一种基于单频网外辐射源雷达的飞机目标识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于外福射源雷达目标探测技术领域，设及一种飞机目标识别方法，尤其 设及一种基于单频网数字广播电视信号的外福射源雷达飞机目标识别方法。
【背景技术】
[0002] 外福射源雷达是一种利用第=方发射的电磁信号来实现目标探测和跟踪的新体 制雷达，因其具有隐蔽性好、抗干扰能力强、研制和维护成本低等诸多优势，近年来受到国 内外学者广泛重视。随着数字广播电视在全球的日益普及并逐步取代模拟信号，基于数字 广播电视信号的外福射源雷达逐步成为研究热点。在万显荣的论文（基于低频段数字广播 电视信号的外福射源雷达发展现状与趋势，雷达学报，2012,Vol. 1，No. 2,PP.1-15)中对外 福射源雷达的发展现状与趋势进行了详细的阐述。但是到目前为止，外福射源雷达主要用 于对目标的探测和跟踪，还不具有对目标的分类和识别能力。
[0003] 近年来，雷达目标的微多普勒效应成为了目标特征提取与识别领域的研究热点。 微多普勒效应指的是目标自身的微动或目标结构部件的微动对雷达回波信号产生频率调 制的现象。由于微多普勒特征是目标运动特征独一无二的表现形式，利用现代信号处理技 术对该种精细的运动特征进行提取，可为雷达非合作目标探测与识别提供新途径。
[0004] 基于广播电视台的外福射源雷达由于其体制上的特点，在研究和利用微多普勒效 应方面具有得天独厚的优势和吸引力；（1)该体制雷达相干积累时间可W很长，可获得较 高精度的多普勒频移，进而提高了在低信噪比情况下的目标探巧U、识别能力；（2)采用连续 波作为照射源，可避免频率混迭；（3)微多普勒特征的开发利用不必要求距离高分辨，任何 连续波雷达都好到足W产生目标的微多普勒特征。
[0005]目前较为成熟的外福射源雷达主要采用单发单收的双基地几何架构。由微多普勒 效应产生的机理可知，在双基地条件下，由于视角限制，仅能提取到目标微动部件在某一视 线方向上的结构和运动特征，由于运动目标姿态变化的复杂性，在不同的雷达视角下，其微 多普勒特征将呈现显著的差异，从而限制了目标识别的准确度。
[0006] 一种解决问题的方法是可考虑分布式探测体制。作为该型雷达的一种重要信号 源，新一代数字广播电视多采用单频网技术，其内在决定了基于此的外福射源雷达必然是 分布式和网络化的。万显荣、易建新在论文（单频网分布式外福射源雷达技术，雷达学报） 中详细阐述了该型雷达的主要特性及所面临的核屯、问题，并就部分关键技术讨论了若干可 供尝试的解决方案。就目标微多普勒效应的探测和利用而言，单频网体制提供了诸多优势： (1)由于各个发射站照射目标的角度不同，从而为目标微多普勒特征的提取提供了更多的 可能性（例如喷气式飞机祸轮叶片位于发动机内部，不易被观察，而螺旋奖飞机叶片容易 受到机身遮挡，因此只能在某些特定的角度上提取到微多普勒特征）；（2)单频网中每个双 基系统提供了不同的目标视角，多基系统将提供同时的多视角的微多普勒特征，若能合理 利用不同视角下提取到的微多普勒特征，则可实现特征融合，从而有望提高识别性能。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是在实现传统外福射源雷达的目标检测、跟踪功能W外，充分利用 单频网所提供的诸多优势，提出一种基于单频网外福射源雷达的飞机目标识别方法。
[000引本发明所采用的技术方案是；一种基于单频网外福射源雷达的飞机目标识别方 法，其所依托的单频网外福射源雷达系统包括N个发射站、一个或M个接收站，多个发射站 与一个接收站组成多发一收探测系统，多个发射站与多个接收站组成多发多收探测系统； 其中，N> 1，M> 1 ;其特征在于，包括W下步骤：
[0009] 步骤1;建立直升机、螺旋奖飞机和喷气式飞机的目标微动模型数据库；
[0010] 步骤2 ;计算单频网外福射源雷达系统中接收系统的直达波提纯后的参考通道和 多径杂波抑制后的监测通道互相关模糊函数获取距离多普勒谱，据此实现对目标的检测；
[0011] 步骤3 ;从距离多普勒谱上不同距离单元位置提取各个发射站所对应的微多普勒 特征；
[0012] 步骤4 ;对所有发射站所提供的微多普勒特征进行决策级融合识别。
[0013] 作为优选，步骤3的具体实现包括W下子步骤：
[0014] 步骤3. 1 ;对单频网中第i个发射站所对应的距离单元谱数据进行滤波，再通过逆 傅里叶变换（IFFT)得到时域信号Di(n)，i= 1，2,…，N;
