多维转类一维特征波控码表索引的设计方法

段玲琳

(1.中国电子科技集团公司 第三十八研究所,安徽 合肥 230088; 2.孔径阵列与空间探测安徽省重点实验室,安徽 合肥 230088)

多维转类一维特征波控码表索引的设计方法

段玲琳1,2

(1.中国电子科技集团公司 第三十八研究所,安徽 合肥 230088; 2.孔径阵列与空间探测安徽省重点实验室,安徽 合肥 230088)

相控阵天线在电子对抗装备中频繁应用,针对其中波束调度过程中多维波控码表存储器空间使用效率低,利用多维特征检索存储表过程繁琐的问题,文章提出了一种将多维特征索引存储表在存储地址上简化成类一维特征索引存储表的方法。将多维特征进行离散化处理和地址拼接,并将拼接后的地址作为类一维索引。应用该方法后存储地址连续且规律性强,检索过程明显简化,大大提高了装备波束调度的速度。

多维特征索引;存储表;存储地址;检索过程

0 引 言

相控阵装备作用空域大,波束扫描灵活,能对付敌方来袭的多个目标,抗饱和能力强[1]。随着电子战的不断发展,相控阵天线技术日新月异。波束控制系统是相控阵天线的一个重要组成部分。波束控制系统的主要任务就是根据装备系统要求的波束指向转换成每个移相单元的波控码,然后将波控码传送到阵面的各个移相单元中[2]。目前相控阵雷达的波控码获取有2种方式：一种方式是利用高性能处理器根据波束指向实时计算出阵面上每个移相器的移相码[3];另一种方式是将可预见的波束指向对应的阵面波控码表存储在存储器中,波束控制系统通过查表获取阵面上每个移相器的移相码[4]。雷达的波控码表只需要根据波束指向一个特征存储和检索波控码表[5],但是电子干扰设备却不同,需要根据目标的很多特征作为索引来存储和检索波控码表[6]。多维特征作为索引必然造成波控码表的多维化,多维化之后给存储规则和检索规则带来了不小的困难,容易造成低效率使用存储器空间,低效率检索存储表。

本文提出一种将多维索引存储表在存储地址上简化成类一维索引存储表的方法,提高了存储器的空间利用,从而提高了存储表的检索效率。

1 多维到一维索引存储表的转化方法

1.1 分析问题

存储表是以多种特征i(i∈[1,b])为索引的存储表结构。每种特征可以离散化为特征i-j,i∈[1,b],j∈[1,c]。天线阵面共有a个移相器,每个移相器对应的移相码为TRt,t∈[1,a]。

如果只是一维特征作为索引,那么一维特征索引表的存储形式见表1所列。

表1 一维特征索引表存储空间排列方式

如果以两维特征作为索引进行波控数据存储,那么存储表见表2所列。

如果以三维特征作为索引进行波控数据存储,那么存储表见表3所列。

表2 二维特征索引表存储空间排列方式

表3 三维特征表存储空间排列方式

表1～表3显示了一维索引存储表到三维索引存储表的存储结构变化,四维到多维特征索引存储表更是一个复杂的嵌套存储表结构,无论是存储还是检索,都是一个复杂的过程。

存储以码表为单位,特征为索引进行存储。多维特征索引需要以特征1为索引进入第二级特征存储表,在第二级特征存储表中又以特征2为索引进入第三级特征存储表,依次类推。特征越多,存储和检索的深度越深,操作也越繁琐。由于存储器的位数限制,多维特征存储表很难使用有规律的连续地址,存储的不规律造成码表检索即首地址定位过程更加繁琐。

假设没有存储器位宽的限制,则定位特征1需要时间TM1,然后定位特征2的时间需要TM2,依次类推,定位到最后一级特征n所需时间为TMn,因此总计定位时间为Sum(TMi),i∈[1,n]。TMi均为一次地址累加计算时间。如果存在存储器位数的限制,那么一次地址累加计算并不能完成特征i(i∈[1,b])的定位,还需要根据存储器的最大位宽进行求余运算才能最终定位,因此该情况下的TMi时间大于没有位宽限制的情况。

在存储器中存储以一维特征索引的表,以单张波控码表为块状存储单元,特征1作为地址是存储的唯一索引,存储地址规律性强,因此存储和检索都只需一步操作,即TM1。即使存在存储器的位宽限制,可以填充少量的空存储单元,使码表变成规则的整块,存储地址又可以保证连续,这样很容易在存储地址上定位码表的首地址。如果多维特征为索引的存储表也能简化成一维特征为索引的存储表形式,那么存储的合理性和检索的便捷性都将得到很大提升,这就是本文要解决的关键问题。

