一种双基站雷达网络中发射雷达与接收雷达的部署方法

摘要

本发明公开了一种双基站雷达网络中发射雷达与接收雷达的部署方法，包括以下步骤：A、在部署区域A内任意选取M个发射雷达及N个接收雷达的初始位置，确定发射雷达和接收雷达移动的距离阈值Thd1；B、固定M个发射雷达的位置，利用随机维诺算法部署N个接收雷达，更新N个接收雷达的位置；C、固定N个接收雷达的位置，利用随机维诺算法部署M个发射雷达，更新M个发射雷达的位置；D、重复步骤B和步骤C，直到发射雷达和接收雷达移动的距离均小于阈值Thd1。本发明通过将发射雷达与接收雷达的部署问题分解为两个子问题，然后分别对每个子问题进行优化设计，最后经过重复迭代地解两个子问题以得到发射雷达与接收雷达的部署，该方法有效、时间复杂度低。

权利要求

1.一种双基站雷达网络中发射雷达与接收雷达的部署方法，其特征在于，包括以下步骤：A、在部署区域A内任意选取M个发射雷达及N个接收雷达的初始位置，确定发射雷达和接收雷达移动的距离阈值Thd1；

B、固定所述M个发射雷达的位置，利用随机维诺算法部署所述N个接收雷达，更新所述N个接收雷达的位置；其中利用随机维诺算法部署所述N个接收雷达，更新所述N个接收雷达的位置的具体步骤为：(1)固定所述M个发射雷达的位置，基于发射雷达的位置信息计算P个兴趣点中每个兴趣点的权重，确定接收雷达移动的距离阈值Thd2；

(2)根据所述N个接收雷达的位置创建维诺图，计算维诺图中N个划分的中心点c1,c2,…cN；

(3)确定接收雷达的随机移动上限值Δdn(n=1,2,…,N)，将步骤(2)中每个中心点移动一个随机的距离gn(n=1,2,…,N)，其中，gn小于等于Δdn，得到N个新的中心点nc1,nc2,…ncN，将N个接收雷达移动至它们所对应维诺划分的中心点nc1,nc2,…ncN；

(4)重复步骤(2)和步骤(3)直到接收雷达移动的距离小于所述阈值Thd2；

C、固定所述N个接收雷达的位置，利用随机维诺算法部署所述M个发射雷达，更新所述M个发射雷达的位置；其中利用随机维诺算法部署所述M个发射雷达，更新所述M个发射雷达的位置的具体步骤为：(5)固定所述N个接收雷达的位置，基于该位置信息计算P个兴趣点中每个兴趣点的权重，确定发射雷达移动的距离阈值Thd3；

(6)根据所述M个发射雷达的位置创建维诺图，计算维诺图中M个划分的中心点c1,c2,…cM；

(7)确定发射雷达的随机移动上限值tdm，将步骤(6)中每个中心点移动一个随机的距离km，其中，km小于等于tdm，m=1,2,…,M，得到M个新的中心点nc1,nc2,…ncM，将所述M个发射雷达移动至它们所对应维诺划分的中心点nc1,nc2,…ncM；

(8)重复步骤(6)和步骤(7)直到发射雷达移动的距离小于所述阈值Thd3；

D、重复步骤B和步骤C，直到发射雷达和接收雷达移动的距离均小于所述阈值Thd1。

2.如权利要求1所述的双基站雷达网络中发射雷达与接收雷达的部署方法，其特征在于，步骤(3)中所述接收雷达的随机移动上限值Δdn通过下式确定：其中，pi为兴趣点的位置，oi为兴趣点pi与其相应的接收雷达之间的距离，i=1,2,…,P，wi为兴趣点的权重，In为接收雷达的维诺划分，FP为FP=max{F(In)}，n=1,2,…,N，其中，d(pi,r)为兴趣点与需要部署的接收雷达之间的距离，r是需要部署的接收雷达，I表示兴趣点集合P的一个子集。

3.如权利要求1所述的双基站雷达网络中发射雷达与接收雷达的部署方法，其特征在于，步骤(7)中所述发射雷达的随机移动上限值tdm通过下式确定：其中，pi为兴趣点的位置，oi为兴趣点pi与其相应的发射雷达之间的距离，i=1,2,…,P，wi为兴趣点的权重，Im为发射雷达的维诺划分，FP为FP=max{F(Im)}，m=1,2,…,M，其中，d(pi,t)是兴趣点与需要部署的发射雷达发射雷达之间的距离，t是需要部署的发射雷达，I表示兴趣点集合P的一个子集。

