基于射频隐身的分布式MIMO雷达资源联合优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于射频隐身的分布式MIMO雷达资源联合优化方法，属于分布式MIMO雷达技术领域。本方法首先根据战场环境和雷达自身性能，确定每部雷达发射功率和驻留时间的上、下界；然后以最小化系统的截获概率为目标，在满足目标跟踪性能的条件下，构建基于射频隐身的分布式MIMO雷达驻留时间与功率资源联合优化模型，并通过非线性规划的遗传算法对模型进行求解；经数值计算，得到每部雷达的驻留时间和发射功率的最优解，进而可得到符合约束条件的分布式MIMO雷达系统的最小截获概率。本发明专利技术降低了分布式MIMO雷达系统的截获概率，提升了系统的射频隐身性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于射频隐身的分布式MIMO雷达资源联合优化方法，属于分布式MIMO雷达

技术介绍
随着现代战场中电子对抗的日益激烈，雷达的生存环境受到了严重的威胁。射频隐身技术能显著降低雷达被探测、发现、识别和攻击的概率，是提高雷达及其运载平台的战场生存能力和作战效能的重要保证。相比雷达隐身和红外隐身，射频隐身技术有所不同，并非无限制的降低目标特征，而是在满足设备功能、性能要求的基础上对目标特征进行有效控制，提高其低被截获性能。基于射频隐身理论，目前可采用的低被截获优化策略主要有两大类：最小辐射能量策略和最大信号不确定性策略。最小辐射能量策略要求在任何时间都应以系统所需的最小能量向外辐射，该策略通过主动辐射源的辐射功率管理、辐射时间优化和低旁瓣天线设计，降低系统的辐射能量和旁瓣功率。目前关于单个机载雷达的辐射能量控制策略已相对较成熟。随着计算机技术、通信技术和微波集成电路的快速发展，以及现代战争复杂性的日益提高，越来越多的传感器被纳入一体化网络参与协同作战。同时，面对日益复杂的战场电磁环境，综合利用多传感器的信息在空间域进行多传感器信息融合不仅可以提高系统的可靠性和生存能力，而且可以尽可能全面、准确地获取信息。多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)雷达系统是未来网络化斗争发展的必然趋势。MIMO雷达是利用多个发射天线同步地发射分集的波形，同时使用多个接收天线接收回波信号，并集中处理的一种新型雷达体制。在克服信道衰落、提高分辨率和抑制干扰等方面具有巨大的潜力。分布式的MIMO雷达其阵元间距较大，接收阵元收到的回波信号可以被近似看做是相互独立的，它可以利用目标雷达截面积(RCS)的空间分集增益来提高检测性能。分布式MIMO雷达作为研究的新领域，许多文献主要着眼于雷达的探测性能，而将射频隐身性能作为优化目标的研究相对较少。为提高分布式MIMO雷达的射频隐身性能，有文献通过最小辐射能量控制策略，优化每一时刻的雷达发射功率，达到降低雷达截获因子的目的。但是分布式MIMO雷达作为雷达网络系统，可控参数很多，单一优化一个参量，对雷达隐身性能的改变并不明显，也会造成其他资源的不必要浪费。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于射频隐身的分布式MIMO雷达资源联合优化方法，在满足分布式MIMO雷达跟踪性能要求的前提下，通过动态地优化各部雷达的发射功率和驻留时间，达到最小化雷达组网系统的截获概率的目的，以提升系统的射频隐身性能。