多維轉(zhuǎn)類一維特征波控碼表索引的設(shè)計(jì)方法

段玲琳

(1.中國電子科技集團(tuán)公司 第三十八研究所,安徽 合肥 230088; 2.孔徑陣列與空間探測(cè)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 合肥 230088)

多維轉(zhuǎn)類一維特征波控碼表索引的設(shè)計(jì)方法

段玲琳1,2

(1.中國電子科技集團(tuán)公司 第三十八研究所,安徽 合肥 230088; 2.孔徑陣列與空間探測(cè)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 合肥 230088)

相控陣天線在電子對(duì)抗裝備中頻繁應(yīng)用,針對(duì)其中波束調(diào)度過程中多維波控碼表存儲(chǔ)器空間使用效率低,利用多維特征檢索存儲(chǔ)表過程繁瑣的問題,文章提出了一種將多維特征索引存儲(chǔ)表在存儲(chǔ)地址上簡(jiǎn)化成類一維特征索引存儲(chǔ)表的方法。將多維特征進(jìn)行離散化處理和地址拼接,并將拼接后的地址作為類一維索引。應(yīng)用該方法后存儲(chǔ)地址連續(xù)且規(guī)律性強(qiáng),檢索過程明顯簡(jiǎn)化,大大提高了裝備波束調(diào)度的速度。

多維特征索引;存儲(chǔ)表;存儲(chǔ)地址;檢索過程

0 引 言

相控陣裝備作用空域大,波束掃描靈活,能對(duì)付敵方來襲的多個(gè)目標(biāo),抗飽和能力強(qiáng)[1]。隨著電子戰(zhàn)的不斷發(fā)展,相控陣天線技術(shù)日新月異。波束控制系統(tǒng)是相控陣天線的一個(gè)重要組成部分。波束控制系統(tǒng)的主要任務(wù)就是根據(jù)裝備系統(tǒng)要求的波束指向轉(zhuǎn)換成每個(gè)移相單元的波控碼,然后將波控碼傳送到陣面的各個(gè)移相單元中[2]。目前相控陣?yán)走_(dá)的波控碼獲取有2種方式：一種方式是利用高性能處理器根據(jù)波束指向?qū)崟r(shí)計(jì)算出陣面上每個(gè)移相器的移相碼[3];另一種方式是將可預(yù)見的波束指向?qū)?yīng)的陣面波控碼表存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中,波束控制系統(tǒng)通過查表獲取陣面上每個(gè)移相器的移相碼[4]。雷達(dá)的波控碼表只需要根據(jù)波束指向一個(gè)特征存儲(chǔ)和檢索波控碼表[5],但是電子干擾設(shè)備卻不同,需要根據(jù)目標(biāo)的很多特征作為索引來存儲(chǔ)和檢索波控碼表[6]。多維特征作為索引必然造成波控碼表的多維化,多維化之后給存儲(chǔ)規(guī)則和檢索規(guī)則帶來了不小的困難,容易造成低效率使用存儲(chǔ)器空間,低效率檢索存儲(chǔ)表。

本文提出一種將多維索引存儲(chǔ)表在存儲(chǔ)地址上簡(jiǎn)化成類一維索引存儲(chǔ)表的方法,提高了存儲(chǔ)器的空間利用,從而提高了存儲(chǔ)表的檢索效率。

1 多維到一維索引存儲(chǔ)表的轉(zhuǎn)化方法

1.1 分析問題

存儲(chǔ)表是以多種特征i(i∈[1,b])為索引的存儲(chǔ)表結(jié)構(gòu)。每種特征可以離散化為特征i-j,i∈[1,b],j∈[1,c]。天線陣面共有a個(gè)移相器,每個(gè)移相器對(duì)應(yīng)的移相碼為TRt,t∈[1,a]。

如果只是一維特征作為索引,那么一維特征索引表的存儲(chǔ)形式見表1所列。

表1 一維特征索引表存儲(chǔ)空間排列方式

如果以兩維特征作為索引進(jìn)行波控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ),那么存儲(chǔ)表見表2所列。

如果以三維特征作為索引進(jìn)行波控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ),那么存儲(chǔ)表見表3所列。

表2 二維特征索引表存儲(chǔ)空間排列方式

表3 三維特征表存儲(chǔ)空間排列方式

表1～表3顯示了一維索引存儲(chǔ)表到三維索引存儲(chǔ)表的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)變化,四維到多維特征索引存儲(chǔ)表更是一個(gè)復(fù)雜的嵌套存儲(chǔ)表結(jié)構(gòu),無論是存儲(chǔ)還是檢索,都是一個(gè)復(fù)雜的過程。