[00巧]步骤3. 2;计算信号Di(n)的短时傅里叶变换，即T。化t) =STFT化(n)}，i= 1，2,…，N，其中，f= 0,…，kl、t= 1，…，T分别为时频面上频率和时间索引，巧;
[0016]步骤3.3 ;计算双谱，即A/:)= '化(./:，〇.7卢;(.仁〇.'仰;(./; + .片0，i= 1，2,…，N，其中，fi= 0,…，kl，f2= 0,…，kl，*表示复共辆；
[0017] 步骤3. 4 ;对双谱进行归一化，即得到双相干谱为，
【主权项】
1. 一种基于单频网外辐射源雷达的飞机目标识别方法，其所依托的单频网外辐射源雷 达系统包括N个发射站、一个或M个接收站，多个发射站与一个接收站组成多发一收探测系 统，多个发射站与多个接收站组成多发多收探测系统；其中，N > 1，M > 1 ;其特征在于，包 括以下步骤： 步骤1 :建立直升机、螺旋桨飞机和喷气式飞机的目标微动模型数据库； 步骤2 :计算单频网外辐射源雷达系统中接收系统的直达波提纯后的参考通道和多径 杂波抑制后的监测通道互相关模糊函数获取距离多普勒谱，据此实现对目标的检测； 步骤3 :从距离多普勒谱上不同距离单元位置提取各个发射站所对应的微多普勒特 征； 步骤4 :对所有发射站所提供的微多普勒特征进行决策级融合识别。
2. 根据权利要求1所述的基于单频网外辐射源雷达的飞机目标识别方法，其特征在 于，步骤3的具体实现包括以下子步骤： 步骤3. 1 :对单频网中第i个发射站所对应的距离单元谱数据进行滤波，再通过逆傅里 叶变换（IFFT)得到时域信号Di (n)，i = 1，2,…，N ; 步骤3.2 :计算信号0?的短时傅里叶变换，即TFi(f，t) = STFTiD?}，i = 1，2, ·"，Ν，其中，f = 0, 一,L-Ut = 1，…，T分别为时频面上频率和时间索引，邛eC 步骤 3. 3 :计算双谱，即 Bit (f\，f2) = TFi (f\，t) · TFi (f2, t) · TFiYf^f2, t)，i = 1，2,…，N，其中，?\= 0,…，L-l，f 2= 0,…，L-l，*表示复共轭； 步骤3. 4 :对双谱进行归一化，即得到双相干谱为，
步骤3. 5 :消除双相干谱对目标平动速度的敏感性，即对纪进行二维离散傅里叶变换， 从而得到最终用于目标识别的特征为，
其中，F2d表示二维离散傅里叶变换，SOf,.G Mixi。
3. 根据权利要求2所述的基于单频网外辐射源雷达的飞机目标识别方法，其特征在 于，步骤4的具体实现包括以下子步骤： 步骤4. 1 :对提取的识别特征BCHi利用线性判别分析（LDA)进行降维处理，假设目标 分属于C个类别，则变换后得到的新特征向量为岑e R1X(CM)，i = 1，2,…，N ;步骤4. 2 :计算 特征向量Xi与数据库中样本之间的距离度量，假设数据库样本集为Sm= {Xl，X2，…，Xm}，其 中，M为样本总数，Xj(j = 1，…，M)为第j个样本对应的特征向量，则采用欧氏距离的距离 度量为 Clij= I I X j-Xi I I，i = 1，2,…，N，j = 1，…，M ; 步骤4. 3 :提取各个发射站对应的距离度量值Clij中的K个最小值，即D i= {d i; i，di;2,… ，φ，κ}，i = 1，2,…，N ; 步骤4.4:决策级融合判断目标类型，假设已知样本类别标号为ωη，η= 1，2，···，?待 识别目标类别标号为w，考查所有的向量Di, i = 1，2, "·，Ν，选取其中的K个最小值，设其中 有匕个属于ω "类，则ω η类的判别函数就是： gn (w) = kn，η = 1，…，C ; 决策规则是：
【专利摘要】本发明公开了一种基于单频网外辐射源雷达的飞机目标识别方法，利用飞机目标旋转部件（旋翼、螺旋桨、或喷气式引擎）产生的微多普勒调制特征进行目标识别。首先对参考通道和监测通道信号进行二维互相关处理，据此实现对目标的检测；接着从距离多普勒谱上不同距离单元位置提取各个发射站所对应的微多普勒特征；最后利用信息融合技术对多角度特征进行决策级融合识别。本发明组合了单频网中各个发射站同时提供的微多普勒特征，减少了目标微多普勒特征的姿态敏感性，从而提高识别准确度。
【IPC分类】G01S13-53
【公开号】CN104865569
【申请号】CN201510291028
【发明人】万显荣, 夏鹏, 易建新
【申请人】武汉大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月29日