本發(fā)明屬于雷達(dá)資源調(diào)度，具體涉及一種面向tdoa定位的分布式雷達(dá)部署策略優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、輻射源定位在電子對(duì)抗中具有關(guān)鍵意義，通過(guò)精準(zhǔn)定位敵方雷達(dá)、通信設(shè)備及干擾機(jī)等目標(biāo)，能夠顯著提升戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視與打擊能力，為對(duì)抗策略提供實(shí)時(shí)的先驗(yàn)信息。分布式雷達(dá)憑借節(jié)點(diǎn)部署靈活和信號(hào)級(jí)協(xié)同處理的優(yōu)勢(shì)，可獲取多視角、多維度的觀測(cè)信息，如到達(dá)時(shí)間、到達(dá)時(shí)間差(time?difference?of?arrival,tdoa)和到達(dá)角度等，在輻射源定位領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其中，基于tdoa的定位方法因無(wú)需依賴波形先驗(yàn)信息、定位精度高，且對(duì)多徑效應(yīng)的魯棒性強(qiáng)，展現(xiàn)出顯著的應(yīng)用潛力。然而，現(xiàn)有的tdoa定位方法在部署雷達(dá)時(shí)，通常僅考慮二維平面或三維空間中的固定點(diǎn)布局，忽視了節(jié)點(diǎn)部署策略的合理性對(duì)系統(tǒng)性能的影響。合理的節(jié)點(diǎn)布局直接關(guān)系到定位精度以及覆蓋范圍等多項(xiàng)性能指標(biāo)。通過(guò)精心設(shè)計(jì)和優(yōu)化節(jié)點(diǎn)部署，在有限資源條件下，可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的系統(tǒng)定位效能。

2、目前，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者在分布式雷達(dá)節(jié)點(diǎn)部署策略優(yōu)化方法領(lǐng)域開(kāi)展了廣泛研究。對(duì)于單任務(wù)區(qū)域的tdoa定位任務(wù)，通常通過(guò)最小化克拉美-羅下界(cramer-rao?lowerbound,crlb)來(lái)確定最優(yōu)節(jié)點(diǎn)配置。當(dāng)輻射源位于傳感器區(qū)域內(nèi)部時(shí)，最佳配置為傳感器對(duì)稱圍繞輻射源排列；而當(dāng)輻射源位于傳感器區(qū)域外部時(shí)，最佳配置則位于輻射源至區(qū)域邊界的切點(diǎn)上。對(duì)于存在重要性差異的多任務(wù)區(qū)域定位任務(wù)，在考慮系統(tǒng)監(jiān)視性能指標(biāo)的情況下，現(xiàn)有研究多將其建模為多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，并采用啟發(fā)式算法，如多目標(biāo)粒子群算法(multi-objective?particle?swarm?optimization,mopso)，進(jìn)行求解。盡管這些研究在提升分布式雷達(dá)的定位和監(jiān)視性能方面取得了一定進(jìn)展，但大多仍局限于節(jié)點(diǎn)位置的優(yōu)化，未能充分考慮節(jié)點(diǎn)法線指向與系統(tǒng)監(jiān)視性能之間的耦合關(guān)系。忽視這一關(guān)鍵因素可能導(dǎo)致系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法達(dá)到預(yù)期的監(jiān)視效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明綜合考慮了節(jié)點(diǎn)位置和法線指向的聯(lián)合優(yōu)化，構(gòu)建了面向定位任務(wù)的單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題以及兼顧定位和監(jiān)視任務(wù)的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，提出了一種面向tdoa定位的分布式雷達(dá)部署策略優(yōu)化方法。

2、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種面向tdoa定位的分布式雷達(dá)部署策略優(yōu)化方法，具體過(guò)程為：

4、步驟一、面向tdoa定位的分布式雷達(dá)定位場(chǎng)景建模；

5、步驟二、構(gòu)建系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)和優(yōu)化問(wèn)題，所述評(píng)價(jià)指標(biāo)包括關(guān)鍵子區(qū)ks定位性能評(píng)價(jià)指標(biāo)和雷達(dá)偵察區(qū)域rsa監(jiān)視性能評(píng)價(jià)指標(biāo)；所述ks定位性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為：在每個(gè)ks中，取所有網(wǎng)格點(diǎn)的最大均方根定位誤差rmspe，利用其衡量節(jié)點(diǎn)部署方案φ下的系統(tǒng)定位性能，所述rsa監(jiān)視性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為：計(jì)算有效監(jiān)視點(diǎn)占rsa所有網(wǎng)格點(diǎn)的比例，稱之為有效監(jiān)視區(qū)域覆蓋率，作為衡量系統(tǒng)監(jiān)視性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)；所述優(yōu)化問(wèn)題包括面向定位任務(wù)的單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題和兼顧定位和監(jiān)視任務(wù)的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題；

