一種基于單頻網(wǎng)外輻射源雷達(dá)的飛機(jī)目標(biāo)識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于外福射源雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種飛機(jī)目標(biāo)識(shí)別方法，尤其 設(shè)及一種基于單頻網(wǎng)數(shù)字廣播電視信號(hào)的外福射源雷達(dá)飛機(jī)目標(biāo)識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 外福射源雷達(dá)是一種利用第=方發(fā)射的電磁信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)和跟蹤的新體 制雷達(dá)，因其具有隱蔽性好、抗干擾能力強(qiáng)、研制和維護(hù)成本低等諸多優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)受到國(guó) 內(nèi)外學(xué)者廣泛重視。隨著數(shù)字廣播電視在全球的日益普及并逐步取代模擬信號(hào)，基于數(shù)字 廣播電視信號(hào)的外福射源雷達(dá)逐步成為研究熱點(diǎn)。在萬(wàn)顯榮的論文（基于低頻段數(shù)字廣播 電視信號(hào)的外福射源雷達(dá)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，雷達(dá)學(xué)報(bào)，2012,Vol. 1，No. 2,PP.1-15)中對(duì)外 福射源雷達(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。但是到目前為止，外福射源雷達(dá)主要用 于對(duì)目標(biāo)的探測(cè)和跟蹤，還不具有對(duì)目標(biāo)的分類和識(shí)別能力。
[0003] 近年來(lái)，雷達(dá)目標(biāo)的微多普勒效應(yīng)成為了目標(biāo)特征提取與識(shí)別領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 微多普勒效應(yīng)指的是目標(biāo)自身的微動(dòng)或目標(biāo)結(jié)構(gòu)部件的微動(dòng)對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)產(chǎn)生頻率調(diào) 制的現(xiàn)象。由于微多普勒特征是目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特征獨(dú)一無(wú)二的表現(xiàn)形式，利用現(xiàn)代信號(hào)處理技 術(shù)對(duì)該種精細(xì)的運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行提取，可為雷達(dá)非合作目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別提供新途徑。
[0004] 基于廣播電視臺(tái)的外福射源雷達(dá)由于其體制上的特點(diǎn)，在研究和利用微多普勒效 應(yīng)方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)和吸引力；（1)該體制雷達(dá)相干積累時(shí)間可W很長(zhǎng)，可獲得較 高精度的多普勒頻移，進(jìn)而提高了在低信噪比情況下的目標(biāo)探巧U、識(shí)別能力；（2)采用連續(xù) 波作為照射源，可避免頻率混迭；（3)微多普勒特征的開(kāi)發(fā)利用不必要求距離高分辨，任何 連續(xù)波雷達(dá)都好到足W產(chǎn)生目標(biāo)的微多普勒特征。
[0005]目前較為成熟的外福射源雷達(dá)主要采用單發(fā)單收的雙基地幾何架構(gòu)。由微多普勒 效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理可知，在雙基地條件下，由于視角限制，僅能提取到目標(biāo)微動(dòng)部件在某一視 線方向上的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特征，由于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)姿態(tài)變化的復(fù)雜性，在不同的雷達(dá)視角下，其微 多普勒特征將呈現(xiàn)顯著的差異，從而限制了目標(biāo)識(shí)別的準(zhǔn)確度。
