一種簡(jiǎn)單的雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別算法

鄧建國(guó)++劉赟++薛鵬

摘 要本文介紹了一種適用于窄帶雷達(dá)的目標(biāo)識(shí)別算法，利用目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)線速度和反射面積等參量，可在有限的范圍內(nèi)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行粗略分類識(shí)別，比如大目標(biāo)、中目標(biāo)、小目標(biāo)；單兵、卡車、飛機(jī)類目標(biāo)等。

【關(guān)鍵詞】雷達(dá) 目標(biāo)分類 目標(biāo)識(shí)別 信噪比

1 引言

雷達(dá)作為一種重要的目標(biāo)探測(cè)和監(jiān)視裝備，以其探測(cè)距離遠(yuǎn)、受氣象條件影響小等優(yōu)點(diǎn)成為對(duì)空中目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、測(cè)距和跟蹤的最強(qiáng)有力工具。但是隨著武器裝備的發(fā)展，只具有探測(cè)和跟蹤功能的雷達(dá)已經(jīng)不能滿足信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的需要。對(duì)于雷達(dá)探測(cè)技術(shù)來(lái)說(shuō)，雷達(dá)探測(cè)到的目標(biāo)究竟是何種類型的目標(biāo)，利用雷達(dá)所獲取的信息來(lái)推斷目標(biāo)的身份和屬性，也就是雷達(dá)的目標(biāo)識(shí)別功能，才是至關(guān)重要的。

2 雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別方法

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 武器性能的提高，對(duì)雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別提出了越來(lái)越高的要求。目前，目標(biāo)識(shí)別作為雷達(dá)新的功能之一，已在諸如海情監(jiān)控系統(tǒng)、彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)、防空系統(tǒng)及地球物理、射電天文、氣象預(yù)報(bào)、埋地物探測(cè)等技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮出很大的威力。用于雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別的方法也有很多種，比如：根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的特征進(jìn)行識(shí)別、目標(biāo)回波幅度起伏特性識(shí)別法、根據(jù)多頻雷達(dá)回波幅度和相位進(jìn)行識(shí)別、極點(diǎn)識(shí)別法、電磁瞬態(tài)響應(yīng)一斜升響應(yīng)識(shí)別法、目標(biāo)極化特征識(shí)別法、波形綜合法和自適應(yīng)識(shí)別波形綜合法、雷達(dá)成象技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在雷達(dá)目標(biāo)分類機(jī)中的應(yīng)用等等。目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的大多數(shù)防空雷達(dá)均為窄帶相干體制，其所能獲取的目標(biāo)特征信號(hào)非常有限，因此，利用目標(biāo)的頻譜調(diào)制和回波起伏特征，并結(jié)合雷達(dá)所能獲取的目標(biāo)的空間坐標(biāo)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)如目標(biāo)高度、速度、航跡等信息對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別是多年來(lái)我們一直致力研究的課題，本文利用上面所述的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡和目標(biāo)回波幅度起伏等數(shù)學(xué)方法，結(jié)合工程實(shí)踐，提出了一種簡(jiǎn)單可行的目標(biāo)識(shí)別方法，用于指導(dǎo)窄帶相干體制雷達(dá)的目標(biāo)分類識(shí)別。

3 數(shù)學(xué)方法介紹

空中目標(biāo)對(duì)低分辨力雷達(dá)來(lái)講可以看作點(diǎn)目標(biāo)，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，目標(biāo)回波的幅度和相位將隨目標(biāo)對(duì)雷達(dá)的相對(duì)姿態(tài)的不同而變化，根據(jù)目標(biāo)回波的幅度與相位的變化過(guò)程，判斷其形狀，對(duì)復(fù)雜信息數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，可以判斷目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)情況。

空中目標(biāo)的結(jié)構(gòu)通常具有簡(jiǎn)單、對(duì)稱的特點(diǎn)，對(duì)于一些簡(jiǎn)單形體的空間目標(biāo)如球體和圓柱體等，可以得到其雷達(dá)散射截面（RCS）隨姿態(tài)角變化的解析表達(dá)式。根據(jù)空間目標(biāo)的RCS序列可以對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和分類，可以對(duì)空間目標(biāo)的姿態(tài)和尺寸進(jìn)行估計(jì)。

