全極化信息在箔條假目標鑒別中的應用研究*

吳盛源，張小寬，袁俊超，肖軍

(空軍工程大學 防空反導學院，陜西 西安 710051)

全極化信息在箔條假目標鑒別中的應用研究*

吳盛源，張小寬，袁俊超，肖軍

(空軍工程大學 防空反導學院，陜西 西安 710051)

極化信息在抗箔條干擾，防止導彈脫靶等方面具有重要的應用價值。首先定義了共極化比和垂直共交極化比，分析了箔條假目標和飛機目標的極化比特性。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合鑒別量的箔條假目標鑒別新方法，并設計了鑒別算法。對某典型飛機目標的仿真結果表明，該鑒別方法對箔條假目標的鑒別率能達到95%以上。仿真結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；鑒別算法；鑒別率；極化信息；跟蹤

0 引言

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

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很多[4-11]，雷達角度分辨率較低時，雷達目標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，提出了以極化RCS比為鑒別量的飛機目標與箔條假目標識別方法；文獻[8]通過對艦船目標和箔條假目標雙極化特性分析，提出可以用極化角作為特征量實現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。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，對箔條假目標的鑒別效果有待進一步驗證?；诖耍疚囊阅承惋w機為研究對象，分析了箔條假目標和飛機目標的極化特性差異，以共極化比和垂直共交極化比為鑒別量，繼續研究箔條假目標的鑒別問題。

1 箔條目標和飛機目標極化特性分析

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，用以表示發射和接收的極化電磁波矢量Et和Er之間的關系[12-13]。即

(1)

式中：“hh”表示水平發射水平接收；“hv”表示垂直發射水平接收。

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平面內的投影與x軸的夾角。

圖1 箔條空間坐標系Fig.1 Space coordinates of chaff

(2)

(3)

(4)

文獻[8]通過理論推導和仿真分析，得出3種分布的箔條假目標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系進行研究，推導得到共極化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；(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有關，而與入射波的極化方式無關，其共極化比等于0 dB。

以某型飛機目標為研究對象，分析飛機目標極化比特性。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，在多數角度下，飛機目標的共極化比與垂直共交極化比絕對值較大。機頭方向為目標的隱身區，在該區域目標極化比絕對值較小，范圍為0～10 dB，機身側向目標的RCS較大，在該區域目標極化比絕對值較大，范圍為5～30 dB。而飛機在進攻時，為了實現隱身，通常采取戰術機動，將頭向區域對著雷達，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

通過對箔條目標和飛機目標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，箔條假目標的垂直共交極化比絕對值小于8 dB，而飛機目標垂直共交極化比的絕對值普遍大于8 dB；箔條假目標的共極化比絕對值等于0 dB，而飛機目標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成極化參數集，即

(8)

將R作為鑒別量，用以實現對飛機目標和箔條假目標的有效鑒別。

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，則判定該目標是箔條假目標，否則判定該目標是飛機目標。

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

3 仿真分析

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

由圖5可知，飛機目標的全空域極化參數集中，只有少數點位于共極化比絕對值小于5 dB的區域，也只有少數點位于共交極化比絕對值小于8 dB的區域，同時位于2個區域的點更少。以5 dB為共極化比的門限，8 dB為共交極化比的門限，對全空域數據進行鑒別，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對箔條假目標的有效鑒別。

4 結束語

極化信息在軍事方面具有很高的應用價值，隨著極化理論和極化技術的進一步發展，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特性及其應用。

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