本专利技术为解决其技术问题采用如下技术方案：一种基于射频隐身的分布式MIMO雷达资源联合优化方法，包括以下步骤：步骤1，确定分布式MIMO雷达系统总的发射功率和驻留时间资源，根据系统的总资源，确定每部雷达发射功率和驻留时间资源的上、下界作为优化模型的资源优化区间；步骤2，根据分布式MIMO雷达系统目标跟踪过程中检测性能的要求，确定衡量指标Bhattacharyya距离的门限Bth；步骤3，根据给定的目标反射系数的方差Rg、传播损耗因子pij、雷达接收机的噪声方差Rθ以及发射信号脉冲重复频率fr参量，计算每一时刻分布式MIMO雷达系统目标跟踪过程中检测性能的衡量指标B距离Bnet，并将Bnet≥Bth作为优化模型的非线性约束条件；步骤4，根据给定的虚警概率Pfa、截获接收机总搜索时间TI以及雷达和截获接收机的性能参量，计算分布式MIMO雷达系统截获概率pnet，并将作为优化模型的目标函数；步骤5，根据步骤1确定的第i部雷达的发射功率和驻留时间区间、步骤3确定的非线性约束条件以及步骤4确定的目标函数，构建基于射频隐身的分布式MIMO雷达驻留时间与功率资源联合优化模型；步骤6，对步骤5建立的优化模型采用非线性规划的遗传算法进行求解，得到当前时刻使得分布式MIMO雷达系统截获概率pnet最小的最优发射功率Pti*和驻留时间TOTi*解，并循环求解出目标跟踪过程中满足检测性能要求的所有时刻的发射功率和驻留时间的解集。所述步骤3中分布式MIMO雷达系统目标跟踪过程中检测性能的衡量指标B距离的数学表达式为：Bnet=Σi=1NtΣj=1Nrlog1+PtiTOTifrRgpij2(2Rθ)-11+PtiTOTifrRgpij2(Rθ)-1‾;]]>其中，Rg为目标反射系数的方差，pij为传播损耗因子，Rθ为雷达接收机的噪声方差，fr为雷达发射信号的脉冲重复频率，Nt和Nt分别为雷达系统的发射机和接收机个数。所述步骤4中分布式MIMO雷达系统截获概率的数学表达式为：pnet=1-Πi=1Nt(1-pi)=1-Πi=1Nt(1-0.5×erfc(-lnPfa-KrIPtiRi2+0.5)TOTiTI);]]>其中，Pfa是虚警概率、TI是截获接收机总搜索时间，Ri是雷达发射机到截获接收机的距离，是跟踪状态下第i部雷达信号被截获的概率，erfc为互补误差函数，其数学表达式为主要由雷达和截获接收机的性能决定，为自定义参数；其中Gt是雷达发射天线在截获接收机方向上的增益，考虑截获接收机由目标搭载，所以雷达在进行目标跟踪时，截获接收机检测到的是雷达主瓣；Gr是截获接收机天线的增益；BI是截获接收机的带宽；FI是截获接收机的噪声系数；LI是雷达发射天线到截获接收机的系统损耗系数；GIP为截获接收机处理器净增益，k是玻尔兹曼常数，值为1.38×10-23J/K。所述步骤5中构建的基于射频隐身的分布式MIMO雷达驻留时间与功率资源联合优化模型为：其中：为分布式MIMO雷达系统的最低发射功率；为分布式MIMO雷达系统的最高发射功率；为分布式MIMO雷达系统的最小驻留时间；为分布式MIMO雷达系统的最大驻留时间，为第i部雷达的最低发射功率；为第i部雷达的最高发射功率；为第i部雷达的最小驻留时间；为第i部雷达的最大驻留时间。所述步骤6中当前时刻使得分布式MIMO雷达系统截获概率pnet最小的最优发射功率Pti*和驻留时间TOTi*解，是以为优化目标，Bnet≥Bth为非线性约束条件，采用非线性规划的遗传算法进行计算，求得使目标函数pnet最小的一组解Pti*、TOTi*，即为当前时刻发射功率Pti和驻留时间TOTi的一组最优解。本专利技术的有益效果如下：1.本专利技术将实际战场中雷达的发射功率和驻留时间建模为上、下界已知的不确定集合，以最小化系统的截获概率为目标，在满足一定目标跟踪性能的条件下建立基于射频隐身性能优化的驻留时间与功率资源联合优化模型，既保证系统的目标跟踪过程中的检测性能，还使系统在发射功率和驻留时间不确定的情况下确保其具有射频隐身性能。2.本专利技术提出的基于射频隐身的分布式MIMO雷达资源联合优化方法，不单考虑了系统在目标跟踪过程中的射频隐身问题，同时也是实现了雷达系统资源有效利用。附图说明图1为分布式MIMO雷达驻留时间与功率资源联合优化方法流程图。图2为目标跟踪轨迹图。图3为分布式MIMO雷达系统与目标之间的距离关系图。