一种基于k覆盖的外源雷达网络接收站位优化配置方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达组网技术领域，具体涉及一种基于Κ覆盖的外源雷达网络接收站 位优化配置方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，利用第三方辐射源作为照射源的外源雷达逐渐成为研究热点，其具有绿 色环保、隐蔽性好、抗干扰能力强等优点。然而在外源雷达信号处理技术逐步完善的同时， 外源雷达的实际应用性能不稳定，往往无法达到或接近理想性能，其产生原因主要有两点： 1.复杂的电磁环境影响信号处理的实际性能评估;2.不合适的站位配置可能严重影响雷达 系统的实际工作，如强直达波可能会阻塞接收机等。因此，在外源雷达的实际应用中，电磁 环境的预估和接收站的合理配置将至关重要。
[0003] 另一方面，外源雷达所利用的第三方辐射源具有向网络化发展的趋势，较为典型 的有单频网和多频网两种。单频网技术(Single Frequency Network，缩写SFN)已广泛应用 于数字广播电视组网覆盖，如中国CMMB/DTMB/⑶R、欧洲DAB/DVB-T、日本ISDB-T等数字广播 电视标准均采用了单频网技术。其主要特点是在预期覆盖区域内布置多个小功率发射台， 同时以同一频率播出相同的节目。而多频覆盖则以不同的频率播出不同的节目，一般发射 台个数较少，但功率较大，其典型应用是FM广播。
[0004] 为扩大雷达覆盖范围，提高目标定位跟踪精度，外源雷达接收站的配置也呈现出 网络化的趋势。此时其与发射站网络共同构成多输入多输出(multiple-input multiple-output，缩写ΜΙΜΟ)雷达，也称为外源雷达网络（passive radar network，缩写PRN) JRN可 以扩展外源雷达的应用范围，但同时多个接收站的合理配置问题和PRN的信号处理问题也 将变得更为复杂，其中一个重要问题是关联模糊问题(包括发射站与目标关联问题及目标 与接收站量测值关联问题）。新的信号处理问题对PRN的配置问题提出了新的要求，即解模 糊问题时需要多个收发对同时探测到目标，在PRN接收站位配置问题中，我们称该问题为K 覆盖问题。总之，PRN中接收站位优化配置问题涉及多个方面，在第三方辐射源覆盖、电磁环 境、地理环境、硬件系统及信号处理能力等普遍约束下，通过选择合适的接收站位置，最终 使得整个外源雷达网络的覆盖性能、检测性能及定位跟踪性能达到最优，对其实用化具有 重要的意义。该问题的解决将极大地推动外源雷达组网技术的研究，具有广泛的实际应用 前景。
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于K覆盖的外源雷达网络接收站位优 化配置方法。
[0006] 本发明所提的基于K覆盖的外源雷达网络接收站位优化配置方法，其特征在于，包 括以下步骤：
[0007] 步骤1:基于K阶覆盖上分位点构造组合优化模型；
[0008] 步骤2:利用电波传播预测模型实现双基路径的传播损耗预测；
[0009] 步骤3:根据当前接收站配置对区域进行K阶维诺图划分；
[0010] 步骤4:求解子划分中接收站的最佳配置，构造维诺解；
[0011] 步骤5:基于维诺解，利用邻域搜索方法获得邻域内更优解，构造邻域搜索解；
[0012] 步骤6:评价邻域搜索解，若非最优，则基于当前邻域解重复步骤3-5,否则，停止迭 代，输出最优配置结果。
[0013]步骤1所述的基于K阶覆盖上分位点构造组合优化模型；具体实现过程为:首先定 义外源雷达网络中K覆盖，其表示区域内每个目标点被至少K个收发对同时覆盖，然后定义K 覆盖下探测到目标所需最小RCS值为K阶覆盖上分位点，最后基于K阶覆盖上分位点构造组 合优化模型为
[0014]
[0015] 其中，min(x，K)表示序列X中第K小的数值，Gsys,max为外源雷达系统参数，包括发射 机功率、接收天线增益、信号处理能力、硬件系统损耗及环境噪声，L P,n表示发射站tn到目标 点Sp的传播损耗，Lp,m表不目标点Sp到接收站rm的传播损耗，Ω Τ、Qr和Ωρ分别代表发射站、 接收站和区域内感兴趣目标点的坐标位置集合，优化模型的含义是从备选接收站集合Ω Κ0 中选取Μ个接收站，使得全区域Κ阶覆盖上分位点最小。
[0016] 步骤2所述的利用电波传播预测模型实现双基路径的传播损耗预测；具体实现过 程为:首先根据探测需求将感兴趣区域离散为若干个关键目标点，然后利用相关的电波传 播预测模型计算传播损耗矩阵L P,n和LP,q;假设发射站、关键目标点及备选接收站的个数分 别为N、P及Q，故1的下标取值为η = 1，2，…，N，rm下标取值为m= 1，2，…，Μ，sP的下标取值为p =1，2，一，？，后续下标含义与此相同，14^表示发射站1到目标点％的传播损耗值，矩阵大小 为P X N，LP, q表示目标点sP到备选接收站rq的传播损耗值，q=l，2,…，Q，故矩阵大小为P X Q。