存儲(chǔ)以碼表為單位,特征為索引進(jìn)行存儲(chǔ)。多維特征索引需要以特征1為索引進(jìn)入第二級(jí)特征存儲(chǔ)表,在第二級(jí)特征存儲(chǔ)表中又以特征2為索引進(jìn)入第三級(jí)特征存儲(chǔ)表,依次類推。特征越多,存儲(chǔ)和檢索的深度越深,操作也越繁瑣。由于存儲(chǔ)器的位數(shù)限制,多維特征存儲(chǔ)表很難使用有規(guī)律的連續(xù)地址,存儲(chǔ)的不規(guī)律造成碼表檢索即首地址定位過程更加繁瑣。

假設(shè)沒有存儲(chǔ)器位寬的限制,則定位特征1需要時(shí)間TM1,然后定位特征2的時(shí)間需要TM2,依次類推,定位到最后一級(jí)特征n所需時(shí)間為TMn,因此總計(jì)定位時(shí)間為Sum(TMi),i∈[1,n]。TMi均為一次地址累加計(jì)算時(shí)間。如果存在存儲(chǔ)器位數(shù)的限制,那么一次地址累加計(jì)算并不能完成特征i(i∈[1,b])的定位,還需要根據(jù)存儲(chǔ)器的最大位寬進(jìn)行求余運(yùn)算才能最終定位,因此該情況下的TMi時(shí)間大于沒有位寬限制的情況。

在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)以一維特征索引的表,以單張波控碼表為塊狀存儲(chǔ)單元,特征1作為地址是存儲(chǔ)的唯一索引,存儲(chǔ)地址規(guī)律性強(qiáng),因此存儲(chǔ)和檢索都只需一步操作,即TM1。即使存在存儲(chǔ)器的位寬限制,可以填充少量的空存儲(chǔ)單元,使碼表變成規(guī)則的整塊,存儲(chǔ)地址又可以保證連續(xù),這樣很容易在存儲(chǔ)地址上定位碼表的首地址。如果多維特征為索引的存儲(chǔ)表也能簡(jiǎn)化成一維特征為索引的存儲(chǔ)表形式,那么存儲(chǔ)的合理性和檢索的便捷性都將得到很大提升,這就是本文要解決的關(guān)鍵問題。

1.2 解決問題

若一維和多維特征索引存儲(chǔ)表的最小存儲(chǔ)顆粒都是單張波控碼表,則區(qū)別就在存儲(chǔ)和檢索的索引地址上，可以將多維特征通過離散化后的拼接轉(zhuǎn)化成類一維特征。

多維特征索引存儲(chǔ)表有特征i(i∈[1,b]),根據(jù)特征i各自的離散化原則,離散化后拼接成為類一維特征為:

(1)

其中,i∈[1,b]；ci由離散化原則決定,取值可不同。類一維特征共有c1×c2×…×cb個(gè),即類一維特征索引存儲(chǔ)表的碼表有c1×c2×…×cb張。形成的類一維特征索引存儲(chǔ)表見表4所列。波控碼表按照類一維特征索引存儲(chǔ)表的索引地址順序排列。

表4 類一維特征存儲(chǔ)表

2 應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

在實(shí)際應(yīng)用中,存儲(chǔ)會(huì)受到存儲(chǔ)器位寬的限制,因此在應(yīng)用中將單張波控碼表所需的存儲(chǔ)容量和存儲(chǔ)器的位寬合并考慮。

以某電子干擾設(shè)備的相控陣天線為例,波控碼表是以干擾樣式的特征即頻率和目標(biāo)方位為存儲(chǔ)地址的二維索引存儲(chǔ)表。將二維索引轉(zhuǎn)化成類一維索引的方法即二維索引存儲(chǔ)表的地址編排方法,具體如下。

將頻率范圍[d,e]的干擾頻率特征,以頻率步進(jìn)Δ?劃分成頻點(diǎn)進(jìn)行離散化編碼,計(jì)算后頻率特征使用地址位數(shù)為:

(2)

范圍[h,q]的目標(biāo)方位特征,以方位步進(jìn)Δβ劃分成方位點(diǎn)進(jìn)行離散化編碼,計(jì)算后目標(biāo)方位特征使用地址位數(shù)為:

(3)

存儲(chǔ)器的位寬為k,一個(gè)陣面的發(fā)射組件個(gè)數(shù)為t,移相器位數(shù)為s,一個(gè)發(fā)射組件對(duì)應(yīng)一個(gè)s位移相碼,一個(gè)固定頻點(diǎn)固定方位的波束碼表單元的地址位數(shù)為:

(4)

存儲(chǔ)地址位數(shù)為:

存儲(chǔ)地址位數(shù)=g+f+p

(5)

