舰载机会阵雷达通信一体化时的阵列资源自适应分配算法研究

The opportunistic array can provide many technical advantages for the shipborne radar communication integration. In order to improve the array efficiency in the variable environment of tracking and communication, this project focuses on the adaptive opportunistic array resource management research, while the integration system is used for tracking data acquisition and transmission. The main research contents of this project are as followed: (1) The beamforming method based shared-aperture interleaved arrays will be studied and realized by improved wind driven optimization method. The array positions and amplitudes will be optimized under the constraints of tracking and communication power.(2) In the environment of multi-targets cognitive tracking, the mathematical model of tracking information increment will be realized to reduce the multipath effect from low altitude target tracking. The opportunistic array allocation method for tracking will be designed with the least array resources under the condition of limited arrays. (3) The mathematical model of communication performance evaluation will be built for directional communication using multi-beams. The opportunistic array allocation method for shipborne communication will be proposed with the most links under the condition of limited arrays. (4) After the cost and benefit functions are designed, the opportunistic array resource allocation method based on non-cooperative and complete information game will be studied under the terms of stochastic tracking targets and communication nodes, the highest benefit of tracking and communication will be obtained with the highest array utilization.

机会阵列为舰载雷达通信一体化奠定了技术基础。项目以跟踪数据获取与传输为任务，随着跟踪和通信环境的变化，自适应分配机会阵列资源，进一步提升舰载机会阵雷达通信一体化时的阵列工作效率。(1)研究基于共享孔径的多波束形成方法，以阵元位置、激励幅度为优化变量，以通信和跟踪功率为约束，利用改进的风驱动优化算法实现共享孔径、交错布阵时的阵元分配。(2)多目标认知跟踪环境下，以抑制低空跟踪时的多径效应为目标，构建机会阵列资源受限时跟踪信息增量计算模型，研究基于最少化阵列消耗的阵列资源自适应分配算法；(3)多波束定向通信条件下，构建机会阵列资源受限时的通信性能评估模型，研究基于最大化通信链路数的阵列资源自适应分配算法；(4)在跟踪目标个数随机变化、通信节点随机增减时，设计科学的资源分配代价函数、跟踪与通信效益函数，研究基于非合作完全信息博弈的阵列分配算法，以最优化通信和跟踪效益为目标，最大化阵列利用率。

多波束形成技术是舰载机会阵雷达的关键技术，本项目围绕机会阵雷达数字多波束形成技术展开研究，将时间调制阵列技术引入到均匀线型机会阵多波束形成技术中，在阵元数目相同的情况下，可以比常规方法形成更多的波束。本项目进一步研究了非均匀机会阵的多波束形成算法，以降低两个子阵的峰值旁瓣电平为目标，优化两个子阵列的控制序列。在圆环机会阵多波束形成算法中，采用风驱动算法的位置更新公式来代替差分进化算法变异操作中个体的选取。仿真验证了机会阵多波束形成算法的有效性。.本项目在实现舰载雷达功率自适应分配算法的基础上，提出协方差算法与灰色关联度决策算法相结合的雷达波束调度算法、基于快速非支配排序遗传算法的通信功率自适应分配算法，实现了基于正交频分复用的一体化信号的功率控制方法。仿真表明本项目算法能够提升雷达通信一体化系统整体性能。针对性能最优的雷达通信一体化功率资源分配问题，本项目设计了一种在机会阵雷达通信频谱复用的情况下的功率分配算法，然后以雷达检测概率、通信传输速率、峰值功率为约束，设计了发射功率的优化模型。在雷达的最小信号噪声比和最小通信传输速率的约束条件下，提出了子载波和功率联合分配方法，实现系统总发射功率的最小化。数值仿真结果表明，所提出的方法显著地降低了信号发射总功率。.本项目围绕舰载OFDM雷达通信一体化波形设计和处理方法展开研究，针对直接信息调制雷达通信一体化信号模糊函数的旁瓣较高的缺点，本项目提出了一种加权预处理一体化波形优化设计方法。针对低速目标回波，本项目提出了一种基于多符号OFDM一体化回波信号的距离和速度联合估计方法。在高速目标场景中，项目设计了包含符号内和子载波间多普勒效应的一体化回波信号接收模型。利用这个模型，提出了一种速度和距离独立估计的极大似然方法。理论和仿真均验证了所提方法的有效性。.本项目研究成果为各类平台射频综合技术的发展提供基础理论和关键技术支撑。