專利名稱：基于風場擾動特征的空中目標分類方法
技術領域：
本發(fā)明涉及目標分類技術領域，尤其是一種基于風場擾動特征的空中目標分類方法。
背景技術：
空中目標屬性識別存在著非合作性、先驗知識少、樣本數(shù)據(jù)缺乏等固有不足，尤其是對于一些低可探測目標，其目標特征信息難以準確獲取，遭遇到“特征信息獲取受限”的瓶頸難題。盡管當前國內(nèi)外在空中目標自動識別領域的研究已取得眾多成果，但空中目標自動分類和辨識方面還需進一步探索。然而，空中目標風場擾動特征與目標重量、翼展以及飛行速度等其它特征密切關聯(lián)。因而，在激光探測風場擾動并發(fā)現(xiàn)空域內(nèi)存在飛機目標的基礎上，有望進一步利用風場擾動特征反演出飛機相應特征，以用于識別空中飛機目標的 類別屬性，繼而實現(xiàn)空中飛機目標的自動分類。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過解算風場擾動特征來反演獲取目標識別特征，從而間接實現(xiàn)空中飛機目標的自動分類的基于風場擾動特征的空中目標分類方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案一種基于風場擾動特征的空中目標分類方法，該方法包括下列順序的步驟(I)風場擾動特征解算激光雷達探測獲取風場擾動，完成風場擾動類型鑒別和實現(xiàn)空中目標檢測發(fā)現(xiàn)，通過空中目標風場擾動特征解算算法，準確提取尾渦渦核位置、渦核半徑、渦核間距以及渦流環(huán)量的風場擾動特征參數(shù)；(2)類型識別特征反演基于步驟(I)獲取的風場擾動特征，根據(jù)空中目標類型識別特征反演算法，反演出目標航跡特征、物理特征以及運動特征的類型識別特征參數(shù)；(3)空中目標屬性識別根據(jù)空中飛機目標的種類，設計飛機目標分類原則，并利用分類算法，通過輸入待識別飛機目標的類型識別特征參數(shù)，來輸出待識別飛機目標的類別屬性。由上述技術方案可知，本發(fā)明通過給出的空中目標風場擾動特征解算算法，準確提取尾渦渦核位置、渦核半徑、渦核間距以及渦流環(huán)量等風場擾動特征參數(shù)，解決了空中目標風場擾動特征的提取問題；通過空中目標類型識別特征反演算法，反演出目標航跡特征、物理特征以及運動特征等類型識別特征參數(shù)，解決了從風場擾動特征到目標自身特征的反演問題；通過對目標自身特征的處理，利用相應的分類算法，實現(xiàn)對飛機目標類別屬性的判別，解決了基于對特定空域大氣風場的激光雷達探測實現(xiàn)對空中飛機目標的分類識別問題。


圖I為空中目標風場擾動特征解算流程圖2為尾渦擾動場激光橫向探測示意圖；圖3為空中目標類型識別特征反演原理圖；圖4為基于多部激光雷達同時探測的空中目標航跡特征獲取示意圖；圖5為坐標系轉換中的各變量間幾何關系不意圖；圖6為基于熵權評判的空中飛機分類模型框圖。
具體實施例方式一種基于風場擾動特征的空中目標分類方法，該方法包括下列順序的步驟(1)風場擾動特征解算激光雷達探測獲取風場擾動，完成風場擾動類型鑒別和實現(xiàn)空中目標檢測發(fā)現(xiàn)，通過空中目標風場擾動特征解算算法，準確提取尾渦渦核位置、渦核半徑、渦核 間距以及渦流環(huán)量的風場擾動特征參數(shù)；(2)類型識別特征反演基于步驟(I)獲取的風場擾動特征，根據(jù)空中目標類型識別特征反演算法，反演出目標航跡特征、物理特征以及運動特征的類型識別特征參數(shù)；(3)空中目標屬性識別根據(jù)空中飛機目標的種類，設計飛機目標分類原則，并利用分類算法，通過輸入待識別飛機目標的類型識別特征參數(shù)，來輸出待識別飛機目標的類別屬性。