说明书

一种双基站雷达网络中发射雷达与接收雷达的部署方法

技术领域

[0001] 本发明属于无线网络中的节点部署领域，具体涉及一种双基站雷达网络中发射雷达与接收雷达的部署方法。

背景技术

[0002] 雷达已经成为检控和防御系统中重要的组成部分。与传统的传感器节点相比，雷达的一个主要特点是雷达的发射端主动地发送信号，该信号经过目标反射到达雷达的接收端。因此，雷达受环境的影响因素很小。雷达可分为三类：(1)发射端与接收端位于同一节点上的单基站雷达；(2)发射端与接收端位于不同位置的双基站雷达；(3)包括一个发射端和多个不同位置上的接收端的多基站雷达。

[0003] 大量的关于雷达的研究主要集中在物理层，如发射波束设计及信号处理等。目前，对于雷达网络的研究及设计的关注日益增加。在雷达网络中，多个小尺寸小功率的雷达组成一个网络，替代传统的单个大尺寸大功率雷达。多个雷达从不同的侧面探测目标，从而可实现更精确的检测。

[0004] 单基站雷达的覆盖范围与传统的传感器节点一样，是一个以单基站雷达为中心、有一定半径的圆。因此，单基站雷达网络中的节点部署与传统的传感器部署类似。而双基站雷达的覆盖范围则取决于其发射雷达与接收雷达的位置，其覆盖范围的边界是以发送雷达与接收雷达为定点的卡西尼卵形线(Cassini Oval)。由此可知，双基站雷达网络中的节点部署更为复杂。

[0005] 因此，需要一种双基站雷达网络中发射雷达与接收雷达的部署方法以解决上述问题。

发明内容

[0006] 发明目的：本发明针对现有技术中双基站雷达网络中的节点部署的问题，提供一种可以有效的双基站雷达网络中发射雷达与接收雷达的部署方法。

[0007] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明的双基站雷达网络中发射雷达与接收雷达的部署方法采用如下技术方案：

[0008] 一种双基站雷达网络中发射雷达与接收雷达的部署方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0009] A、在部署区域A内任意选取M个发射雷达及N个接收雷达的初始位置，确定发射雷达和接收雷达移动的距离阈值Thd1；

[0010] B、固定所述M个发射雷达的位置，利用随机维诺算法部署所述N个接收雷达，更新所述N个接收雷达的位置；

[0011] C、固定所述N个接收雷达的位置，利用随机维诺算法部署所述M个发射雷达，更新所述M个发射雷达的位置；

[0012] D、重复步骤B和步骤C，直到发射雷达和接收雷达移动的距离均小于所述阈值Thd1。

[0013] 更进一步的，步骤B中利用随机维诺算法部署所述N个接收雷达，更新所述N个接收雷达的位置的具体步骤为：

[0014] (1)固定所述M个发射雷达的位置，基于发射雷达的位置信息计算P个兴趣点中每个兴趣点的权重，确定接收雷达移动的距离阈值Thd2；

[0015] (2)根据所述N个接收雷达的位置创建维诺图，计算维诺图中N个划分的中心点c1,c2,…cN；

[0016] (3)确定接收雷达的随机移动上限值Δdn(n＝1,2,…,N)，将步骤(2)中每个中心点移动一个随机的距离gn(n=1,2,…,N)，其中，gn小于等于Δdn，得到N个新的中心点nc1,nc2,…ncN，将N个接收雷达移动至它们所对应维诺划分的中心点nc1,nc2，…ncN；

[0017] (4)重复步骤(2)和步骤(3)直到接收雷达移动的距离小于所述阈值Thd2。

[0018] 通过在每一次的迭代过程中引入一个随机因素，极大地降低了陷入局部最优的概率，从而增加了得到全局最优的概率。

[0019] 更进一步的，步骤(3)中所述接收雷达的随机移动上限值Δdn通过下式确定：

[0020]

[0021] 其中，pi为兴趣点，oi为兴趣点pi与其相应的接收雷达之间的距离，i=1,2,…,P，wi为兴趣点的权重，In为接收雷达的维诺划分，FP为FP=max{F(In)}，n＝1,2,…,N，其中r是需要部署的接收雷达，I表示兴趣点集合P的一个子集。