[0006] 一種解決問(wèn)題的方法是可考慮分布式探測(cè)體制。作為該型雷達(dá)的一種重要信號(hào) 源，新一代數(shù)字廣播電視多采用單頻網(wǎng)技術(shù)，其內(nèi)在決定了基于此的外福射源雷達(dá)必然是 分布式和網(wǎng)絡(luò)化的。萬(wàn)顯榮、易建新在論文（單頻網(wǎng)分布式外福射源雷達(dá)技術(shù)，雷達(dá)學(xué)報(bào)） 中詳細(xì)闡述了該型雷達(dá)的主要特性及所面臨的核屯、問(wèn)題，并就部分關(guān)鍵技術(shù)討論了若干可 供嘗試的解決方案。就目標(biāo)微多普勒效應(yīng)的探測(cè)和利用而言，單頻網(wǎng)體制提供了諸多優(yōu)勢(shì)： (1)由于各個(gè)發(fā)射站照射目標(biāo)的角度不同，從而為目標(biāo)微多普勒特征的提取提供了更多的 可能性（例如噴氣式飛機(jī)禍輪葉片位于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，不易被觀察，而螺旋獎(jiǎng)飛機(jī)葉片容易 受到機(jī)身遮擋，因此只能在某些特定的角度上提取到微多普勒特征）；（2)單頻網(wǎng)中每個(gè)雙 基系統(tǒng)提供了不同的目標(biāo)視角，多基系統(tǒng)將提供同時(shí)的多視角的微多普勒特征，若能合理 利用不同視角下提取到的微多普勒特征，則可實(shí)現(xiàn)特征融合，從而有望提高識(shí)別性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)外福射源雷達(dá)的目標(biāo)檢測(cè)、跟蹤功能W外，充分利用 單頻網(wǎng)所提供的諸多優(yōu)勢(shì)，提出一種基于單頻網(wǎng)外福射源雷達(dá)的飛機(jī)目標(biāo)識(shí)別方法。
[000引本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是；一種基于單頻網(wǎng)外福射源雷達(dá)的飛機(jī)目標(biāo)識(shí)別方 法，其所依托的單頻網(wǎng)外福射源雷達(dá)系統(tǒng)包括N個(gè)發(fā)射站、一個(gè)或M個(gè)接收站，多個(gè)發(fā)射站 與一個(gè)接收站組成多發(fā)一收探測(cè)系統(tǒng)，多個(gè)發(fā)射站與多個(gè)接收站組成多發(fā)多收探測(cè)系統(tǒng)； 其中，N> 1，M> 1 ;其特征在于，包括W下步驟：
[0009] 步驟1;建立直升機(jī)、螺旋獎(jiǎng)飛機(jī)和噴氣式飛機(jī)的目標(biāo)微動(dòng)模型數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0010] 步驟2 ;計(jì)算單頻網(wǎng)外福射源雷達(dá)系統(tǒng)中接收系統(tǒng)的直達(dá)波提純后的參考通道和 多徑雜波抑制后的監(jiān)測(cè)通道互相關(guān)模糊函數(shù)獲取距離多普勒譜，據(jù)此實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)；
[0011] 步驟3 ;從距離多普勒譜上不同距離單元位置提取各個(gè)發(fā)射站所對(duì)應(yīng)的微多普勒 特征；
[0012] 步驟4 ;對(duì)所有發(fā)射站所提供的微多普勒特征進(jìn)行決策級(jí)融合識(shí)別。
[0013] 作為優(yōu)選，步驟3的具體實(shí)現(xiàn)包括W下子步驟：
[0014] 步驟3. 1 ;對(duì)單頻網(wǎng)中第i個(gè)發(fā)射站所對(duì)應(yīng)的距離單元譜數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，再通過(guò)逆 傅里葉變換（IFFT)得到時(shí)域信號(hào)Di(n)，i= 1，2,…，N;
[00巧]步驟3. 2;計(jì)算信號(hào)Di(n)的短時(shí)傅里葉變換，即T?；痶) =STFT化(n)}，i= 1，2,…，N，其中，f= 0,…，kl、t= 1，…，T分別為時(shí)頻面上頻率和時(shí)間索引，巧;
[0016]步驟3.3 ;計(jì)算雙譜，即A/:)= '化(./:，〇.7盧;(.仁〇.'仰;(./; + .片0，i= 1，2,…，N，其中，fi= 0,…，kl，f2= 0,…，kl，*表示復(fù)共輛；
[0017] 步驟3. 4 ;對(duì)雙譜進(jìn)行歸一化，即得到雙相干譜為，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于單頻網(wǎng)外輻射源雷達(dá)的飛機(jī)目標(biāo)識(shí)別方法，其所依托的單頻網(wǎng)外輻射源雷 達(dá)系統(tǒng)包括N個(gè)發(fā)射站、一個(gè)或M個(gè)接收站，多個(gè)發(fā)射站與一個(gè)接收站組成多發(fā)一收探測(cè)系 統(tǒng)，多個(gè)發(fā)射站與多個(gè)接收站組成多發(fā)多收探測(cè)系統(tǒng)；其中，N > 1，M > 1 ;其特征在于，包 括以下步驟： 步驟1 :建立直升機(jī)、螺旋槳飛機(jī)和噴氣式飛機(jī)的目標(biāo)微動(dòng)模型數(shù)據(jù)庫(kù)； 步驟2 :計(jì)算單頻網(wǎng)外輻射源雷達(dá)系統(tǒng)中接收系統(tǒng)的直達(dá)波提純后的參考通道和多徑 雜波抑制后的監(jiān)測(cè)通道互相關(guān)模糊函數(shù)獲取距離多普勒譜，據(jù)此實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)； 步驟3 :從距離多普勒譜上不同距離單元位置提取各個(gè)發(fā)射站所對(duì)應(yīng)的微多普勒特 征； 步驟4 :對(duì)所有發(fā)射站所提供的微多普勒特征進(jìn)行決策級(jí)融合識(shí)別。