联合两坐标雷达和三坐标雷达统计量的假目标鉴别方法与流程

本发明属于雷达技术领域，特别涉及一种真假目标的鉴别方法，可用于实现组网雷达对欺骗式干扰的有效对抗。

背景技术：

在如今复杂的电磁环境环境中，为了保证真实目标的隐蔽性，通常采用在真目标的周围施放干扰机，对接收到的雷达探测信号进行干扰调制，改变其参数后转发回雷达的方式，用以扰乱雷达对真目标的检测和跟踪。近年来数字射频存储器DRFM的逐渐发展和成熟为干扰机产生高逼真度的假目标提供了有利条件。但是欺骗式假目标的存在会造成雷达系统资源的大量损耗，使单一雷达对抗欺骗式干扰的成本和复杂度都逐渐增加，需要重新开辟一条对抗欺骗式干扰的道路。

为了更快、更准确地获得目标信息并确保信息来源的稳定性，通常将各类雷达配合使用，形成组网雷达系统。两坐标雷达造价经济、简单实用，仅能获得目标距离信息与方位角信息，三坐标雷达探测精度高、能够同时测量得到目标距离、方位、高度信息，如今已被广泛使用。由于三坐标雷达组网系统构建困难、造价昂贵，因此现有组网雷达系统大部分采用两坐标雷达连接成网的方式，通过对各节点雷达的量测信息进行数据融合以实现对真假目标的鉴别。

上述组网雷达假目标鉴别方法仅利用到了目标的距离和方位角信息，并未有效利用目标的俯仰角信息，造成目标信息利用率的降低，对真目标的鉴别精度以及组网雷达被欺骗的概率造成不利影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述组网雷达系统对抗欺骗式假目标的问题，提出了一种联合两坐标雷达和三坐标雷达统计量的假目标鉴别方法，以提高目标信息的利用率，在保证真实目标鉴别精度的同时，降低组网雷达被欺骗概率。

本发明的技术思想是对现有仅利用单一形式组网雷达鉴别假目标的方法进行改进，联合利用两坐标雷达和三坐标雷达的统计量进行假目标鉴别，其实现方案包括如下：

(1)组网雷达系统中的三坐标雷达对目标进行检测，得到不同时刻各个目标的量测值为其中，分别为第i个目标在第k个时刻相对于三坐标雷达的径向距离、方位角和俯仰角信息，i＝1,2,...,M，M为雷达检测到目标的个数，k＝1,2,...,T，T为三坐标雷达跟踪目标的时间总长度；

(2)组网雷达系统中的两坐标雷达对目标进行检测，得到不同时刻各个目标的量测值为其中，分别为第i个目标在第k个时刻相对于两坐标雷达的径向距离、方位角信息；

(3)根据步骤(1)中得到的三坐标雷达对目标的量测信息，计算目标于不同时刻在直角坐标系中的位置信息M_i(k)＝[x_i(k),y_i(k),z_i(k)]，其中，x_i(k)、y_i(k)、z_i(k)分别为第i个目标于第k个时刻在直角坐标系中x轴、y轴、z轴的位置信息。

(4)利用步骤(3)中得到的每个目标于不同时刻在直角坐标系中的位置信息，联合两坐标雷达的位置信息进行计算，得到目标在不同时刻下相对两坐标雷达的位置信息其中，分别为计算得到的目标距两坐标雷达的距离和方位角；

(5)通过计算步骤(4)中得到的目标在不同时刻下相对两坐标雷达的位置信息估计值U_j(k)的偏导数，计算目标的距离-方位角联合方差

5a)计算第i个目标在第k个时刻下相对于两坐标雷达的距离估计值对三坐标雷达的径向距离方位角和俯仰角信息的偏导数；

5b)计算第i个目标在第k个时刻下相对于两坐标雷达的方位角估计值对三坐标雷达的径向距离方位角和俯仰角信息偏导数；

5c)联合5a)、5b)中计算的偏导数和雷达的量测精度，计算目标的距离-方位角联合方差

(6)对步骤(4)中得到的目标在不同时刻下相对两坐标雷达的距离、方位角信息估计值U_j(k)与步骤(2)中得到的两坐标雷达对目标的量测值做差值，得到距离差值ε_r(k)和方位角差值ε_θ(k)，对距离差值和方位角差值求和得到联合差值ε(k)＝ε_θ(k)+ε_r(k)，并计算ε(k)的方差σ²(k)；