其中,g為頻率編碼位;f為目標(biāo)方位編碼位;p為單個(gè)波束的碼表單元位。地址拼接的結(jié)果見表5所列,一共g+f+p位。

表5 地址拼接結(jié)果

例如g=3,f=2,p=10,k=16形成的類一維索引存儲(chǔ)表見表6所列,共有23×22=32張碼表，其中固定位默認(rèn)為0。

表6 地址拼接后的類一維索引存儲(chǔ)情況

從表6可以看出,查找特定方位特定頻率的碼表只需要地址拼接一步操作即可定位到碼表的首地址。如果使用二維特征索引存儲(chǔ)表(見表2所列),那么檢索定位過程必然是先按照方位特征定位,找到指定方位后再按照頻率特征定位,至少兩步操作才可完成碼表首地址的定位工作。假設(shè)定位二維特征索引的特征1-i的檢索時(shí)間為x,則準(zhǔn)確地找到碼表還需要在特征1-i中定位特征2-j的檢索時(shí)間y,因此總時(shí)間為x+y。類一維優(yōu)化后,直接定位類一維特征存儲(chǔ)地址,因此檢索時(shí)間為x。很明顯類一維特征存儲(chǔ)表的檢索定位時(shí)間減少了至少1/2。

3 結(jié) 論

數(shù)字多波束干擾技術(shù)不僅擁有更快更精準(zhǔn)的掃描速度,而且能夠通過精準(zhǔn)的幅度和相位控制使發(fā)射波束實(shí)現(xiàn)低副瓣和零陷[7-8]。因此數(shù)字多波束干擾技術(shù)必將成為今后電子對(duì)抗領(lǐng)域的發(fā)展方向之一,提高波控碼表的存儲(chǔ)效率和檢索的速度是采用查表法波束控制技術(shù)亟待解決的問題。多維特征索引存儲(chǔ)表在進(jìn)行類一維索引優(yōu)化后存儲(chǔ)地址連續(xù)且規(guī)律性強(qiáng),檢索過程明顯簡(jiǎn)化,該技術(shù)在多波束相控陣干擾天線波控系統(tǒng)中大量推廣應(yīng)用,存儲(chǔ)和檢索效率明顯提升。

[1] 徐源,王紅衛(wèi),陳游,等.多波束干擾系統(tǒng)雷達(dá)干擾資源優(yōu)化分配方法[J].火力與指揮控制,2015,40(5):74-78.

[2] 張光義.相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2001.

[3] GARROD A.Digital modules for phase array radar[C]//Proceedings of International Symposium on Phased Array Systems and Technology.[S.l.]:IEEE,1995:81-86.

[4] 廖昌明.基于查表法的波控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子工程師,2008,34(4):7-9.

[5] 段玲琳,段曉超.星載大型相控陣?yán)走_(dá)波控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,37(3):319-322.

[6] 何靜波,彭復(fù)員,胡生亮.基于作戰(zhàn)任務(wù)的雷達(dá)干擾決策模型[J].現(xiàn)代雷達(dá),2007,29(1):20-22.

[7] 雷磊,周青松,張劍云,等.基于SOCP的同時(shí)數(shù)字多波束干擾技術(shù)研究[J].現(xiàn)代雷達(dá),2013,35(8):9-23.

[8] GUO B,LI J.Waveform diversity based ultrasound system for hyperthermia-treatment of breast cancer[J].IEEE Transaction on Biomedical Engineering,2008,55(2):822-826.

Amethodtosimplifymulti-dimensionalfeaturesindexintosimilarone-dimensionalfeatureindexofwavecontrolcodestoragelist

DUAN Linglin1,2

(1.No.38 Research Institute, China Electronics Technology Group Corporation, Hefei 230088， China; 2.Key Laboratory of Aperture Array and Space Application, Hefei 230088， China)

The phased array antenna is used in the electronic warfare equipment frequently. There are some problems in the process of beam scheduling such as the waste in storage space used to storage multi-dimensional wave control list and the low efficiency in using multi-dimensional features index to search multi-dimensional wave control list. To address these issues, a method to simplify the multi-dimensional features index into the similar one-dimensional feature index of storage list based on storage address is proposed. Firstly, the multi-dimensional features are discretized. Secondly, the storage address is stitched. Finally, the multi-dimensional features index is simplified into the similar one-dimensional feature index. This method makes storage address more continuous and more regular. It simplifies the search process and accelerates the beam scheduling.

multi-dimensional features index; storage list; storage address; search process

2016-07-10；

2017-09-20

安徽省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(1708085MF158)

段玲琳(1980-),女,安徽蚌埠人,中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所高級(jí)工程師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.11.011

TN791;TP277

A

1003-5060(2017)11-1492-04

(責(zé)任編輯 閆杏麗)