全極化信息在箔條假目標(biāo)鑒別中的應(yīng)用研究*

吳盛源，張小寬，袁俊超，肖軍

(空軍工程大學(xué) 防空反導(dǎo)學(xué)院，陜西 西安 710051)

全極化信息在箔條假目標(biāo)鑒別中的應(yīng)用研究*

吳盛源，張小寬，袁俊超，肖軍

(空軍工程大學(xué) 防空反導(dǎo)學(xué)院，陜西 西安 710051)

極化信息在抗箔條干擾，防止導(dǎo)彈脫靶等方面具有重要的應(yīng)用價值。首先定義了共極化比和垂直共交極化比，分析了箔條假目標(biāo)和飛機目標(biāo)的極化比特性。然后針對均勻取向箔條云，提出了以共極化比和垂直共交極化比為聯(lián)合鑒別量的箔條假目標(biāo)鑒別新方法，并設(shè)計了鑒別算法。對某典型飛機目標(biāo)的仿真結(jié)果表明，該鑒別方法對箔條假目標(biāo)的鑒別率能達到95%以上。仿真結(jié)果證明了該鑒別算法的可行性和有效性。

極化比；箔條假目標(biāo)；鑒別算法；鑒別率；極化信息；跟蹤

0 引言

箔條干擾是應(yīng)用最早和最廣的消極干擾，飛機和艦船在對抗來襲導(dǎo)彈時經(jīng)常投放箔條，欺騙雷達跟蹤散射強度很強的箔條云，從而擺脫導(dǎo)彈的跟蹤[1-3]。能否有效對抗雷達目標(biāo)釋放的箔條干擾，成為決定防空反導(dǎo)作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵因素。

極化是電磁波除幅度、頻率和相位之外另一可供利用的重要屬性。利用極化信息抗箔條干擾的研究已經(jīng)很多[4-11]，雷達角度分辨率較低時，雷達目標(biāo)與箔條云在同一分辨單元，通常采用極化對比增強或極化濾波的方法[4-5]；雷達分辨率較高時，雷達目標(biāo)與箔條云可分辨，通常采用極化識別的方法[7-11]。文獻[7]研究了極化RCS比的概率密度函數(shù)，提出了以極化RCS比為鑒別量的飛機目標(biāo)與箔條假目標(biāo)識別方法；文獻[8]通過對艦船目標(biāo)和箔條假目標(biāo)雙極化特性分析，提出可以用極化角作為特征量實現(xiàn)對艦船和箔條的鑒別；文獻[9]利用非線性極化變換和極化平滑處理獲得了極化振幅比，用于鑒別箔條假目標(biāo)。但是以上文獻要么只提取一個鑒別量，要么沒有給出具體的鑒別概率，對箔條假目標(biāo)的鑒別效果有待進一步驗證。基于此，本文以某型飛機為研究對象，分析了箔條假目標(biāo)和飛機目標(biāo)的極化特性差異，以共極化比和垂直共交極化比為鑒別量，繼續(xù)研究箔條假目標(biāo)的鑒別問題。

1 箔條目標(biāo)和飛機目標(biāo)極化特性分析

1.1 極化散射矩陣與極化比

Sinclair最早提出極化散射矩陣的概念，它是一個2×2的矩陣，用以表示發(fā)射和接收的極化電磁波矢量Et和Er之間的關(guān)系[12-13]。即

(1)

式中：“hh”表示水平發(fā)射水平接收；“hv”表示垂直發(fā)射水平接收。

定義ρ共=Svv/Shh為共極化比，ρ交=Svv/Shv為垂直共交極化比。

1.2 極化比特性分析

單根箔條空間坐標(biāo)系如圖1所示，θt為入射方向與z軸的夾角，θ為箔條與z軸的夾角，φ為箔條在Oxy平面內(nèi)的投影與x軸的夾角。

圖1 箔條空間坐標(biāo)系Fig.1 Space coordinates of chaff

(2)

(3)

(4)

文獻[8]通過理論推導(dǎo)和仿真分析，得出3種分布的箔條假目標(biāo)垂直共交極化比絕對值都小于8 dB。

文獻[15]對均勻取向箔條云的散射波總能量與入射極化關(guān)系進行研究，推導(dǎo)得到共極化RCS為

(5)

交叉極化RCS為

(6)

式中：G=0.43Nλ2；λ為入射波波長；N為箔條數(shù)；(γ，φ)為入射波的極化相位描述子。

則箔條云的全極化RCS為

(7)

