专利名称：电磁辐射目标信号聚集方法
技术领域：
本发明涉及一种信号处理方法，特别是一种电磁辐射目标信号聚集方法。
技术背景针对电磁辐射探测设备探测的电磁辐射目标数量多、运动速度差异大、处理 信息的时效性要求高等特点，信息处理系统要能及时、准确的跟踪目标，存在以 下主要问题[l]快速运动电磁辐射目标的采样率低，不利于信息自动处理。[2]有 些电磁辐射目标缺少距离测量，不利于系统准确掌握目标时空位置。[3]目标的电 磁辐射信号在频域和时空位置上比较相近，不利于不同电磁信号的分辨。对固定 目标和慢速目标自动处理实现较为容易，但对快速运动目标自动处理实现有较大 的困难。 发明内容发明目的本发明针对现有技术中的不足，提供了一种电磁辐射目标信号聚 集方法。技术方案本发明公开了一种电磁辐射目标信号聚集方法，其特征在于，该 方法包括以下步骤n+s — m )2(1) 根据公式Dj = f ，0》=2>,. ' 2 J'求取信号与目标y的比对相i=l O"i似度；(2) 在信号与所有目标的比对相似度中，找出最小的比对相似度D^和次小 的比对相似度D";其中，最小的比对相似度D^ =min{A，一，Dm)，对应目标 为力e(l,…，m);次小的比对相似度D咖in-(Z)JD, 对 应目标为力e仏…，/w〉；(3) 采用下门限，即相同目标门限C,和上门限，即不同目标门限q，进行 信号归属逻辑判断；如果D^2C2，则判定信号不属于m个目标中的任何目标，即该信号属于新 出现的目标；如果D曲《C,，且D。^〉C,，则判定该信号属于目标义； 否则，判断为模糊，并进行步骤(4)(4) 按照分辨门限i 进行比对差值判定 如果D^-D^〉R，则判定信号属于目标力； 如果D^n-D^SR，则仍判为模糊；步骤(1)中，其中附为已知目标个数 〗为信号与目标7的电磁参数比对差的集合；G^为描述信号与目标y时空状态参数比对差；当z、l，2，…，"时，",为信 号的第z'个电磁参数， 为目标y的第f个电磁参数；当z、" + l，" + 2，…,"+ s时，a,为信号的第/-w个状态参数，附;,为目标_/的第/-"个状态参数；o",为第/个参卩+ 数的测量均方根差；^为第/个参数的系数，且有2。=1。本发明步骤(1)中所述信号为雷达目标时，所述比对相似度由信号与雷达目 标的载频差、重频差、脉宽差、扫描周期差等电磁参数差，以及时空对准的方位 差、距离差、速度差、航向差等状态差构成。实际应用中，也可只取以上参数中 的部分参数进行计算。本发明步骤(1)中所述信号为通信目标时，所述比对相似度由信号与通信目标的载频差、信息调制方式一致性度量(调频、调相和调幅， 一致为o，不一致为1)等，以及时空对准的方位差、距离差、速度差、航向差等状态差构成。实际应 用中，也可只取以上参数中的部分参数进行计算。有益效果本发明的显著优点为(1)能够对快速运动目标的电磁信号进行自 动聚集处理。综合考虑了电磁特征参数和时空关系等多种因素，实现对各类电磁 辐射目标，特别是对快速运动目标的自动聚集。(2)实现方法工程化。对于运动. 目标特别是快速运动目标来讲，目标的电磁辐射特征较之空间坐标信息，具有更 好的不变性，合理综合利用了电磁特征、时空关系等多因素信息，有助于减小信 息的时空复杂性，便于工程计算，总之本发明具有良好的工程应用前景。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做更进一步的具体说明。 图l为本发明工作流程图。 图2为本发明信号1聚集处理结果数据图示。 图3为本发明信号2聚集处理结果数据图示。 图4为本发明信号3聚集处理结果数据图示。
具体实施方式
本发明通过采用基于参数比对的方法，根据传感器探测的电磁辐射目标信息， 并结合传感器的性能，对电磁辐射目标的电磁参数以及相应的时空状态等信息， 与目标相应的参数进行比对，按照门限规则判定信号的归属目标，完成信号自动 聚集处理。如图1所示，本发明包括以下步骤开始步骤；求取信号与所有已知目标的比对相似度；选取其中最小和次小比对相似度；用下门限(相同目标门限)和上门限(不同目标门限)，进行信号归属逻辑判断；比对结果处理，如果结果为新的目标信息，提交新目标起始处理；如果结果为已经掌握的目标信息，提交目标信息更新处理；如果判定结果为不确定，则比对差值，如果大于分辨门限，则提交目标信息更新处理，否则提交信号特殊处理等；最后结束。 