[0022] 更进一步的，步骤C中利用随机维诺算法部署所述M个发射雷达，更新所述M个发射雷达的位置的具体步骤为：

[0023] (5)固定所述N个接收雷达的位置，基于该位置信息计算P个兴趣点中每个兴趣点的权重，确定发射雷达移动的距离阈值Thd3；

[0024] (6)根据所述M个发射雷达的位置创建维诺图，计算维诺图中M个划分的中心点c1,c2,…cM；

[0025] (7)确定发射雷达的随机移动上限值tdm，将步骤(6)中每个中心点移动一个随机的距离km，其中，km小于等于tdm，m=1,2,…,M，得到M个新的中心点nc1,nc2,…ncM，将所述M个发射雷达移动至它们所对应维诺划分的中心点nc1,nc2，…ncM；

[0026] (8)重复步骤(6)和步骤(7)直到发射雷达移动的距离小于所述阈值Thd3。

[0027] 通过在每一次的迭代过程中引入一个随机因素，极大地降低了陷入局部最优的概率，从而增加了得到全局最优的概率。

[0028] 更进一步的，步骤(7)中所述发射雷达的随机移动上限值tdm通过下式确定：

[0029]

[0030] 其中，pi为兴趣点的位置，oi为兴趣点pi与其相应的发射雷达之间的距离，i=1,2,…,P，wi为兴趣点的权重，Im为发射雷达的维诺划分，FP为FP=max{F(Im)}，m=1,2,…,M， 其中t是需要部署的发射雷达，I表示兴趣点集合P的一个子集。

[0031] 有益效果：本发明的双基站雷达网络中发射雷达与接收雷达的部署方法，通过将发射雷达与接收雷达的部署问题分解为两个子问题，然后分别对每个子问题进行优化设计，最后经过重复迭代地解两个子问题以得到发射雷达与接收雷达的部署，该方法有效、时间复杂度低。

附图说明

[0032] 图1是本发明的双基站雷达网络中发射雷达与接收雷达的部署方法的流程图；

[0033] 图2是一个双基站雷达的覆盖范围示意图；

[0034] 图3是在给定发射雷达位置的情况下部署接收雷达的示意图。

具体实施方式

[0035] 下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

[0036] 请参阅图1所示，图1为本发明的双基站雷达网络中发射雷达与接收雷达的部署方法的流程图。该部署方法的目的是在具体实施中，根据兴趣点的位置pi，首先通过在计算机上实施该方法得到发射雷达与接收雷达的最终位置。然后根据计算所得的最终位置信息部署发射雷达与接收雷达。在该方法中，发射雷达与接收雷达的初始位置为任意选取的位于给定区域A内的位置。该方法通过最优部署M个发射雷达的位置(t1,t2,…tM)及N个接收雷达的位置(r1,r2,…,rN)，使兴趣点与发射雷达-接收雷达对之间距离的最大值最小化，数学的表达形式为优化函数f(tm,rn)

[0037]

[0038] 其中，式(1)中tm(m=1,…,M)为发射雷达的位置，rn(n＝1,…,N)为接收雷达的位置，pi(i=1,…,P)为兴趣点的位置。

[0039] 该方法的详细步骤如下所示：

[0040] A、在部署区域A内任意选取M个发射雷达及N个接收雷达的初始位置，确定发射雷达和接收雷达移动的距离阈值Thd1。

[0041] B、(1)根据M个发射雷达的位置信息，计算P个兴趣点中每个兴趣点的权重：对于任一兴趣点，其权重为该兴趣点与离该兴趣点最近的发射雷达之间的距离。令P个兴趣点的权重分别表示为w1,w2,…,wP。

[0042] (2)根据N个接收雷达的位置创建维诺图，每个兴趣点属于离其最近的接收雷达的维诺划分中，接收雷达rn(n＝1,…,N)的维诺划分为

[0043]

[0044] 根据每个维诺划分中所包含的兴趣点位置及兴趣点的权重，计算该划分的中心点。令N个维诺划分的中心点分别表示为c1,c2,…cN；

[0045] (3)计算随机移动上限值Δdn(n＝1,2,…,N)，将每个中心点移动一个随机的小于Δdn的距离gn，得到N个新的中心点nc1,nc2,…ncN；将N个接收雷达移动至它们所对应维诺划分的中心点nc1,nc2，…ncN。

[0046] (4)重复B中步骤(2)(3)直到接收雷达移动的距离小于一个给定的阈值Thd2。

[0047] C.(5)根据N个接收雷达的位置信息，计算P个兴趣点中每个兴趣点的权重：对于任一兴趣点，其权重为该兴趣点与离该兴趣点最近的接收雷达的距离。

[0048] (6)根据M个发射雷达的位置创建维诺图，每个兴趣点属于离其最近的发射雷达的维诺划分中；根据每个维诺划分中所包含的兴趣点位置及其权重，计算该划分的中心点，令M个维诺划分的中心点为c1,c2,…cM；