在背景大氣風場的統(tǒng)計建模和擾動大氣風場的實時探測基礎上，研究提出了空中目標風場擾動(尾渦擾動場)特征解算算法，以獲取風場擾動的分布數(shù)據(jù)和解算風場擾動的特征參數(shù)。圖I給出了空中目標風場擾動特征解算流程。圖I表明，空中目標風場擾動特征解算主要包括三個流程背景大氣風場統(tǒng)計建模、擾動大氣風場實時探測以及尾渦擾動場解算處理。①背景大氣風場統(tǒng)計建模通過長期觀察監(jiān)測某地區(qū)空域內(nèi)的背景大氣狀況，建立起基于觀測資料的統(tǒng)計特征模型，以獲取該空域背景大氣風場運動變化規(guī)律和環(huán)境參數(shù)，如大氣密度，當?shù)刂亓铀俣鹊鹊?，進而創(chuàng)建出該地區(qū)的背景大氣風場數(shù)據(jù)庫。②擾動大氣風場實時探測激光雷達以一定速率不間斷實時掃描特定空域內(nèi)大氣風場，并通過風場后向散射回波信號的反演處理，獲取空域內(nèi)實時的擾動大氣風場數(shù)據(jù)。③尾渦擾動場解算處理其主要是指獲取尾渦擾動場分布數(shù)據(jù)和提取擾動場特征參數(shù)。基于統(tǒng)計建模形成的背景大氣風場數(shù)據(jù)庫，對實時探測獲取的擾動大氣風場數(shù)據(jù)進行處理，這里主要是指濾除疊加在其上的背景大氣風場，進而完成從實測的擾動大氣風場中提取出風場擾動數(shù)據(jù)。但由于風場擾動通常存在著諸如大氣紊流和高空風切變等多種類另IJ，因而，此處需首先針對獲取的風場擾動進行類型判決，鑒別該擾動是飛機引發(fā)的尾渦擾動場還是諸如大氣紊流或風切變等其它類型的風場擾動。通常，尾渦渦核位置可以認為是飛機尾渦風場擾動的中心，也是飛機機翼翼尖與其周圍大氣風場發(fā)生相互作用的地方。因而，飛機所處位置與其引發(fā)風場擾動的中心點較為接近，在短時間內(nèi)可以近似認為它們處在同一水平高度。所以，精確解算獲取尾渦渦核位置成為了后續(xù)準確反演空中飛機目標的飛行高度的關鍵。本申請針對空中目標風場擾動采用的是激光橫向探測方式(RHI掃描方式)，其可提供激光掃描扇面內(nèi)各點的坐標信息，即徑向距離R和仰角a。圖2所示為尾渦擾動場激光橫向探測示意圖。尾渦擾動場特性建模發(fā)現(xiàn)，在尾渦的渦核處具有最大的正切向速度和最小的負切向速度，其會導致此處的多普勒回波頻譜因尾渦的速度分布特性而發(fā)生強烈的展寬效應，而此點恰可作為判定渦核位置所在的重要依據(jù)。此外，對于LIDAR探測尾渦所獲得的多普勒頻譜，可使用固定閾值技術濾除頻譜噪聲的影響，來獲取尾渦的正徑向速度包絡匕+(尺《)和負徑向速度包絡G(足《0。因此,可在正向速度包絡曲線4+(足的上尋找到最大速度值點的位置坐標⑶sax，《sax)和負向速度包絡上最小速度值點位置坐標將兩坐標點連線的中點坐標作為左右渦核中心的位置坐標估計值(Rw，a0i),具體如(I)式所示
權利要求
1.一種基于風場擾動特征的空中目標分類方法，該方法包括下列順序的步驟 (1)風場擾動特征解算激光雷達探測獲取風場擾動，完成風場擾動類型鑒別和實現(xiàn)空中目標檢測發(fā)現(xiàn)，通過空中目標風場擾動特征解算算法，準確提取尾渦渦核位置、渦核半徑、渦核間距以及渦流環(huán)量的風場擾動特征參數(shù)； (2)類型識別特征反演基于步驟(I)獲取的風場擾動特征，根據(jù)空中目標類型識別特征反演算法，反演出目標航跡特征、物理特征以及運動特征的類型識別特征參數(shù)； (3)空中目標屬性識別根據(jù)空中飛機目標的種類，設計飛機目標分類原則，并利用分類算法，通過輸入待識別飛機目標的類型識別特征參數(shù)，來輸出待識別飛機目標的類別屬性。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于風場擾動特征的空中目標分類方法，其特征在于所述的風場擾動特征解算包括背景大氣風場統(tǒng)計建模、擾動大氣風場實時探測以及尾渦擾動場解算處理。