更具体地说，本发明包括以下步骤步骤l:假设共有/n个与信号同类型(雷达、通信、...)的己知目标。根据公 n+s — m )2式Dj :f(0),0》j^"^^"求取信号与目标；的比对相似度。式中i=l °"iG^为信号与目标7的电磁参数比对差的集合，如脉冲雷达的载频差、重频 差、脉宽差等，通信信号与目标的载频差、信息调制方式等。@)为描述信号与目标7'时空状态参数比对差。如对准到同一时刻的方位差 或距离差等。当/"，2，…,"时，A为信号的第!'个电磁参数， 为目标_/的第!'个电磁参数； 当f-" + l," + 2，…，"+ s时，^为信号的第i-"个状态参数，m力为目标j'的第 z'-w个状态参数；^为第/个参数的测量均方根差。r,.为第z'个参数的经验系数，且有|^,.=1步骤2:在信号与所有目标的比对相似度中，找出 最小的比对相似度D曲=min{iV.,,￡)m)，对应目标为义e {1广',附} 次小的比对相似度D^—Z),.ID,^A, z、力,/^力，/^G ，对应目标为采用下门限(相同目标门限)q和上门限(不同目标门限)c2，进行下步信号归属逻辑判断；步骤3:如果D^2Cr则判定信号不属于m个目标中的任何目标，即该信 号属于新出现的目标。那么提交电磁辐射新目标起始处理。如果d^sc,，且d^x:"则判定该信号属于目标力，那么提交电磁辐射 目标信息更新处理。否则，判为模糊，并按照分辨门限及进行下步比对差值判定；步骤4:在步骤3判为模糊条件下，参照门限及进行判定。如果d^-d曲〉r，则判定信号属于目标力。如果D。^-D^2R，则仍判为模糊，那么该信号提交电磁辐射信号特殊处理。步骤2中的下门限q和上门限C2，以及步骤4中的及门限，参考本领域公知 的统计学中的门限选取方法予以确定。但针对不同的具体应用，存在不同的最优 门限值，可以在实际应用环境中加以调整。步骤3中，电磁辐射新目标起始处理属于电磁辐射目标跟踪中的新目标起始 技术，包括新目标的电磁参数建立和状态参数建立，这一般需要同一目标两次或 以上的测量信息才可建立。步骤3中，电磁辐射目标信息更新处理属于电磁辐射目标跟踪中的目标电磁 参数及状态参数的滤波或平滑处理技术。步骤4中的特殊处理， 一般是将比对相似度和各比对参数差提交系统操作员， 进行信号归属逻辑的人工判断，此种情况在实际环境中出现概率很小。下面通过一个实例来说明本发明的信号聚集处理方法。假设已有三个已知雷达电磁辐射目标，分别为目标l:载频(/。) 1000MHz，重频(Q): 1000Hz,脉宽(r): 2戶，方 位(>):60度，方位变化角速度(0): 0.5度/秒，时刻10秒 目标2:载频(/。) 700MHz，重频(Q): 500Hz，脉宽(r): 5//s，方位65度，方位变化角速度(0): 1.7度/秒，时刻(O: 12秒 目标3:载频(/。) 688MHz，重频(Q): 490Hz，脉宽(r): 4.8戸，方' 位(p): 110度，方位变化角速度(0): 0度/秒，时刻(f): 14秒 该电磁探测设备的测量误差设为 ct/o = 50Mife ， ￡7n = 20他，ov = 0.4;/s ， =2度假设r, = 0.2 ，对应载频；r2 = 0.2 ,对应重载；r3 = 0.2 ，对应脉宽；f4 = 0.4 ，对应状态参数。假设经过实际调整的下门限C1=2，上门限<:2=100，门限及=501信号1在f = 16秒时，收到信号l，参数为:/0=980MHz， Q=1015Hz， "1.9戶，伊=64 度。根据步骤l，计算得附u = 1000Affife, / 12 = 1000/fe,附13 = 2/tt 附14对准到与信号同一时刻，艮p: 714 =60 + 0.5x(16 —10) = 63度代入公式<formula>formula see original document page 7</formula>得:<formula>formula see original document page 7</formula>同理D2 =156.981 ， D3 = 366.74612 。 根据步骤2，得Z)min=min{0.257， 156識366.7461》=0.257 = Dcmin= 156.981 = A 根据步骤3，得先判断￡>^<<:2=100，不是新目标信息；再判断A^〈q-2，且化^>(^，判定该信号属于目标l的新测量信息，提交电磁辐射目标信息更新处理，本信号聚集步骤结束。