雷達(dá)目標(biāo)特征是雷達(dá)發(fā)射的電磁波與目標(biāo)相互作用產(chǎn)生的各種信息，它載于目標(biāo)散射回波之上，是雷達(dá)識(shí)別目標(biāo)的主要信息來(lái)源。特征選擇及提取是雷達(dá)正確識(shí)別目標(biāo)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，可以從目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性、目標(biāo)的光學(xué)特性和目標(biāo)的電磁散射特性等多個(gè)方面進(jìn)行分析，計(jì)算過(guò)程說(shuō)明如下：

（1）先將信噪比歸一化，參與運(yùn)算的參量有目標(biāo)輸入輸出信噪比、雷達(dá)標(biāo)定和工作所用脈寬比、標(biāo)定與工作FFT點(diǎn)數(shù)比、標(biāo)定和工作測(cè)量目標(biāo)距離比、標(biāo)定和工作使用功率比；

（2）啟動(dòng)一階濾波器，獲取穩(wěn)定的歸一化信噪比；

（3）利用信噪比和RCS的關(guān)系式求取目標(biāo)RCS（雷達(dá)散射截面）；

（4）由RCS可以先判斷出大中小目標(biāo)類型；

（5）利用目標(biāo)信息求取目標(biāo)瞬時(shí)運(yùn)行線速度，啟動(dòng)一階濾波器，求取穩(wěn)定的線速度；

（6）利用目標(biāo)RCS和線速度，聯(lián)合求解，判斷目標(biāo)類型。

3.1 具體數(shù)學(xué)求解公式如下

（1）歸一化信噪比：

——信號(hào)處理目標(biāo)信噪比，目標(biāo)包絡(luò)和/噪聲電平；

，進(jìn)行標(biāo)定時(shí)所用脈寬；σ，工作時(shí)所用脈寬；

N——FFT點(diǎn)數(shù)；

R——目標(biāo)距離；

Rmax——標(biāo)定時(shí)目標(biāo)距離（單兵開(kāi)始距離）；

Pmax——最大功率（標(biāo)定時(shí)使用功率）；

P——當(dāng)前使用功率；

（2）歸一化信噪比獲取：

——本拍信噪比；

——上一拍信噪比；

α—— 濾波系數(shù)；取0.2；

（3）

σ1——單兵反射面積，按0.5m2計(jì)算；

——單兵標(biāo)定時(shí)的信噪比；

——其它時(shí)間的信噪比；

（4）判斷大中小目標(biāo)：

σ<2m2：小目標(biāo)；

2<σ<15m2：中目標(biāo)；

σ>15m2：大目標(biāo)；

（5）求實(shí)時(shí)線速度：

初始速度：

從第二拍開(kāi)始計(jì)算速度：

X，Y，Z ——目標(biāo)大地直角坐標(biāo)；

α—— 濾波系數(shù)；取0.2；

t1，t2——前兩拍時(shí)間；

（6）判目標(biāo)類型：

σ<=2m2，V<= 4m/s：?jiǎn)伪悾?/p>

2<σ<=15m2，V>4m/s：中型卡車類；

σ>15m2，V>4m/s：重型卡車類；

2<σ<=15m2，V>40m/s：直升機(jī)類目標(biāo)。

4 結(jié)論

上述方法結(jié)合了數(shù)學(xué)理論和工程實(shí)踐，我們?cè)诶走_(dá)的科研使用過(guò)程中做了大量的考核論證，準(zhǔn)確率可以達(dá)到75%，所以，該方法是行之有效的，期待對(duì)相同體制雷達(dá)能有很好的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

鄧建國(guó)（1977-），男，工程師。主要研究方向?yàn)槔走_(dá)系統(tǒng)總體。

劉赟（1975-），女，工程師。主要研究方向?yàn)槔走_(dá)系統(tǒng)總體。

薛鵬（1985-），男，工程師。主要研究方向?yàn)槔走_(dá)系統(tǒng)總體。

作者單位

陜西黃河集團(tuán)有限公司 陜西省西安市 710043