3.根據(jù)權利要求I所述的基于風場擾動特征的空中目標分類方法，其特征在于所述的類型識別特征反演包括目標航跡特征反演、目標物理特征反演以及目標運動特征反演。
4.根據(jù)權利要求2所述的基于風場擾動特征的空中目標分類方法，其特征在于所述的背景大氣風場統(tǒng)計建模是指通過長期觀察監(jiān)測某地區(qū)空域內(nèi)的背景大氣狀況，建立起基于觀測資料的統(tǒng)計特征模型，以獲取該空域背景大氣風場運動變化規(guī)律和環(huán)境參數(shù)，創(chuàng)建出該地區(qū)的背景大氣風場數(shù)據(jù)庫。
5.根據(jù)權利要求2所述的基于風場擾動特征的空中目標分類方法，其特征在于所述的擾動大氣風場實時探測是指激光雷達以一定速率不間斷實時掃描特定空域內(nèi)大氣風場，并通過風場后向散射回波信號的反演處理，獲取空域內(nèi)實時的擾動大氣風場數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權利要求2所述的基于風場擾動特征的空中目標分類方法，其特征在于所述的尾渦擾動場解算處理是指獲取尾渦擾動場分布數(shù)據(jù)和提取擾動場特征參數(shù)。
7.根據(jù)權利要求3所述的基于風場擾動特征的空中目標分類方法，其特征在于所述的目標航跡特征反演是指基于多個激光掃描扇面上的尾渦渦核位置特征(R0i, αω)，來反演出目標的航跡Y和航向C。
8.根據(jù)權利要求3所述的基于風場擾動特征的空中目標分類方法，其特征在于所述的目標物理特征反演是指通過解算獲取的渦核半徑ra和渦核間距Idci來反演出目標的重量M、翼展B。
9.根據(jù)權利要求3所述的基于風場擾動特征的空中目標分類方法，其特征在于所述的目標運動特征反演是指通過渦流環(huán)量ΓΜ和渦核位置(RM，αω)來反演出飛機目標飛行的高度H和速度V。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于風場擾動特征的空中目標分類方法，該方法包括下列順序的步驟風場擾動特征解算通過空中目標風場擾動特征解算算法，準確提取尾渦渦核位置、渦核半徑、渦核間距以及渦流環(huán)量的風場擾動特征參數(shù)；類型識別特征反演根據(jù)空中目標類型識別特征反演算法，反演出目標航跡特征、物理特征以及運動特征的類型識別特征參數(shù)；空中目標屬性識別通過輸入待識別飛機目標的類型識別特征參數(shù)，來輸出待識別飛機目標的類別屬性。本發(fā)明解決了空中目標風場擾動特征的提取問題、從風場擾動特征到目標自身特征的反演問題以及基于對特定空域大氣風場的激光雷達探測實現(xiàn)對空中飛機目標的分類識別問題。
文檔編號G06K9/62GK102902977SQ201210209259
公開日2013年1月30日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權日2012年6月21日
發(fā)明者胡以華, 雷武虎, 趙楠翔, 吳永華, 閆飛, 石亮, 王迪, 焦均均, 顧有林, 蔡曉春 申請人:中國人民解放軍電子工程學院