舰载一体化多功能雷达系统多功能集成与资源管理技术研究

第３０卷第３期　雷达与对抗　Ｖｏ１．３Ｏ　Ｎｏ．３　２０１０年９月　ＲＡＤＡＲ＆ＥＣＭ　Ｓｅｐｔ．２０１０　舰载一体化多功能雷达系统多功能集成　与资源管理技术研究　李秀良　，付　林２　（１．９１４０４部队，河北秦皇岛０６６００１；２．南京船舶雷达研究所，南京２１０００３）　摘要：介绍了舰栽一体化雷达系统多功能集成技术，对多项关键技术进行了探讨，重点研究了　多功能时序和资源调度技术，在综合孔径、集成系统资源上实现多功能的有效管理、调度，并在　各功能实现上合理安排各种资源。　关键词：舰载雷达系统；一体化；集成；资源管理　中图分类号：ＴＮ９５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—０４０１（２０１０）０３—０００７—０３　Ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｆ０ｒ　ｓｈｉｐｂｏｒｎｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｒａｄａｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ　—ｌｉａｎｇ　．ＦＵ　Ｌｉｎ　（１．Ｕｎｉｔ　９１４０４　ｏｆｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ＰＬＡ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ　０６６００１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｍａｒｉｅｎ　Ｒａｄａｒ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１０００３）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｓｈｉｐｂｏｒｎｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｒａｄａｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｗｉｔｈ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｍｐｈａｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｔｉｍｅ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｍｕｈｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　ａｒｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｏｆ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ａｐｅｒｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｗｈｉｃｈ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｒｅ　ａｒｒａｎｇｅｄ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｐｂｏｒｎｅ　ｒａｄａｒ　ｓｙｓｔｅｍ；ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　１　引　言　容性能，增强舰船的综合电子信息对抗能力，实现舰载　电子信息系统的跨越发展。这将使大型水面舰艇的作　现代舰船通常在舰桥和船桅都安装了电子侦察、　战能力出现质的飞跃＿ｌ引。　电子干扰、警戒雷达、跟踪雷达、制导雷达、导航雷达、　突出的问题是，在综合孔径、集成系统资源上如何　短波／超短波通信天线、卫星通信天线、ＩＦＦ天线、　实现多功能的有效管理、调度并在各功能实现上合理　ＴＡＣＡＮ天线等，使得舰艇上充斥了大量的天线，有的　安排各种资源。　甚至高达一百多部。密集的天线和电子装备导致舰船　上层建筑空间十分紧张，相互干扰十分严重，布局和安　２　系统简介　装非常困难，显著增大了红外辐射和被敌方雷达探测　的ＲＣＳ，成为反舰导弹攻击最好的目标。