6、步驟三、對(duì)步驟二中構(gòu)建的優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，獲得分布式雷達(dá)優(yōu)化部署策略。

7、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述ks定位性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為：

8、

9、其中，表示在雷達(dá)部署方案φ下的ks區(qū)域中任一網(wǎng)格點(diǎn)的rmspe，φ＝[s,α]，s表示分布式雷達(dá)節(jié)點(diǎn)位置向量，α為分布式雷達(dá)方位向法線指向向量。

10、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述rsa監(jiān)視性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為：

11、

12、其中，b(·)表示布爾函數(shù)，ai表示表示在節(jié)點(diǎn)部署方案φ下第i個(gè)雷達(dá)節(jié)點(diǎn)的有效偵察區(qū)間，表示rsa中的網(wǎng)格點(diǎn)。

13、進(jìn)一步地，本發(fā)明基于所述ks定位性能評(píng)價(jià)指標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù)為：

14、

15、其中：表示ks定位性能的效應(yīng)函數(shù)，為設(shè)定定位權(quán)重；

16、

17、其中：β1和β2是懲罰系數(shù)，滿足β1＞β2＞0，且β1+β2＝1，為期望定位精度，

18、基于所述目標(biāo)函數(shù)和rsa監(jiān)視性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建單目標(biāo)定位性能優(yōu)化問(wèn)題和兼顧定位和監(jiān)視性能的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。

19、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述單目標(biāo)定位性能優(yōu)化問(wèn)題為：

20、

21、所述兼顧定位和監(jiān)視性能的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題為：

22、

23、其中，表示分布式雷達(dá)位于雷達(dá)部署區(qū)域內(nèi)，表示第k個(gè)ks的個(gè)邊界點(diǎn)均被4個(gè)以上雷達(dá)節(jié)點(diǎn)的波束覆蓋。

24、進(jìn)一步地，本發(fā)明步驟一在分布式場(chǎng)景建模時(shí)，測(cè)量誤差nr考慮的噪聲包括恒定噪聲和信噪比相關(guān)噪聲其協(xié)方差矩陣qr為：

25、

26、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述信噪比相關(guān)噪聲為：

27、

28、其中：bj和bn分別表示輻射源信號(hào)帶寬和接收機(jī)噪聲帶寬；t表示觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)；snri表示第i,i＝0,1,…,n-1部雷達(dá)節(jié)點(diǎn)接收到輻射源發(fā)射信號(hào)的snr。

29、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述均方根定位誤差rmspe為：基于所述協(xié)方差矩陣qr計(jì)算獲得。

30、進(jìn)一步地，本發(fā)明步驟三基于rc-mopso算法，通過(guò)在粒子初始化和更新過(guò)程中引入?yún)^(qū)域約束，確保在迭代過(guò)程中粒子始終滿足優(yōu)化問(wèn)題的復(fù)雜約束條件，進(jìn)而獲得最優(yōu)部署策略，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定位性能和監(jiān)視性能的最優(yōu)平衡。

31、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟三的具體過(guò)程為：

32、(1)對(duì)種群中粒子的節(jié)點(diǎn)位置信息和節(jié)點(diǎn)法線指向進(jìn)行初始化，設(shè)置約束條件包括：粒子部署位置不能超出rda且節(jié)點(diǎn)法線指向向量位于法線指向的下界和上界范圍內(nèi)；

33、(2)設(shè)定種群中粒子的速度和位置的更新規(guī)則和約束條件，所述約束條件為：粒子速度不能超出預(yù)設(shè)邊界[vmin,vmax]。

34、(3)設(shè)定個(gè)體最優(yōu)粒子更新規(guī)則：在第t次迭代時(shí)，若粒子m的當(dāng)前位置xm(t)支配pm(t-1)，則其更新為新的個(gè)體最優(yōu)位置；若xm(t)被pm(t-1)支配，則不更新個(gè)體最優(yōu)位置；若xm(t)和pm(t-1)互不支配，則個(gè)體最優(yōu)位置以設(shè)定概率取xm(t)或pm(t-1)；