因此，均勻取向箔條云全極化RCS只與入射波頻率以及箔條數(shù)有關(guān)，而與入射波的極化方式無關(guān)，其共極化比等于0 dB。

以某型飛機目標(biāo)為研究對象，分析飛機目標(biāo)極化比特性。借助電磁仿真軟件FEKO獲得其0俯仰面多極化RCS以及極化比變化如圖2，3所示。

圖2 零度俯仰面多極化RCSFig.2 RCS in pitch surface

圖3 零度俯仰面極化比Fig.3 Polarization ratio in pitch surface

由圖2，3可知，在多數(shù)角度下，飛機目標(biāo)的共極化比與垂直共交極化比絕對值較大。機頭方向為目標(biāo)的隱身區(qū)，在該區(qū)域目標(biāo)極化比絕對值較小，范圍為0～10 dB，機身側(cè)向目標(biāo)的RCS較大，在該區(qū)域目標(biāo)極化比絕對值較大，范圍為5～30 dB。而飛機在進攻時，為了實現(xiàn)隱身，通常采取戰(zhàn)術(shù)機動，將頭向區(qū)域?qū)χ走_，因此，只提取共極化比或垂直共交極化比中任何一個作為鑒別量，都不能獲得有效的鑒別效果。

2 極化鑒別量提取與鑒別算法

2.1 鑒別特征量提取

通過對箔條目標(biāo)和飛機目標(biāo)的極化比特性進行分析可知，考慮交叉極化大于共極化的情形，箔條假目標(biāo)的垂直共交極化比絕對值小于8 dB，而飛機目標(biāo)垂直共交極化比的絕對值普遍大于8 dB；箔條假目標(biāo)的共極化比絕對值等于0 dB，而飛機目標(biāo)共極化比絕對值遠大于0 dB。因此，將垂直共交極化比絕對值和共極化比絕對值構(gòu)成極化參數(shù)集，即

(8)

將R作為鑒別量，用以實現(xiàn)對飛機目標(biāo)和箔條假目標(biāo)的有效鑒別。

2.2 極化鑒別算法

(9)

算法流程圖如圖4所示，首先基于全極化雷達獲得目標(biāo)極化散射矩陣，由極化散射矩陣求得垂直共交極化比絕對值和共極化比絕對值，與相應(yīng)的門限值比較，如果垂直共交極化比絕對值小于8 dB，且共極化比絕對值小于5 dB，則判定該目標(biāo)是箔條假目標(biāo)，否則判定該目標(biāo)是飛機目標(biāo)。

圖4 鑒別流程圖Fig.4 Flow chart of discrimination flow

3 仿真分析

圖5 全空域極化參數(shù)集分布Fig.5 Distribution of the full spatial polarization parameters

由圖5可知，飛機目標(biāo)的全空域極化參數(shù)集中，只有少數(shù)點位于共極化比絕對值小于5 dB的區(qū)域，也只有少數(shù)點位于共交極化比絕對值小于8 dB的區(qū)域，同時位于2個區(qū)域的點更少。以5 dB為共極化比的門限，8 dB為共交極化比的門限，對全空域數(shù)據(jù)進行鑒別，獲得不同鑒別量下的鑒別率如表1。

表1 不同鑒別量下的鑒別率比較Table 1 Comparison of the discrimination rate under different discrimination amount (%)

由表可知，采用單一鑒別量的鑒別方法，鑒別率低于85%，而以極化參數(shù)集為鑒別量的鑒別率，鑒別率能達到95%以上，說明本文提出的鑒別方法能實現(xiàn)對箔條假目標(biāo)的有效鑒別。

4 結(jié)束語

極化信息在軍事方面具有很高的應(yīng)用價值，隨著極化理論和極化技術(shù)的進一步發(fā)展，不同的鑒別量和鑒別方法將相繼被提出，極化信息在抗箔條干擾方面的應(yīng)用將更加廣泛。

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Application of Full Polarimetric Information in Chaff Decoy Indentification

WU Sheng-yuan，ZHANG Xiao-kuan，YUAN Jun-chao，XIAO Jun

(Air Force Engineering University，Air and Missile Defense College，Shaanxi Xi’an 710051，China)

Polarization information plays an important role in anti chaff jamming and preventing missile from missing the target. Firstly, two polarization ratios are defined, and the polarization ratio characteristics of chaff decoy and airplane are analyzed. Then, a new method is proposed to discriminate the chaff cloud using the two polarization ratios, and the identification algorithm is designed. The simulation results show that the new method could get more than 95% discrimination ratio to the chaff decoy. Thus, the feasibility and effectiveness are proved.

polarization ratio；chaff decoy；identification algorithm；discrimination rate；polarization information；tracking

2016-05-23；

2016-09-02

吳盛源(1991-)，男，福建漳州人。碩士生，主要研究方向為雷達目標(biāo)特性及其應(yīng)用。

通信地址：710051 甘肅省張掖市山丹縣南湖路25號 E-mail：wushy1991@163.com

10.3969/j.issn.1009-086x.2017.03.019

TN974；TP391.9

A

1009-086X(2017)-03-0118-04