同时，电磁兼　一体化多功能系统的设计思想是硬件支撑、软件　容问题十分严重，降低了舰船的作战性能。　完成。天线、ＴＲ组件、系统信号产生与处理、数据处理　将现有的电子侦察天线、电子干扰、探测、通信及　与显示操控等硬件尽可能做到各功能兼用、通用，通过　通信对抗天线等综合集成，共用电子桅杆，减少舰上多　软件的调度、管理和运行来完成多功能的实现与兼容。　种天线安装的困难，提高舰船的隐身性能，改善电磁兼　多功能系统基本结构如图１所示。　收稿日期：２０１０－０８．１９　作者简介：李秀良，男，１９６６年生，硕士，高级工程师，从事雷达技术研究。　一７一　雷达与对抗　２０１０年　第３期　图ｌ　一体化多功能相控阵雷达系统的多功能集成设计图　２．１　多功能共用孔径设计　多路接收数字中频信号输入ＤＢＦ，合成接收波　多个功能共用一个天线孔径，实现超宽带信号辐　束，如主动雷达的和差差波束、被动雷达的同时多波　射与接收；与波控一道，完成主动雷达、被动雷达、ＩＦＦ、　束、ＩＦＦ的和差波束等。　通信、协同功能实现所必需的复杂波束形成及波束扫　描，实现２０４８单元面阵。　３　多功能集成技术　针对多功能系统须实现的主动雷达、被动雷达、　ＩＦＦ和通信功能，分析了各功能对系统资源的要求，包　３．１　典型系统功能试验时序设计　含天线极化、发射功率、通信增益、极化、时间等，并进　资源的分时复用可以达到一机（系统）多用的目　行了多功能模式下系统资源分配与系统设计。　的。通过控制脉冲工作时间，适当增大系统探测周期，　２一多功能收发组件技术　可以实现主动雷达和ＩＦＦ与通信的兼容。时序关系如　系统中，ＴＲ组件主要完成以下功能：ＤＤＳ产生中　图２所示。　频信号；通过上变频、功率放大至发射频率和功率，经　被动探测必须保证一定的连续工作时间，最好的　过天线单元辐射；接收、放大回波信号，通过下变频到　方式是全部时间工作于被动状态下。在多功能一体化　中频信号；经过ＡＤ采集和数字正交，将Ｉ、Ｑ数据通过　系统中，为了能够在必要时实现ＩＦＦ、通信功能，在满　光纤传给ＤＢＦ电路。　足被动探测最低时间要求的情况下设计被动探测和　各路ＴＲ模块数字电路根据光纤转发的操控命　ＩＦＦ与通信兼容的工作方式。时序关系如图３所示。　令，选择信号形式、信号参数，在定时脉冲控制下产生　３．２多功能集成资源管理与调度算法　主动雷达的调制脉冲。ＴＲ电路则将此信号上变频至　针对多功能一体化相控阵雷达的资源管理与调　系统指定的工作频率。功率放大电路将该信号功率　度，对系统工作模式、约束条件进行了分析，研究了一　放大。　种多功能资源管理与调度技术，使系统除了可以单独　在系统接收（主动雷达、ＩＦＦ询问或应答接收、通　实现主动雷达、被动探测、电子侦察、ＩＦＦ、通信及协同　信接收）状态或工作于被动雷达状态时，接收信号经　探测等功能外，还可以同时执行多种任务，如主动雷达　过下变频和滤波送本数字电路中的ＡＤ，经滤波变为　＋ＩＦＦ等。完成系统工作模式（功能）分析。设置搜　数字中频信号。　索、跟踪等任务的数据率。设置并计算各种工作模式　２．３　多功能ＤＢＦ波束合成硬件设计　（功能）下多种任务的优先级。根据系统工作模式、任　在处理每个脉冲回波信号前，接收Ｉ、Ｑ和低通滤　务数据率计算资源分配比例及任务优先级，对数据处　波处理的数字中频复信号，根据系统任务情况，完成系　理及综合显示系统和主／被动波束搜索扫描任务波束　统的数字波束形成，如主动雷达的和差差波束、被动雷　申请模块提出的波束申请进行资源分析，并实现资源　达及ＩＦＦ的同时多波束等。　管理及任务调度。同时，根据申请任务的要求进行ＤＢＦ　一８一　李秀良　等　舰载一体化多功能雷达系统多功能集成与资源管理技术研究　正常　主动探测　图２主动功能与ＩＦＦ、通信兼容的时序示意图　图３　被动功能与ＩＦＦ、通信兼容的时序示意图　系数　计算。　）ｄ＝　…，　（）冲突任务的解决方法　１　一　ｄ一　对于有限的时间片内的多任务申请，会出现任务　．　Ｑ（ＣＯＵ　ｅ）＝１０一　，　申请的总时间大于时间片的情况。解决方法是对任务　的综合优先级进行计算，即对于大于时间片的冲突任　ｃｏｕｒｓｅ∈【一１８０．１８０］　务，综合优先级指数低的任务将被淘汰。对于淘汰的　尺（口）＝　×９＋１　ｔＪｌｎａＩ　任务将提高其等待指数，将在下一次申请时提高其综　．　合优先级，并降低其被淘汰的几率。　ｃ．等待指数　ａ．工作模式优先级　等待指数即为在任务调度时对该任务等待时间的　依据系统中设定的任务工作模式的优先级。　描述指数。通常的任务被正常调度时，其等待指数为　ｂ．威胁等级　零，在任务调度时被拒绝任务的等待指数将提高１，任　任务的威胁等级与其目标距离、运动方向、速度等　务的等待指数越高其分配时的优先级也越高。　