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Dynamic priority scheduling algorithm for air defense phased array radar in overload situations
ZHANG Haowei , XIE Junwei , SHI Junpeng , LI Jingqing , SHENG Chuan
Air and Missile Defense College, Air Force Engineering University, Xi'an 710051, China
Received: 2015-11-25; Accepted: 2016-01-08; Published online: 2016-04-15 16:56
Corresponding author. XIE Junwei, Tel.:029-84789121, E-mail:xjw_xjw_123@163.com
Abstract: Aimed at time resource allocation in the air defense phased array radar in overload situations, a new scheduling algorithm using the threat density of targets and deadline of tasks to decide the task dynamic priority was proposed. The nonlinear threat level of targets model was established and the dynamic priority table was designed. Then, the synthetic priority was determined by the threat level of targets, task dwell time and the deadline. The notion of threat ratio of execution (TRE) was proposed in the performance evaluation indexes to reflect the radar scheduling performance in important tasks. The simulation results show that compared with the earliest deadline first algorithm, the proposed algorithm could improve search performance by 43% and enhance the threat ratio of execution by 52% in overload situations.

1 基本理论建模 1.1 目标威胁度模型

1)定义目标径向距离威胁函数：

 (1)

2)考虑目标低速时威胁较小，当速度超出一定值时，威胁迅速上升，定义“S”型速度威胁函数：

 (2)

3)定义目标指向雷达水平方向矢量与目标速度矢量之间的夹角为目标航向角θ。当θ=0°时，目标径直飞向我方，对雷达威胁最大；当θ=180°时，目标径直飞离我方，威胁度最小。则目标角度威胁函数[20]

 (3)

4)考虑目标低空突防的威胁，定义高度威胁函数[21]

 (4)

5)目标类型中考虑以下几种典型情况：战术导弹、战斗机、轰炸机、直升机和干扰机，定义目标类型威胁值为pTY，可由专家确定。

 (5)

1.2 雷达任务模型

 (6)

 (7)

 (8)

 (9)

In可详细表示为

 (10)

1.3 雷达任务约束

1)时间资源约束

 (11)

2)能量资源约束

 (12)

 (13)

3)处理器资源约束

 (14)

2 改进算法描述 2.1 评估指标

1)时间利用率，即成功执行的所有任务所用时间与可用时间的比值，可表示为

 (15)

 (16)

2)执行威胁率。由于任务的重要性是随目标威胁程度而变化的，并不依赖于人为划分，本文引入执行威胁率的概念，用以代替原有的实现价值率[8]。执行威胁率即为调度成功的任务所具有的目标威胁度总和与请求任务目标威胁度总和之比(在此默认调度成功的任务具有的目标威胁度与相应请求任务具有的目标威胁度相等)，用以反映调度算法对重要任务的调度性能，其表达式为

 (17)

3)发现目标数目，它能够反映饱和时序情况下雷达的搜索性能。饱和时序下，时间资源限制突出，雷达发现目标数量越多，越能够从中选出威胁程度较大的目标进行跟踪，提升对高威胁目标的处理能力。

2.2 优先级规划

 (18)

 (19)

 图 1 优先级表设计 Fig. 1 Design of priority table

2.3 调度策略

 图 2 调度流程 Fig. 2 Flowchart of scheduling
3 仿真校验 3.1 参数设定

 任务 驻留参数tx, tw, tr/ms 功率/kW 时间窗/ms 采样间隔/ms 确认 1, -, 5 5 50 150 精跟 0.5, -, 0.5 4 50 100~200 失跟处理 1, -, 5 5 100 - 普跟 0.5, -, 0.5 3 200 250~500 监视 0.5, -, 0.5 3 500 1 000 搜索 1, -, 5 5 - 10

3.2 仿真结果及分析

 图 3 改进算法与传统算法调度序列对比 Fig. 3 Comparison of scheduling sequences between proposed and traditional algorithms
 图 4 改进算法与传统算法各类任务时间利用率对比 Fig. 4 Comparison of time utilization ratio in different tasks between proposed and traditional algorithms
 图 5 改进算法和传统算法性能对比 Fig. 5 Comparison of performance between proposed and traditional algorithms

4 结论

1)构建目标威胁度模型的过程中，突出了多种目标属性对雷达威胁的非线性变化。

2)通过设计二维动态优先级表，赋予任务动态优先级，克服了人为划分任务重要性的影响；并给出了算法在资源约束条件下的调度流程。

3)提出执行威胁率这一性能评估指标，以显示调度算法对重要任务的调度情况。

4)与传统算法进行对比，仿真结果表明，本文算法相比于传统的截止期最早最优先算法，提高了时间利用率，搜索性能方面提高了43%，执行威胁率提高了52%。

#### 文章信息

ZHANG Haowei, XIE Junwei, SHI Junpeng, LI Jingqing, SHENG Chuan

Dynamic priority scheduling algorithm for air defense phased array radar in overload situations

Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronsutics, 2016, 42(12): 2722-2729
http://dx.doi.org/10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0779