对目标l进行更新， 一般采用平滑或滤波的方法。本实例为简单示意，对电磁参数采用算术平均方法，得到目标l的新的电磁参数 /0 = 990M/fe， Q = 1007.5/fe, r = 1.95戶对状态参数，由下列方法获得—M±^= 0.5 +謹7= 0.583度/秒 2 2其中卄=^^ = 1 = 0.667度/秒 16-10 6更新后的目标1各项参数列举如下/o=990MHz， Q=1007.5Hz， r=1.95/^， 9>=64度，^ =0.583度/秒， f = 16秒2信号2在？ = 18秒时，收到信号2，参数为/。=695MHz， Q=498Hz， r=4.9^， p=70 度。同理，根据步骤l，得A =149.972， D2 = 2.7205， D3 = 160.0484 。 根据步骤2，得=2.7205 = I>2， Z)" =149.972 = A 。 根据步骤3，得-先判断A^〈C, =100，不是新目标信息；再判断D^X^-2，判断为模糊。 根据步骤4:先判Anin—化咖=147.2515>及=50该信号属于目标2的新测量信息，提交电磁辐射目标信息更新处理，本信号 聚集结束。用同样的方法，更新目标2的参数为■^=697.5MHz， Q=495Hz, r=4.95^， 伊=70度，^ = 1.267度/秒， f = 18秒。3信号3在？ = 19秒时，收到信号3，参数为/。=1305MHz， Q=450Hz， r=3>^， p=30 度。根据步骤l，得A =292.51835， ￡>2 = 205.5867 ， D3 = 675.30512 。根据步骤2，得D曲=205.5867 = D2 ， Dcmin = 292.51835 = A 。根据步骤3，得￡>^><:2=100，该信号不属于已知目标中的任何一个目标， 是新目标信息，提交电磁辐射新目标起始处理，本信号聚集结束。通信等电磁辐射目标信号的聚集方法相同，只是依照通信信号特点，采用载 频、信号调制方式等参数，进行比对，状态参数的比对方法不变。在此不再举例 示范。需要说明，当信号调制方式不一致时，将该比对相似度强制设置一个远大 于上门限的值。总的来说，本发明的电磁辐射目标信号聚集方法，针对离散的目标电磁辐射 信号与时空信息，按照参数比对的方法，用上下门限及分辨门限R判定电磁信号 和电磁目标的关系，实现离散电磁辐射信号与目标的自动聚集，解决陆地、海上、 空中运动电磁辐射目标的自动跟踪瓶颈技术。本发明可用于船载雷达、通信的电磁辐射跟踪，车载雷达、通信的电磁辐射 跟踪、固定和移动无线通信的电磁辐射跟踪等数据处理系统，应用涉及港口交通 管理、车辆交通管理、抢险搜救、刑侦等领域，应用前景广阔，可创造可观的社 会效益和经济效益。本发明提供了一种电磁辐射目标信号聚集的思路及方法，具体实现该技术方 案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本 技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干 改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明 确的各组成部份均可用现有技术加以实现。
权利要求
1、一种电磁辐射目标信号聚集方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)根据公式<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>D</mi> <mi>j</mi></msub><mo>=</mo><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>Θ</mi><mi>j</mi><mi>e</mi> </msubsup> <mo>,</mo> <msubsup><mi>Θ</mi><mi>j</mi><mi>k</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mi>s</mi> </mrow></munderover><msub> <mi>r</mi> <mi>i</mi></msub><mfrac> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