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單頻網(wǎng)外輻射源雷達(dá)的飛機(jī)目標(biāo)識(shí)別方法，其特征在 于，步驟3的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟： 步驟3. 1 :對(duì)單頻網(wǎng)中第i個(gè)發(fā)射站所對(duì)應(yīng)的距離單元譜數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，再通過(guò)逆傅里 葉變換（IFFT)得到時(shí)域信號(hào)Di (n)，i = 1，2,…，N ; 步驟3.2 :計(jì)算信號(hào)0?的短時(shí)傅里葉變換，即TFi(f，t) = STFTiD?}，i = 1，2, ·"，Ν，其中，f = 0, 一,L-Ut = 1，…，T分別為時(shí)頻面上頻率和時(shí)間索引，邛eC 步驟 3. 3 :計(jì)算雙譜，即 Bit (f\，f2) = TFi (f\，t) · TFi (f2, t) · TFiYf^f2, t)，i = 1，2,…，N，其中，?\= 0,…，L-l，f 2= 0,…，L-l，*表示復(fù)共軛； 步驟3. 4 :對(duì)雙譜進(jìn)行歸一化，即得到雙相干譜為，
步驟3. 5 :消除雙相干譜對(duì)目標(biāo)平動(dòng)速度的敏感性，即對(duì)紀(jì)進(jìn)行二維離散傅里葉變換， 從而得到最終用于目標(biāo)識(shí)別的特征為，
其中，F(xiàn)2d表示二維離散傅里葉變換，SOf,.G Mixi。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于單頻網(wǎng)外輻射源雷達(dá)的飛機(jī)目標(biāo)識(shí)別方法，其特征在 于，步驟4的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟： 步驟4. 1 :對(duì)提取的識(shí)別特征BCHi利用線性判別分析（LDA)進(jìn)行降維處理，假設(shè)目標(biāo) 分屬于C個(gè)類別，則變換后得到的新特征向量為岑e R1X(CM)，i = 1，2,…，N ;步驟4. 2 :計(jì)算 特征向量Xi與數(shù)據(jù)庫(kù)中樣本之間的距離度量，假設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)樣本集為Sm= {Xl，X2，…，Xm}，其 中，M為樣本總數(shù)，Xj(j = 1，…，M)為第j個(gè)樣本對(duì)應(yīng)的特征向量，則采用歐氏距離的距離 度量為 Clij= I I X j-Xi I I，i = 1，2,…，N，j = 1，…，M ; 步驟4. 3 :提取各個(gè)發(fā)射站對(duì)應(yīng)的距離度量值Clij中的K個(gè)最小值，即D i= {d i; i，di;2,… ，φ，κ}，i = 1，2,…，N ; 步驟4.4:決策級(jí)融合判斷目標(biāo)類型，假設(shè)已知樣本類別標(biāo)號(hào)為ωη，η= 1，2，···，?待 識(shí)別目標(biāo)類別標(biāo)號(hào)為w，考查所有的向量Di, i = 1，2, "·，Ν，選取其中的K個(gè)最小值，設(shè)其中 有匕個(gè)屬于ω "類，則ω η類的判別函數(shù)就是： gn (w) = kn，η = 1，…，C ; 決策規(guī)則是：
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于單頻網(wǎng)外輻射源雷達(dá)的飛機(jī)目標(biāo)識(shí)別方法，利用飛機(jī)目標(biāo)旋轉(zhuǎn)部件（旋翼、螺旋槳、或噴氣式引擎）產(chǎn)生的微多普勒調(diào)制特征進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別。首先對(duì)參考通道和監(jiān)測(cè)通道信號(hào)進(jìn)行二維互相關(guān)處理，據(jù)此實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)；接著從距離多普勒譜上不同距離單元位置提取各個(gè)發(fā)射站所對(duì)應(yīng)的微多普勒特征；最后利用信息融合技術(shù)對(duì)多角度特征進(jìn)行決策級(jí)融合識(shí)別。本發(fā)明組合了單頻網(wǎng)中各個(gè)發(fā)射站同時(shí)提供的微多普勒特征，減少了目標(biāo)微多普勒特征的姿態(tài)敏感性，從而提高識(shí)別準(zhǔn)確度。
【IPC分類】G01S13-53
【公開(kāi)號(hào)】CN104865569
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510291028
【發(fā)明人】萬(wàn)顯榮, 夏鵬, 易建新
【申請(qǐng)人】武漢大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年5月29日