(7)构造基于n次量测值的检验统计量：由于雷达的测距和测角误差服从相互独立的零均值高斯分布，因此ε(k)也近似服从零均值的高斯分布，因此检验统计量Δ服从他方分布；

(8)根据雷达用户给定的判决门限，即期望的真目标检测概率η，将统计检验量Δ与判决门限进行比较：若Δ大于判决门限η，则判定三坐标雷达的量测是假目标产生的；若Δ小于判决门限η，则判定三坐标雷达的量测是真目标产生的，以此完成对真假目标的鉴别。

本发明与现有技术相比的优点：

1、易于实现

本发明由于联合利用了两坐标雷达和三坐标雷达对真假目标进行鉴别，使雷达进行组网的方式更加灵活，在实际应用中更易于实现。

2、提高目标信息利用率

本发明在鉴别真假目标的过程中，由于利用到了目标的俯仰角信息，提高了目标位置信息的利用率

附图说明

图1是本发明的实现流程图；

图2是用本发明进行真假目标鉴别仿真时，真目标在ENU坐标系下的三维轨迹图；

图3是用本发明进行真假目标鉴别仿真时，其真目标的正确鉴别概率和假目标误鉴别概率随目标量测个数变化关系图；

图4是用本发明进行真假目标鉴别仿真时，其真目标正确鉴别概率和假目标误鉴别概率随两坐标雷达测角精度变化关系图。

具体实施方式

参照图1，本发明的具体实现步骤如下：

本发明是基于组网雷达系统所进行的真假目标鉴别工作。组网雷达系统是指将多个雷达通过合理布站连接成网，本发明中用到的组网雷达系统中包括两坐标雷达与三坐标雷达，各节点雷达将量测信息传送到数据融合中心，在数据融合中心统一进行数据处理工作。

步骤1，用三坐标雷达对目标进行量测。

用组网雷达系统中的三坐标雷达对目标进行检测，三坐标雷达能够同时测量得到目标的三维信息，假设得到不同时刻各个目标的量测值为：其中，分别为第i个目标在第k个时刻相对于三坐标雷达的径向距离、方位角和俯仰角信息，i＝1,2,...,M，M为雷达检测到目标的个数，k＝1,2,...,T，T为三坐标雷达跟踪目标的时间总长度。

步骤2，用两坐标雷达对目标进行量测。

用组网雷达系统中的两坐标雷达对目标进行检测，两坐标雷达能够量测得到目标的二维信息，假设得到不同时刻各个目标的量测值为：其中，分别为第i个目标在第k个时刻相对于两坐标雷达的径向距离、方位角信息；

步骤3，计算目标在直角坐标系中的位置信息。

由于各节点雷达的量测时间不同步，为了各节点雷达中的数据能够在数据融合中心进行统一处理，需要根据步骤1中得到的三坐标雷达对目标的量测信息，计算目标于不同时刻在直角坐标系中的位置信息M_i(k)＝[x_i(k),y_i(k),z_i(k)]，

其中，x_i(k)、y_i(k)、z_i(k)分别为第i个目标于第k个时刻在直角坐标系中x轴、y轴、z轴的位置信息，计算公式如下：

式中，分别为步骤(1)得到的目标相对于三坐标雷达的径向距离、方位角和俯仰角信息，x₁、y₁、z₁分别为三坐标雷达在统一坐标系下的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标。

步骤4，计算目标相对于两坐标雷达的位置信息。

利用步骤3中得到的每个目标于不同时刻在直角坐标系中的位置信息，联合两坐标雷达的位置信息进行计算，得到目标在不同时刻下相对两坐标雷达的位置信息

其中，分别为计算得到的目标距两坐标雷达的距离和方位角，计算公式如下：

式中，x₁、y₁、z₁、x₂、y₂、z₂分别为三坐标雷达与两坐标雷达在统一坐标系下的x、y、z轴坐标。

步骤5，计算目标的距离-方位角联合方差。

通过计算步骤4中得到的目标在不同时刻下相对两坐标雷达的位置信息估计值U_j(k)的偏导数，计算目标的距离-方位角联合方差

5a)计算第i个目标在第k个时刻下相对于两坐标雷达的距离估计值对三坐标雷达的径向距离方位角和俯仰角信息的偏导数:

其中，x_i(k)、y_i(k)、z_i(k)分别为第i个目标于第k个时刻在直角坐标系中x轴、y轴、z轴的位置信息；

5b)计算第i个目标在第k个时刻下相对于两坐标雷达的方位角估计值对三坐标雷达的径向距离方位角和俯仰角信息偏导数:

其中，x₂、y₂、z₂分别为两坐标雷达在统一坐标系下的x轴坐标和y轴坐标坐标；

5c)联合5a)和5b)中计算的偏导数和雷达的量测精度，计算目标的距离-方位角联合方差

其中，分别为雷达的测距精度、测方位角精度和测俯仰角精度。

步骤6，计算距离和方位角联合差值及其方差。

6a)计算目标在不同时刻下相对两坐标雷达的距离估计值与两坐标雷达测量得到的目标的距离的差值：

6b)计算目标在不同时刻下相对两坐标雷达的方位角与两坐标雷达测量得到的目标的方位角的差值：

6c)将6a)和6b)中得到的两个差值相加，得到联合差值：

6d)计算6c)中联合差值ε_j(k)的方差σ²(k)：

其中，r¹为三坐标雷达测量得到的目标的距离，θ¹为三坐标雷达测量得到的目标的方位角、为三坐标雷达测量得到的目标的俯仰角；分别为雷达的测距精度、测方位角精度和测俯仰角精度。

步骤7，构造检验统计量。

根据步骤6中计算得到的联合差值ε_j(k)及其方差σ²(k)构造基于n次量测值的检验统计量：

由于雷达的测距和测角误差服从相互独立的零均值高斯分布，因此ε_j(k)也近似服从零均值的高斯分布，所以检验统计量Δ服从他方分布，

步骤8，根据判决门限进行真假目标鉴别。

根据雷达用户给定的判决门限，即期望的真目标检测概率η，将统计检验量Δ与判决门限进行比较：若Δ大于判决门限η，则判定三坐标雷达的量测是假目标产生的；若Δ小于判决门限η，则判定三坐标雷达的量测是真目标产生的，以此完成对真假目标的鉴别。

本发明对抗距离欺骗干扰的能力可通过以下仿真实验进一步验证。

1.实验场景：

以某两坐标-三坐标雷达系统为实验场景，建立ENU直角坐标系。三坐标雷达的坐标为(10089,0,0)，两坐标雷达的坐标为(11770,-12771，0)。目标起始位置为(82206,0,80000)，速度为2km/s，与地面的倾角为38.9°，往正西方向移动、弹道在xoy平面上的投影与x轴的重合，图2显示了真目标在ENU坐标系下的三位轨迹图，图2中圆形表示三坐标雷达的位置，三角形表示两坐标雷达的位置。

假设目标携带自卫式多假目标干扰机，在目标前后各产生1个欺骗距离为2500m的假目标。通过蒙特卡洛实验统计真目标的正确鉴别概率及假目标的误鉴别概率，仿真中设定允许的漏鉴别概率为0.05，蒙特卡洛仿真次数为1000。

两坐标-三坐标雷达系统中节点雷达量测精度如下表1所示，雷达采样间隔均为1s。

表1各节点雷达参数信息表

2.实验内容与结果分析

实验1，改变目标量测个数，变化范围为0个到30个，用本发明所提出的方法进行真假目标的鉴别，得到真目标的正确鉴别概率与假目标误鉴别概率的变化，结果如图3所示。其中图3(a)为真目标的鉴别概率变化曲线，图3(b)为假目标误鉴别概率变化曲线。

由图3(a)可以看出：随着目标量测个数的增加，本发明对真目标的正确鉴别概率基本不变，保持在95％左右；由图3(b)可以看出：随着目标量测个数的增加，该鉴别方法对假目标的误鉴别概率很快减小，说明使用本发明在进行真假目标鉴别时，若想同时得到大的正确鉴别概率和小的误鉴别概率，则需要增加观测样本的数量。

实验2，改变两坐标雷达的测角误差，变化范围为0°到4°，用本发明所提出的方法进行真假目标的鉴别，得到真目标检测概率与假目标误鉴别概率的变化，结果如图4所示。其中图4(a)为真目标的鉴别概率变化曲线，图4(b)为假目标误鉴别概率变化曲线。

由图4(a)可以看出：随着两坐标雷达测角误差的增大，本发明方法对真目标的正确鉴别概率基本不变；由图4(b)可以看出：随着两坐标雷达测角误差的增大，本发明方法对假目标的误判概率明显增大。