[0049] (7)计算随机移动上限值tdm(m=1,2,…,M)，将每个中心点移动一个随机的小于tdm的距离km，得到M个新的中心点nc1,nc2,…ncM；将M个发射雷达移动至它们所对应维诺划分的中心点nc1,nc2,…ncM。

[0050] (8)重复C中步骤(6)(7)直到发射雷达移动的距离小于一个给定的阈值Thd3。

[0051] D.重复步骤B和步骤C直到发射雷达和接收雷达移动的距离小于阈值Thd1。

[0052] 步骤A及步骤B的第(3)小步中每个中心点移动的随机距离都有一个上限Δdn及tdm，该上限值是为了保证式(1)中的目标函数值在经过中心点的随机移动后仍然不增大。Δdn与tdm的计算方法相似，接下来给出固定发射雷达的情况下计算Δdn(n＝1,…N)的过程。

[0053] 令I表示兴趣点集合P的一个子集，F(I)表示1-center问题的最优值，即F(I)的表达式为

[0054]o

[0055] 其中r是需要部署的接收雷达。令r(I)表示式(2)的最优解。对于集合I中的所有兴趣点，存在一个最多包含三个兴趣点的子集B(I)满足如下的性质：1)F(B(I))=F(I)；o o
2)r(B(I))=r(I)。

[0056] 对于N个维诺划分I1,I2,...，IN，FP为FP=max{F(In)}，n＝1,2,…,N。在N个维诺划分中，存在一个划分Imax使得FP＝F(Imax)成立。称Imax的子集B(Imax)所包含的兴趣点为关键点。令oi表示兴趣点pi与其相应的接收雷达之间的距离，i=1,2,…,P。为了保证在随机移动中心点后式(1)中的目标函数值f(tm,rn)仍然保持不变或减少，中心点cn可移动的最大距离Δdn可表示如下：

[0057]

[0058] 其中，pi为兴趣点，oi为兴趣点pi与其相应的接收雷达之间的距离，i=1,2,…,P，wi为兴趣点的权重，In为接收雷达的维诺划分，FP为FP=max{F(In)}，n＝1,2,…,N，其中r是需要部署的接收雷达，I表示兴趣点集合P的一个子集。

[0059] 其中，发射雷达的随机移动上限值tdm通过下式确定：

[0060]

[0061] 其中，pi为兴趣点的位置，此时，oi为兴趣点pi与其相应的发射雷达之间的距离，i=1,2,…,P，wi为兴趣点的权重，Im为发射雷达的维诺划分，FP为FP=max{F(Im)}，m=1,2,…,M， 其中t是需要部署的发射雷达，I表示兴趣点集合P的一个子集。

[0062] 请参阅图2所示，图2为两个双基站雷达t1-r1以及t1-r2的覆盖范围边界曲线图,该曲线为卡西尼卵形线。对于左边的黑色曲线，其上的每一点到t1及r1的距离乘积为常数D；对于右边的红色曲线，其上的每一点到t1及r2的距离乘积为常数D。

[0063] 请参阅图3所示，图3所示为固定发射雷达时通过维诺算法部署接收雷达的举例。为简单说明起见，在图3所示的例子中没有引入随机因素。图3含有4个维诺划分，分别对应的接收雷达为r1、r2、r3、r4。p1、p2、p3、p4同属于一个维诺划分，该划分所对应的接收雷达为r1。计算该划分的中心点，表示为c1，则将接收雷达的位置由r1移至c1，在下一次迭代中将c1作为接收雷达的位置r1。如果采用随机维诺算法(即包括步骤A、B、C和D)部署接收雷达，则将中心点c1随机移动一个距离Δd1得到一个新的中心点位置nc1，然后将接收雷达的位置由r1移至nc1。

[0064] 本发明的双基站雷达网络中发射雷达与接收雷达的部署方法通过将发射雷达与接收雷达的部署问题分解为两个子问题，然后对每个子问题进行优化设计，最后经过重复迭代地解两个子问题以得到发射雷达与接收雷达的部署。通过在每一次的迭代过程中引入一个随机因素，极大地降低了陷入局部最优的概率，从而增加了得到全局最优的概率。该方法有效、时间复杂度低。