1.2 解决问题

若一维和多维特征索引存储表的最小存储颗粒都是单张波控码表,则区别就在存储和检索的索引地址上，可以将多维特征通过离散化后的拼接转化成类一维特征。

多维特征索引存储表有特征i(i∈[1,b]),根据特征i各自的离散化原则,离散化后拼接成为类一维特征为:

(1)

其中,i∈[1,b]；ci由离散化原则决定,取值可不同。类一维特征共有c1×c2×…×cb个,即类一维特征索引存储表的码表有c1×c2×…×cb张。形成的类一维特征索引存储表见表4所列。波控码表按照类一维特征索引存储表的索引地址顺序排列。

表4 类一维特征存储表

2 应用实现

在实际应用中,存储会受到存储器位宽的限制,因此在应用中将单张波控码表所需的存储容量和存储器的位宽合并考虑。

以某电子干扰设备的相控阵天线为例,波控码表是以干扰样式的特征即频率和目标方位为存储地址的二维索引存储表。将二维索引转化成类一维索引的方法即二维索引存储表的地址编排方法,具体如下。

将频率范围[d,e]的干扰频率特征,以频率步进Δ∂划分成频点进行离散化编码,计算后频率特征使用地址位数为:

(2)

范围[h,q]的目标方位特征,以方位步进Δβ划分成方位点进行离散化编码,计算后目标方位特征使用地址位数为:

(3)

存储器的位宽为k,一个阵面的发射组件个数为t,移相器位数为s,一个发射组件对应一个s位移相码,一个固定频点固定方位的波束码表单元的地址位数为:

(4)

存储地址位数为:

存储地址位数=g+f+p

(5)

其中,g为频率编码位;f为目标方位编码位;p为单个波束的码表单元位。地址拼接的结果见表5所列,一共g+f+p位。

表5 地址拼接结果

例如g=3,f=2,p=10,k=16形成的类一维索引存储表见表6所列,共有23×22=32张码表，其中固定位默认为0。

表6 地址拼接后的类一维索引存储情况

从表6可以看出,查找特定方位特定频率的码表只需要地址拼接一步操作即可定位到码表的首地址。如果使用二维特征索引存储表(见表2所列),那么检索定位过程必然是先按照方位特征定位,找到指定方位后再按照频率特征定位,至少两步操作才可完成码表首地址的定位工作。假设定位二维特征索引的特征1-i的检索时间为x,则准确地找到码表还需要在特征1-i中定位特征2-j的检索时间y,因此总时间为x+y。类一维优化后,直接定位类一维特征存储地址,因此检索时间为x。很明显类一维特征存储表的检索定位时间减少了至少1/2。

3 结 论

数字多波束干扰技术不仅拥有更快更精准的扫描速度,而且能够通过精准的幅度和相位控制使发射波束实现低副瓣和零陷[7-8]。因此数字多波束干扰技术必将成为今后电子对抗领域的发展方向之一,提高波控码表的存储效率和检索的速度是采用查表法波束控制技术亟待解决的问题。多维特征索引存储表在进行类一维索引优化后存储地址连续且规律性强,检索过程明显简化,该技术在多波束相控阵干扰天线波控系统中大量推广应用,存储和检索效率明显提升。

[1] 徐源,王红卫,陈游,等.多波束干扰系统雷达干扰资源优化分配方法[J].火力与指挥控制,2015,40(5):74-78.

[2] 张光义.相控阵雷达系统[M].北京:国防工业出版社,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统的设计与实现[J].电子工程师,2008,34(4):7-9.

[5] 段玲琳,段晓超.星载大型相控阵雷达波控系统设计研究[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2014,37(3):319-322.

[6] 何静波,彭复员,胡生亮.基于作战任务的雷达干扰决策模型[J].现代雷达,2007,29(1):20-22.

[7] 雷磊,周青松,张剑云,等.基于SOCP的同时数字多波束干扰技术研究[J].现代雷达,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

安徽省自然科学基金资助项目(1708085MF158)

段玲琳(1980-),女,安徽蚌埠人,中国电子科技集团公司第三十八研究所高级工程师.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.11.011

TN791;TP277

A

1003-5060(2017)11-1492-04

(责任编辑 闫杏丽)