设定向雷达m可与L个定向雷达两两对准，可以得到的雷达m与其他雷达的互不对准概率为：其中，p_mj是雷达j对雷达m的对准概率，可由概率模型得出；p_jm是雷达m对雷达j的对准概率；p'_mj是雷达m、j的相互对准概率；那么其电磁兼容程度μ″_m：④相同频段雷达组成的系统间电磁兼容模型将所有相同频率的雷达组成一个系统，预测整个雷达系统的电磁兼容程度；假设总共有N部雷达，K个雷达可以对准其他雷达，其中有M个雷达可以两两对准，则总电磁兼容程度为：式中，η_i是第i个雷达的重要系数；⑤所有频段雷达系统的电磁兼容模型同频段的雷达系统有Y个，那么所有同频率雷达系统的电磁兼容程度为：步骤3：应用粒子群算法：①构造初始化粒子群，即设置粒子的个数、初始的位置和初始的速度首先用X_i空间表示n维搜索空间的粒子i的当前位置；用V_i表示当前粒子的飞行速度；用P_i表示当前粒子所经历的最好位置；其中，n表示维度；i表示第i个粒子即当前粒子；②将电磁兼容程度Φ和覆盖系数作为最大化的目标适应度函数，则粒子i的当前最好位置为：其中，t表示第t次迭代；设群体中粒子数为S，比较群体中所有粒子经历的最好位置，可得全局最优位置P_g(t)，即：P_g(t)∈{P₀(t),P₁(t),...,P_S(t)}|f(P_g(t))＝max{f(P₀(t)),f(P₁(t)),...,f(P_S(t))}③根据之前得到的当前和全局最优位置计算更新的速度和位置：v_ij(t+1)＝w·v_ij(t)+c₁r_1j(t)·(P_ij(t)‑x_ij(t))+c₂r_2j(t)·(P_gj(t)‑x_ij(t))x_ij(t+1)＝x_ij(t)+v_ij(t+1)其中，x_ij(t)、v_ij(t)表示粒子i第j维第t代的位置与运动速度；w为惯性系数，值在0～1之间；c₁、c₂为加速度常数，值在0～2之间；r_1j、r_1j分别为两个相互独立的随机数，值在0～1之间；P_gj(t)表示第j维最优位置粒子；④判断是否达到迭代次数，否则继续重复步骤3中的②③；⑤输出最优位置。