[0017] 步骤3所述的根据当前接收站配置对区域进行K阶维诺图划分;具体实现过程为： 首先定义双基地雷达网络的K阶维诺单元0为
[0018]
[0019] 其中v表示目标点，（tn，rm)表示接收站为rm、发射站为1的收发对组合，（W，r m〇表 示接收站为W、发射站为W的收发对组合，S表示所有的收发对集合，其元素个数为MXN 个，#为S的子集且|<||。=足，矽称为K阶维诺单元产生器，因此rf表示满足上述双基距离 乘积不等式的目标点集合；
[0020] 根据K阶维诺单元的定义将区域至多分为MX N个区域，然后根据该定义判定关键 目标点的划分为
[0021]
[0022]其中LP,n'表示发射站W到目标点办的传播损耗，LP, m'表示目标点邱到接收站rn/的 传播损耗，LPy、LP,m根据接收站配置从LP, q中提取，初始迭代时接收站配置随机产生；
[0023]最后根据划分结果给关键目标点赋上权值，并将其划分给相应的接收站，假设目 标点sP对应的K阶维诺单元产生器为^,，集合5^中对应LP,n+L P,m最大的收发组合为(tn〇〇， rm〇〇)，此时可给目标点赋上权值为wP = LP,n〇〇,并判定其隶属于接收站rm〇〇;
[0024] 在对区域内感兴趣目标点进行K阶维诺图划分后，可将优化模型转换为
[0025]
[0026] 其中Im表示隶属于接收站^的目标点集合。
[0027] 步骤4所述的求解子划分中接收站的最佳配置，构造维诺解;该步骤是求解由步骤 3转换所得的优化模型，即式肆，在每个子划分中，由于+ 是一个1中心 问题，直接遍历备选接收站集合，选取最优解作为输出，假设子划分1^对应的最优解为 〇^，则所构造的维诺解为劣=|￡1":，〇^_,〇_卜
[0028] 步骤5所述的基于维诺解，利用邻域搜索方法获得邻域内更优解，构造邻域搜索 解;具体实现过程为:首先基于维诺解ΩΙ构造邻域解集Ω NX，构造方式为:从Μ个接收站中任 意选取k个接收站向邻域位置移动，由此得到的接收站配置集合称为邻域解;假设每个接收 站平均拥有Y个邻域位置，则可得(^:^个邻域解，然后遍历邻域解集Ω ΝΧ，若ΩΝΧ中存在较 更优解，则输出该解为邻域搜索解，记为咬，否则，邻域中无更优解，输出邻域搜索解 Of = Ω； 〇
[0029] 步骤6所述的评价邻域搜索解，若非最优，则基于当前邻域解重复步骤3-5,否则， 停止迭代，输出最优配置结果;该步骤判定是否停止迭代搜索，评价邻域搜索解的方式有两 种:一是当前邻域搜索解所对应的目标函数值满足初始设定需求，二是多次迭代所得邻域 搜索解不变，则认定利用所述优化配置方法已搜索得局部最优解。
[0030] 本发明所提的基于K覆盖的外源雷达网络接收站位优化配置方法，其优势在于其 出色的应用性能：
[0031] 1.综合考虑了电波传播性能和雷达信号处理中解模糊问题，适用于普遍的雷达应 用场景；
[0032] 2.采用启发式搜索方法可以大大降低搜索复杂度，因此能够在多项式时间内获得 最优解；
[0033] 3.K阶维诺图算法和邻域搜索算法的组合应用，在降低计算量的同时，可以大幅度 提高搜索到全局最优解的概率。
【附图说明】
[0034]图1为本发明的实施原理流程图。
[0035]图2为本发明实施例的仿真场景。
[0036]图3为实施例中仿真所得最优配置图。
[0037]图4为实施例中全区域最小可探测目标RCS值分布图。
[0038]图5为本发明步骤3和步骤4的实施示意图。
[0039]图6为本发明步骤5的实施示意图。
[0040] 图7为本发明所提方法与遗传算法求解性能比较图。
【具体实施方式】
[0041] 为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发 明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0042] 请见图1，本发明所提出的基于K覆盖的外源雷达网络接收站位优化配置方法包括 以下步骤：
[0043] 步骤1，基于K阶覆盖上分位点构造组合优化模型，见式壹；
[0044] 步骤2,传播损耗预测:利用电波传播预测模型实现双基路径的传播损耗预测；
[0045] 步骤3，K阶维诺图划分:根据当前接收站配置对区域进行K阶维诺图划分，初始迭 代时接收站配置随机产生；
[0046] 步骤4，子划分求解:求解子划分中接收站的最佳配置，构造维诺解；
[0047] 步骤5，邻域搜索:基于维诺解，利用邻域搜索方法获得邻域内更优解，构造邻域搜 索解；
[0048] 步骤6，评价邻域搜索解，若非最优，则基于当前邻域解重复步骤3-5，否则，停止迭 代，输出最优配置结果。
[0049] 上述步骤中，步骤1和步骤2是独立进行的，步骤3到步骤6则迭代进行，采用启发式 搜索方式不断迭代更新接收站配置，最终获得全局最优解。
[0050] 本实施例中，仿真场景如图2所示。PRN中包括6个同频发射站，如图2中黑色实五角 星所示，发射功率均为lkW，频率为6