图4为跟踪过程中分布式MIMO雷达系统的最优功率分配结果图；其中，图4(a)为跟踪过程中雷达1的发射功率；图4(b)为跟踪过程中雷达2的发射功率；图4(c)为跟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于射频隐身的分布式MIMO雷达资源联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定分布式MIMO雷达系统总的发射功率和驻留时间资源，根据系统的总资源，确定每部雷达发射功率和驻留时间资源的上、下界作为优化模型的资源优化区间；步骤2，根据分布式MIMO雷达系统目标跟踪过程中检测性能的要求，确定衡量指标Bhattacharyya距离的门限Bth；步骤3，根据给定的目标反射系数的方差Rg、传播损耗因子pij、雷达接收机的噪声方差Rθ以及发射信号脉冲重复频率fr参量，计算每一时刻分布式MIMO雷达系统目标跟踪过程中检测性能的衡量指标B距离Bnet，并将Bnet≥Bth作为优化模型的非线性约束条件；步骤4，根据给定的虚警概率Pfa、截获接收机总搜索时间TI以及雷达和截获接收机的性能参量，计算分布式MIMO雷达系统截获概率pnet，并将pnet作为优化模型的目标函数；步骤5，根据步骤1确定的第i部雷达的发射功率和驻留时间区间、步骤3确定的非线性约束条件以及步骤4确定的目标函数，构建基于射频隐身的分布式MIMO雷达驻留时间与功率资源联合优化模型；步骤6，对步骤5建立的优化模型采用非线性规划的遗传算法进行求解，得到当前时刻使得分布式MIMO雷达系统截获概率pnet最小的最优发射功率Pti*和驻留时间TOTi*解，并循环求解出目标跟踪过程中满足检测性能要求的所有时刻的发射功率和驻留时间的解集。...

【技术特征摘要】
1.一种基于射频隐身的分布式MIMO雷达资源联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定分布式MIMO雷达系统总的发射功率和驻留时间资源，根据系统的总资源，确定每部雷达发射功率和驻留时间资源的上、下界作为优化模型的资源优化区间；步骤2，根据分布式MIMO雷达系统目标跟踪过程中检测性能的要求，确定衡量指标Bhattacharyya距离的门限Bth；步骤3，根据给定的目标反射系数的方差Rg、传播损耗因子pij、雷达接收机的噪声方差Rθ以及发射信号脉冲重复频率fr参量，计算每一时刻分布式MIMO雷达系统目标跟踪过程中检测性能的衡量指标B距离Bnet，并将Bnet≥Bth作为优化模型的非线性约束条件；步骤4，根据给定的虚警概率Pfa、截获接收机总搜索时间TI以及雷达和截获接收机的性能参量，计算分布式MIMO雷达系统截获概率pnet，并将pnet作为优化模型的目标函数；步骤5，根据步骤1确定的第i部雷达的发射功率和驻留时间区间、步骤3确定的非线性约束条件以及步骤4确定的目标函数，构建基于射频隐身的分布式MIMO雷达驻留时间与功率资源联合优化模型；步骤6，对步骤5建立的优化模型采用非线性规划的遗传算法进行求解，得到当前时刻使得分布式MIMO雷达系统截获概率pnet最小的最优发射功率Pti*和驻留时间TOTi*解，并循环求解出目标跟踪过程中满足检测性能要求的所有时刻的发射功率和驻留时间的解集。2.根据权利要求1所述的基于射频隐身的分布式MIMO雷达资源联合优化方法，其特征在于：所述步骤3中分布式MIMO雷达系统目标跟踪过程中检测性能的衡量指标B距离的数学表达式为：Bnet=Σi=1NtΣj=1Nrlog[1+PtiTOTifrRgpij2(2Rθ)-11+PtiTOTifrRgpij2(Rθ)-1];]]>其中，Rg为目标反射系数的方差，pij为传播损耗因子，Rθ为雷达接收机的噪声方差，fr为雷达发射信号的脉冲重复频率，Nt和Nt分别为雷达系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪飞，刘东颖，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32