>α</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>m</mi><mi>ji</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <msubsup><mi>σ</mi><mi>i</mi><mn>2</mn> </msubsup></mfrac> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2008102361710002C1.tif" wi="69" he="13" top= "36" left = "59" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>求取信号与目标j的比对相似度；(2)在信号与所有目标的比对相似度中，找出最小的比对相似度Dmin和次小的比对相似度Dcmin；其中，最小的比对相似度Dmin＝min{D1，…，Dm)，对应目标为j1∈{1，…，m}；次小的比对相似度Dcmin＝{Di|Di≤Dl，i≠j1，l≠j1，l≠i}，对应目标为j2∈{1，…，m}；(3)采用下门限，即相同目标门限C1和上门限，即不同目标门限C2，进行信号归属逻辑判断；如果Dmin≥C2，则判定信号不属于m个目标中的任何目标，即该信号属于新出现的目标；如果Dmin≤C1，且Dcmin＞C1，则判定该信号属于目标j1；否则，判断为模糊，并进行步骤(4)；(4)按照分辨门限R进行比对差值判定如果Dcmin-Dmin＞R，则判定信号属于目标j1；如果Dcmin-Dmin≤R，则仍判为模糊；步骤(1)中，其中m为已知目标个数；Θje为信号与目标j的电磁参数比对差的集合；Θjk为描述信号与目标j时空状态参数比对差；当i＝1，2，…，n时，αi为信号的第i个电磁参数，mji为目标j的第i个电磁参数；当i＝n+1，n+2，…，n+s时，αi为信号的第i-n个状态参数，mji为目标j的第i-n个状态参数；σi为第i个参数的测量均方根差；ri为第i个参数的系数，且有<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mi>s</mi> </mrow></munderover><msub> <mi>r</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>.</mo> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2008102361710002C2.tif" wi="18" he="11" top= "194" left = "118" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>
2、 根据权利要求1所述的电磁辐射目标信号聚集方法，其特征在于，步骤(1) 中信号为雷达目标时，比对相似度由信号与雷达目标的电磁参数和状态参数计算； 所述电磁参数为载频差、重频差、脉宽差、扫描周期差中的一个或多个；所述状 态参数为时空对准的方位差、距离差、速度差、航向差中的一个或多个。
3、 根据权利要求1所述的电磁辐射目标信号聚集方法，其特征在于，步骤(1) 中信号为通信目标时，比对相似度由信号与通信目标的电磁参数和状态参数计算； 所述电磁参数为载频差、信息调制方式中的一个或多个；所述状态参数为时空对 准的方位差、距离差、速度差、航向差中的一个或多个。
全文摘要
本发明根据信号与所有目标的比对相似度，找出其中最接近和其次的目标。通过双门限，得到信号不属于任何目标、信号属于某个目标、模糊等判定结论。对于模糊判定结果，进一步计算最接近目标和次接近目标的比对相似度之差，根据选定的差值门限进行判定。在双门限判定的基础上，通过附加的判定条件，进一步减小不确定性，提高目标分辨能力。本发明的显著优点为(1)能够对快速运动目标的电磁信号进行自动聚集处理。(2)实现方法工程化。
文档编号G01S7/02GK101408617SQ20081023617
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月25日 优先权日2008年11月25日
发明者于永生, 张桂林, 王晓璇, 阳 许 申请人:中国电子科技集团公司第二十八研究所