一種基于加權(quán)平均策略的分布式雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)定位方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于加權(quán)平均策略的分布式雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)定位方法，該具體過程為：步驟a，在分布式多雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置M個(gè)發(fā)射機(jī)和N個(gè)接收機(jī)，其在地域上分布廣泛并且時(shí)間同步；發(fā)射機(jī)和接收機(jī)位于二維平面，并且位置已知；步驟b，利用目標(biāo)跟蹤算法估計(jì)目標(biāo)位置、雷達(dá)橫截面積等參數(shù)信息，通過發(fā)射機(jī)子集的基于克羅拉美下界的方差下降函數(shù)來構(gòu)造待優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；步驟c，利用待優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的子模性質(zhì)，采用基于加權(quán)平均策略的子集選擇算法，在總功率約束下選擇發(fā)射機(jī)的一個(gè)子集最大化目標(biāo)函數(shù)。本發(fā)明利用待優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的子模性質(zhì)，提出了基于加權(quán)平均策略具有性能保證的多項(xiàng)式時(shí)間算法復(fù)雜度發(fā)射機(jī)子集選擇算法。
【專利說明】一種基于加權(quán)平均策略的分布式雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達(dá)信息處理領(lǐng)域，尤其涉及一種分布式雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)定位方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 分布式雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)由地域上廣泛分布的多個(gè)雷達(dá)站點(diǎn)組成，其包括：分布式多輸入 多輸出（Multiple Input Multiple Output,ΜΙΜΟ)雷達(dá)以及多站雷達(dá)系統(tǒng)等。分布式ΜΙΜΟ 雷達(dá)最早由Fishier等提出，與傳統(tǒng)雷達(dá)相比，分布式ΜΜ0雷達(dá)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是地域上 廣泛分布的發(fā)射/接收天線能夠捕捉到目標(biāo)的不同截面，提供關(guān)于目標(biāo)的空間散射特性信 息，能夠避免目標(biāo)散射的閃爍，因而在檢測低可觀測目標(biāo)時(shí)具有更好的性能，從而得到了廣 泛關(guān)注。
[0003] 在分布式雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)射機(jī)、接收機(jī)的數(shù)量及其位置對系統(tǒng)感知能力具有重要 影響，分布式ΜΜ0雷達(dá)的性能改善與發(fā)射機(jī)、接收機(jī)數(shù)量、信號帶寬、信噪比等相關(guān)，而多 站雷達(dá)系統(tǒng)定位性能的好壞則與系統(tǒng)幾何拓?fù)溆嘘P(guān)。雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和資源管理中需要解決 的一個(gè)關(guān)鍵問題是能量約束下動(dòng)態(tài)的天線選擇，即需要設(shè)計(jì)一個(gè)天線選擇器，用來確定在 某個(gè)時(shí)間周期系統(tǒng)需要開啟哪些天線。天線選擇需要在總功率、開啟的天線數(shù)量以及所獲 得的關(guān)于目標(biāo)的信息量之間進(jìn)行平衡。Haimovich等采用克羅拉美下界作為優(yōu)化指標(biāo)，描述 了兩類關(guān)于功率分配的問題：一是在保持每個(gè)站點(diǎn)的發(fā)射功率在一個(gè)可允許的范圍內(nèi)，在 滿足給定定位性能的條件下最小化總發(fā)射功率；二是對于一個(gè)給定的總功率預(yù)算，通過優(yōu) 化發(fā)射雷達(dá)的功率分配來最大化可獲得的定位性能。Haimovich將兩類問題描述成為組合 優(yōu)化框架下的背包問題。由于背包問題是典型的NP-hard問題，計(jì)算復(fù)雜度呈指數(shù)級增長， 其最優(yōu)解只能通過窮舉來獲得。
[0004] 雖然現(xiàn)有技術(shù)對多雷達(dá)系統(tǒng)中的功率分配以及發(fā)射機(jī)、接收機(jī)選擇問題進(jìn)行了系 統(tǒng)研究，但是其沒有利用待優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)以及可行解空間的結(jié)構(gòu)，其提出的近似算法雖然 從少量仿真上驗(yàn)證了具有很好的性能，但是缺少理論保證，也就意味著算法性能在某些情 況下可能非常差。另外，其只對系統(tǒng)中存在一個(gè)目標(biāo)的情況下進(jìn)行了研究，實(shí)際場景中往往 會(huì)存在大量目標(biāo)。針對多目標(biāo)的功率分配以及發(fā)射機(jī)、接收機(jī)的選擇比單目標(biāo)要復(fù)雜的多。
[0005] 鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長時(shí)間的研究和實(shí)踐終于獲得了本創(chuàng)作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于加權(quán)平均策略的分布式雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)定位方 法，用以克服上述技術(shù)缺陷。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于加權(quán)平均策略的分布式雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)定 位方法，該具體過程為：
