一种雷达多模式切换边界动态管理方法及系统与流程

本发明涉及雷达工作模式控制，尤其涉及一种雷达多模式切换边界动态管理方法及系统。

背景技术：

1、现代多功能相控阵雷达可在多种工作模式间灵活切换，如搜索模式（大空域监视）、跟踪模式（高数据率目标跟踪）、成像模式（合成孔径成像）、识别模式（高距离分辨率目标识别）等。每种工作模式有其特定的适用条件范围：搜索模式适合大空域覆盖但对信噪比要求相对较低，跟踪模式需要较高的数据率和信噪比以保证航迹连续性，成像模式对信噪比和平台运动补偿要求严苛，识别模式则对距离分辨率和信噪比均有较高要求。

2、传统的雷达模式切换策略主要依赖两类方法。第一类是基于操作员经验的判断—操作员根据自身经验和当前战场态势，手动切换雷达工作模式。第二类是基于规则的事件触发—当某预设事件发生时自动切换模式，例如“检测到空中目标自动转入跟踪模式”、“信噪比低于阈值时自动退回搜索模式”。这两类方法存在以下突出问题：模式切换边界模糊且缺乏量化裕度，规则触发逻辑僵化无法连续评估风险，切换滞后且无预测性。具体而言，操作员无法获知当前搜索模式还有多少信噪比余量才不适合继续搜索，单一的规则触发也远不能覆盖复杂多变的战场环境。

3、现有雷达模式切换方法基于离散事件触发（规则表）或人工经验，未将各模式的失效边界建模为连续几何对象，因此无法进行连续风险评估和多模式安全裕度的量化比较。在控制领域基于裕度的自适应切换虽有所应用，但多针对单一控制目标，未涉及多功能雷达多模式之间基于条件空间包络面距离的多维安全裕度比较。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是如何在雷达多种工作模式之间，根据当前条件状态到各模式功能存在边界的量化距离，结合切换代价的比较，进行基于几何安全裕度和风险趋势的自适应模式切换决策，实现连续风险评估与预测性模式管理。为此，本发明提出一种雷达多模式切换边界动态管理方法及系统。

2、根据本发明实施例的雷达多模式切换边界动态管理方法，包括：

3、步骤1，离线构建雷达各工作模式在多维统一条件空间中的功能存在临界包络面，所述包络面构建为有符号距离函数，包络面内部为功能存在区，定义边界距离为所述有符号距离函数值的相反数；

4、步骤2，在线实时估计当前条件向量，利用当前工作模式的所述有符号距离函数计算当前边界距离；

5、步骤3，当所述当前边界距离低于预设预警阈值或风险趋势指标触发提前评估时，计算当前条件向量到其余各备选模式包络面的边界距离，并根据边界距离将备选模式分为充分适用、预警适用和当前不适用三级；所述风险趋势指标为边界距离在滑动时间窗口内的线性回归斜率；

6、步骤4，根据各模式的边界距离数值、双重阈值带迟滞机制及所述风险趋势指标进行当前模式维持或切换至备选模式的决策；所述双重阈值带迟滞机制设置预警阈值和恢复阈值，所述恢复阈值高于所述预警阈值；

7、步骤5：执行模式切换后，在预设评估周期内评估切换效果，并根据切换效果反馈调整迟滞参数或对切换失败的备选模式设置冷却期。

8、根据本发明的一些实施例，步骤1中，所述统一条件空间由影响雷达各工作模式功能的多个关键条件参数构成；所述临界包络面在自身不敏感维度上呈柱面延伸，所述不敏感维度指该维度对模式失效判据的贡献度低于预设百分比阈值且该维度上的有符号距离函数梯度绝对值低于预设灵敏度阈值；所述贡献度在离线构建包络面阶段通过sobol全局敏感性分析计算并存储，在线切换决策时直接调用，所述百分比阈值为1%至15%，所述灵敏度阈值为0.001至0.05。