35、(4)設(shè)定全局粒子更新規(guī)則為：選擇外部檔案中最稀疏部分的粒子作為全局最優(yōu)粒子，并根據(jù)個(gè)體最優(yōu)粒子間的支配關(guān)系實(shí)時(shí)更新外部檔案。

36、有益效果：

37、第一，本發(fā)明綜合考慮了節(jié)點(diǎn)位置和法線指向的聯(lián)合優(yōu)化，構(gòu)建了面向定位任務(wù)的單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題以及兼顧定位和監(jiān)視任務(wù)的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題；本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)分布式雷達(dá)部署策略優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定位性能和監(jiān)視性能的最優(yōu)平衡。相比于隨機(jī)部署方案，本發(fā)明在提升系統(tǒng)定位和監(jiān)視性能方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。

38、第二，本發(fā)明提出rc-mopso方法來(lái)求解上述優(yōu)化問(wèn)題，通過(guò)在粒子初始化和更新過(guò)程中引入?yún)^(qū)域約束，確保在迭代過(guò)程中粒子始終滿足優(yōu)化問(wèn)題的復(fù)雜約束條件，進(jìn)而獲得最優(yōu)部署策略。

技術(shù)特征：

1.一種面向tdoa定位的分布式雷達(dá)部署策略優(yōu)化方法，其特征在于，具體過(guò)程為：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述面向tdoa定位的分布式雷達(dá)部署策略優(yōu)化方法，其特征在于，所述ks定位性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述面向tdoa定位的分布式雷達(dá)部署策略優(yōu)化方法，其特征在于，所述rsa監(jiān)視性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述面向tdoa定位的分布式雷達(dá)部署策略優(yōu)化方法，其特征在于，基于所述ks定位性能評(píng)價(jià)指標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù)為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述面向tdoa定位的分布式雷達(dá)部署策略優(yōu)化方法，其特征在于，所述單目標(biāo)定位性能優(yōu)化問(wèn)題為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述面向tdoa定位的分布式雷達(dá)部署策略優(yōu)化方法，其特征在于，步驟一在分布式場(chǎng)景建模時(shí)，測(cè)量誤差nr考慮的噪聲包括恒定噪聲和信噪比相關(guān)噪聲其協(xié)方差矩陣qr為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述面向tdoa定位的分布式雷達(dá)部署策略優(yōu)化方法，其特征在于，所述信噪比相關(guān)噪聲為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述面向tdoa定位的分布式雷達(dá)部署策略優(yōu)化方法，其特征在于，所述均方根定位誤差rmspe為：基于所述協(xié)方差矩陣qr計(jì)算獲得。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述面向tdoa定位的分布式雷達(dá)部署策略優(yōu)化方法，其特征在于，步驟三基于rc-mopso算法，通過(guò)在粒子初始化和更新過(guò)程中引入?yún)^(qū)域約束，確保在迭代過(guò)程中粒子始終滿足優(yōu)化問(wèn)題的復(fù)雜約束條件，進(jìn)而獲得最優(yōu)部署策略，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定位性能和監(jiān)視性能的最優(yōu)平衡。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述面向tdoa定位的分布式雷達(dá)部署策略優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟三的具體過(guò)程為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于雷達(dá)資源調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向TDOA定位的分布式雷達(dá)部署策略優(yōu)化方法，該方法具體過(guò)程為：步驟一、面向TDOA定位的分布式雷達(dá)定位場(chǎng)景建模；步驟二、構(gòu)建系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)和優(yōu)化問(wèn)題，所述評(píng)價(jià)指標(biāo)包括關(guān)鍵子區(qū)KS定位性能評(píng)價(jià)指標(biāo)和雷達(dá)偵察區(qū)域RSA監(jiān)視性能評(píng)價(jià)指標(biāo)；所述優(yōu)化問(wèn)題包括面向定位任務(wù)的單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題和兼顧定位和監(jiān)視任務(wù)的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題；步驟三、對(duì)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，獲得分布式雷達(dá)優(yōu)化部署策略。

技術(shù)研發(fā)人員：劉泉華,田德智,梁振楠,馮柯維,蒲偉銘,李仁杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9