[0008] 步驟a，在分布式多雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置Μ個(gè)發(fā)射機(jī)和N個(gè)接收機(jī)，其在地域上分布廣 泛并且時(shí)間同步；發(fā)射機(jī)和接收機(jī)位于二維平面，并且位置已知；
[0009] 步驟b，利用目標(biāo)跟蹤算法估計(jì)目標(biāo)位置、雷達(dá)橫截面積等參數(shù)信息，通過發(fā)射機(jī) 子集的基于克羅拉美下界的方差下降函數(shù)來構(gòu)造待優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；
[0010] 步驟c，利用待優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的子模性質(zhì)，采用基于加權(quán)平均策略的子集選擇算 法，在總功率約束下選擇發(fā)射機(jī)的一個(gè)子集來得到目標(biāo)函數(shù)的近似解。
[0011] 進(jìn)一步，根據(jù)下述公式確定關(guān)于目標(biāo)i的位置的克羅拉美下界表達(dá)式，
[0012]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于加權(quán)平均策略的分布式雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)定位方法，其特征在于，該具體過 程為： 步驟a，在分布式多雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置Μ個(gè)發(fā)射機(jī)和N個(gè)接收機(jī)，其在地域上分布廣泛并 且時(shí)間同步；發(fā)射機(jī)和接收機(jī)位于二維平面，并且位置已知； 步驟b，利用目標(biāo)跟蹤算法估計(jì)目標(biāo)位置、雷達(dá)橫截面積等參數(shù)信息，通過發(fā)射機(jī)子集 的基于克羅拉美下界的方差下降函數(shù)來構(gòu)造待優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)； 步驟c，利用待優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的子模性質(zhì)，采用基于加權(quán)平均策略的子集選擇算法，在 總功率約束下選擇發(fā)射機(jī)的一個(gè)子集來得到待優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的近似解。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加權(quán)平均策略的分布式雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)定位方法，其特 征在于，根據(jù)下述公式確定關(guān)于目標(biāo)i位置的克羅拉美下界表達(dá)式，
記發(fā)射機(jī)集合為匕：={1，2, ...，M}，接收機(jī)集合為Εκ:= {1，2, ...，N}。對任意
J選擇發(fā)射機(jī)子集Ατ及接收機(jī)子集Α κ所獲得的關(guān) 于目標(biāo)i位置估計(jì)的克羅拉美下界。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于加權(quán)平均策略的分布式雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)定位方法，其特 征在于，克羅拉美下界計(jì)算公式為：
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于加權(quán)平均策略的分布式雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)定位方法， 其特征在于，在上述步驟b中，基于加權(quán)平均策略的發(fā)射機(jī)子集選擇問題可描述為下述公 式：
目標(biāo)i的非負(fù)權(quán)重，表示目標(biāo)i的優(yōu)先級。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于加權(quán)平均策略的分布式雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)定位方法， 其特征在于，在上述步驟c中，提出了加權(quán)平均策略下的發(fā)射機(jī)子集選擇算法：首先，從所 有不超過兩個(gè)發(fā)射機(jī)的子集中選擇滿足總功率約束p total并且總的方差下降F最大的一個(gè) 集合Ai。然后，對每個(gè)大小為3并且滿足總功率約束ptotal的發(fā)射天線機(jī)子集Ατ，不斷從備 選發(fā)射機(jī)子集中選擇滿足總功率Pt(rtal約束，并且每單位功率邊際的總方差下降最大的一個(gè) 發(fā)射機(jī)加入Α τ ;直到備選發(fā)射機(jī)子集為空。最終，從所有Ατ中選擇總方差下降最大的解與 4比較，選其二者中最大的一個(gè)作為算法的解返回。該算法的近似保證>
Φ 算法獲得的值至少是最優(yōu)值的〇. 632倍，算法計(jì)算時(shí)間復(fù)雜度為0 (| Ετ 15TF)，其中TF為每次 計(jì)算方差下降函數(shù)F所用的時(shí)間。
【文檔編號】G06F19/00GK104101873SQ201410314368
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月29日
【發(fā)明者】王增福, 郭振, 潘泉, 蘭華, 梁彥 申請人:西北工業(yè)大學(xué)