9、在本发明的一些实施例中，步骤3中，所述充分适用指边界距离高于所述预警阈值，所述预警适用指边界距离介于零与所述预警阈值之间，所述当前不适用指边界距离低于零；当所有备选模式均处于所述当前不适用级别时，触发紧急告警。

10、根据本发明的一些实施例，步骤4中，进行切换决策时，优先选择边界距离最大的备选模式；若存在多个备选模式的边界距离最大值与次大值的差值低于预设裕度容差阈值，则计算各备选模式的切换代价，优先选择切换代价最小的备选模式；

11、所述裕度容差阈值为归一化距离单位，取值范围为0.03至0.10；所述切换代价由发射机重调时间、波束指向重置时间和信号处理链路切换开销中的至少一项计算并归一化获得。

12、在本发明的一些实施例中，所述风险趋势指标触发提前评估时，将所述预警阈值临时降低为新阈值，所述新阈值等于原预警阈值乘以预设收紧系数，所述预设收紧系数小于1；所述临时阈值在所述风险趋势指标回升至零以上后自动恢复至原值。

13、根据本发明的一些实施例，所述预设收紧系数为0.7至0.9；所述恢复阈值与所述预警阈值同步联动收紧，保持迟滞带宽不变。

14、在本发明的一些实施例中，步骤5中，若切换后评估周期内新模式的平均边界距离较原模式提升未超过预设改善阈值或新模式进入所述当前不适用级别，判定为切换失败，回退至原模式并对该备选模式设置所述冷却期；所述冷却期为5至20个决策周期，冷却期内该模式不被推荐为切换目标，冷却期结束后该模式按当前迟滞参数参与切换评估。

15、根据本发明的一些实施例，若在预设时间窗口内同一模式切换往返次数超过预设震荡阈值，自动增大迟滞区间宽度；增大后的迟滞宽度在连续稳定时间内未发生切换后自动恢复至初始值。

16、在本发明的一些实施例中，所述临界包络面在条件空间维度d≤3时采用快速行进法将分类面转化为有符号距离函数，在d>3时采用隐式神经网络学习有符号距离函数。

17、根据本发明实施例的雷达多模式切换边界动态管理系统，包括：

18、包络面存储模块，用于存储雷达各工作模式在多维统一条件空间中的功能存在临界包络面的有符号距离函数数据；

19、状态感知模块，用于在线实时估计当前条件向量，并利用当前工作模式的所述有符号距离函数计算当前边界距离；

20、评估分级模块，用于在所述当前边界距离低于预设预警阈值或风险趋势指标触发提前评估时，计算当前条件向量到其余各备选模式包络面的边界距离，并根据边界距离将备选模式分为充分适用、预警适用和当前不适用三级；

21、决策切换模块，用于根据各模式的边界距离数值、双重阈值带迟滞机制及所述风险趋势指标进行当前模式维持或切换至备选模式的决策；

22、闭环调整模块，用于在模式切换后评估切换效果，并根据切换效果反馈调整迟滞参数或对切换失败的备选模式设置冷却期。

23、本发明具有如下有益效果：

24、本发明通过离线构建各雷达工作模式在多维统一条件空间中的功能存在临界包络面，将模式适用性转化为以边界距离（有符号距离函数值的相反数）度量的连续量化安全裕度，实现了从离散规则触发到连续几何风险评估的跨越；在线决策时同时评估所有备选模式的边界距离并进行三级分级筛选，结合双重阈值带迟滞机制与风险趋势指标提前预警，在裕度相近时进一步比较发射机重调、波束重置和信号处理链路切换等归一化开销以选择最优切换目标，并在切换后通过闭环评估动态调整迟滞参数和对失败切换设置冷却期，形成了“预测-决策-评估-自适应”的完整控制闭环。与对比文件1的离散规则触发方法相比，本发明使雷达在模式失效前即可主动预测性切换，500次蒙特卡洛仿真中失锁概率从14.5%降至6.8%（降低约53%），切换震荡次数较无迟滞的裕度比较法减少约40%，显著提升了多功能相控阵雷达在复杂战场环境下的跟踪稳定性和资源利用效率。