因素相关。通常，目标距离越近威胁等级越高，径向向　ｄ．综合优先级　内运动威胁等级高于切向运动和径向向外运动，速度　综合优先级为上述３个参数的综合指标。通常情　越高威胁等级越高。在本方案中，将设定几个分值　况下，综合优先级为３个参数的线性和；在威胁等级和　ＪＰ（　）、Ｑ（ｃｏｕｒｓｅ）、　（　），分别表示目标距离ｄ、运动　等待指数高于其容忍阈值时，该参数将提高到相应的　方向ｃｏｕｒｓｅ和速度　等参数对应的威胁等级，分值越　最高值。　高威胁等级越高。最终的威胁等级的分值为几个分值　在综合优先级相等时，威胁等级高的任务优先　的积。　分配。　威胁等级＝Ｐ（ｄ）×Ｑ（ｃｏｕｒｓｅ）×　（　）一１　（下转第１４页）　一９一　雷达与对抗　表２雷达距离系统误差修正计算结果　２０１０年　第３期　差会表现出多值性。通过对数据进行修正处理，可以　消除结果的多值性。但是，这种修正不能消除在雷达　设计中由于光速选取精度过低对雷达测距引入较大的　量化误差。因此，在雷达设计中，应尽量提高光速的选　取精度，使其引起的量化误差降低到可以接受的程度。　参考文献：　［１］　向敬成，张明友．雷达系统［Ｍ］．北京：电子工业　５　结　论　在利用有源雷达校准仪对雷达进行校准时，校准　仪中光速的选取应与雷达中光速的选取一致（式（１）　中Ｃ１＝Ｃ２）时，不同距离段测量出的距离系统误差保　持不变。当两者的选取不一致时，测得的距离系统误　出版社，２００１．　［２］　西北电讯工程学院雷达系统编写组．雷达系统　［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９８０．　［３］　王银芳．线性度对线性调频信号脉冲压缩的影　响［Ｊ］．电子对抗，２００３（５）．　（上接第９页）　综合优先级　围和准则对任务的实际执行时间进行调整，使得原本　时间冲突的任务在调整后也有可能被调度执行，大大　＝　工作模式优先级，威胁等级，等待指数）　优先级×２＋肇　＋等待，威胁＜　，等待＜卢　优先级×２＋１０＋等待，　威胁　优先级×２＋　，等待＜　＋１０，　威胁＜　，等待　威胁　，等待≥ｐ　优先级×２＋１０＋１０，　、　提高了任务调度成功的效率和时间利用率，减少任务　申请的拒绝率。这样能够在有限的时间内执行更多的　任务请求事件。　（３）试验结果　仿真试验中，主、被动单一系统功能模式下的时间　资源利用率大于９７％。多功能模式时间利用率大于　分别为威胁等级和等待指数的设定容忍阈　值，上述两个阈值为系统可设定参数，可以在系统参数　配置中设定上述两个容忍阈值。　（２）调度方式　９５％，任务分配拒绝率小于１０％，拒绝任务再次申请　后的分配成功率大于８０％。　．　４　结　论　本文介绍了舰载一体化雷达系统多功能集成技　术。针对多项关键技术进行了技术研究，重点研究了　多功能时序和资源调度技术。通过采用有时间窗可变　任务周期及综合任务优先级和典型功能时序设计解决　了多功能综合集成技术，为多功能一体化相控阵雷达　的进一步深化研究奠定了有利的基础。　参考文献：　采用有时间窗可变任务调度周期的自适应算法：　ａ．可变任务调度周期　・任务调度周期为１００　ｍｓ　该调度周期是为了满足被动工作模式下被动雷达　波束每次可以驻留４０—５０　ｍｓ，以保证较大的数据量，　可以正确计算ＰＤＷ的频率、脉宽等信息。被动雷达　波束两次驻留间隔（起始到起始）不超过１００　ｍｓ，以保　证较高的截获概率，并且不错过对方雷达指向本系统　的机会。被动雷达在每个频点连续驻留时间１０　ｓ，以　确保可以覆盖绝大多数敌方雷达的旋转周期。　・任务调度周期为５０　ｍｓ　该调度周期是为了满足主动雷达工作模式较高数　据率的要求。　ｂ．时间窗　［１］Ｄａｖｉｄ　Ｄ　Ｃｕ￣ｉｓ，Ｃａｐｔ　Ｒｙａｎ　Ｗ　Ｔｈｏｍａｓ，Ｗｉｌｌｉａｍ　Ｊ　Ｐａｙｎｅ．３２一Ｃｈａｎｎｅｌ　Ｘ—Ｂａｎｄ　Ｄｉｓｔａｌ　Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ　Ｐｌｕｇ—ａｎｄ—Ｐｌａｙ　Ｒｅｃｅｉｖｅ　Ａｒｒａｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥ，２００３，　２０５．２１０．　［２］　向敬成，张明友．雷达系统［Ｍ］．北京：电子工业　出版社，２００１．　时间窗是指任务的波束申请中包含一定的时间范　围。调度算法在对任务请求进行分配时可以有一个范　一　［３］　丁玉美，高全西．数字信号处理［Ｍ］．西安：西安　电子科技大学出版社，２００１．　ｌ４一