基于非線性極化變換的目標(biāo)識(shí)別方法研究

章力強(qiáng)， 陳 信， 唐北華

（1．91576部隊(duì)，浙江 寧波315020；2．92919部隊(duì)，浙江 寧波315020）

0 引言

箔條干擾是對(duì)導(dǎo)彈等制導(dǎo)武器最有效、廉價(jià)的干擾方式，空中大量隨機(jī)分布的半波長箔條形成箔條云，能有效干擾、迷惑、欺騙制導(dǎo)武器［1－2］。箔條假目標(biāo)的反射能力極強(qiáng)，根據(jù)跟蹤雷達(dá)對(duì)艦船目標(biāo)的跟蹤原理，利用時(shí)域、頻域信息不能有效識(shí)別箔條假目標(biāo)。極化信息是電磁波除幅度、頻率、相位信息以外的第四特性，艦船目標(biāo)和箔條假目標(biāo)具有不同的極化特性［3］。對(duì)極化信息在跟蹤雷達(dá)抗箔條假目標(biāo)干擾中的應(yīng)用研究還較少，為了更好的利用極化域信息，本文提出了一種非線性極化變換方法，能有效增大艦船目標(biāo)和箔條假目標(biāo)的極化特征差異［4］，達(dá)到比利用時(shí)域、頻域信息更好的目標(biāo)識(shí)別效果。

1 非線性極化變換

設(shè)雷達(dá)為雙通道極化雷達(dá)，在不同脈沖周期交替發(fā)射垂直極化和水平極化波，利用雙極化通道同時(shí)接收垂直極化和水平極化回波信號(hào)［5］，得非線性極化變換公式：

式中：ErNL為通過非線性極化變換后的回波信號(hào)；MNL為非線性極化變換矩陣；Er為雷達(dá)接收信號(hào)：

式中：Erh為水平極化通道接收分量；Erv為垂直極化通道接收分量；Ehh為水平極化發(fā)射，水平極化通道接收分量；Ehv為垂直極化發(fā)射，水平極化通道接收分量；Evh為水平極化發(fā)射，垂直極化通道接收分量；Evv為垂直極化發(fā)射，垂直極化通道接收分量；Eih為目標(biāo)回波信號(hào)的水平極化分量；Eiv為目標(biāo)回波信號(hào)的垂直極化分量［6］，由式（1）、（2）得

設(shè)非線性極化變換后，得

可得

其中：

圖1 非線性極化變換前后回波信號(hào)振幅改變

圖2 控制因子對(duì)回波信號(hào)幅度的影響

圖3 ρ對(duì)回波信號(hào)幅度改變的影響

2 艦船目標(biāo)極化識(shí)別

非線性極化變換后［7］，回波散射矩陣為

設(shè)極化散射矩陣為

則有

定義特征參數(shù)T1、T2為定義T為目標(biāo)識(shí)別參數(shù)，表達(dá)式為

當(dāng)滿足Ti≤TCi時(shí)，T＝1；當(dāng)滿足Ti＞TCi時(shí)，T＝0，其中TC1、TC2是由信噪比等參數(shù)確定的比較門限。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

設(shè)雷達(dá)是分時(shí)雙極化雷達(dá)，雷達(dá)交替發(fā)射水平和垂直極化波，同時(shí)接收包括箔條假目標(biāo)干擾信號(hào)的水平和垂直極化雙通道回波信號(hào)，經(jīng)過兩個(gè)脈沖周期，得到雷達(dá)目標(biāo)的全極化散射矩陣［8］。利用Matlab進(jìn)行仿真分析，當(dāng)雷達(dá)發(fā)射垂直極化波時(shí)，艦船目標(biāo)垂直極化和水平極化接收信號(hào)如圖4所示，箔條假目標(biāo)垂直極化和水平極化接收信號(hào)如圖5所示。比較圖4和圖5，表明發(fā)射垂直極化波時(shí)，艦船目標(biāo)回波信號(hào)和箔條假目標(biāo)回波信號(hào)及其相似，很難有效識(shí)別。

圖4 艦船目標(biāo)回波信號(hào)

箔條假目標(biāo)極化識(shí)別量經(jīng)過非線性極化變換的改變情況如圖6所示，艦船目標(biāo)極化識(shí)別量經(jīng)過非線性極化變換的改變情況如圖7所示。經(jīng)過非線性極化變換后，艦船目標(biāo)的極化識(shí)別量顯著增大，而箔條假目標(biāo)的極化識(shí)別量改變不大，表明經(jīng)過非線性極化變換后，根據(jù)極化識(shí)別量能有效識(shí)別艦船目標(biāo)和箔條假目標(biāo)。

圖5 箔條假目標(biāo)回波信號(hào)

圖6 箔條假目標(biāo)極化特征參數(shù)

圖7 艦船目標(biāo)極化特征參數(shù)

艦船目標(biāo)和箔條假目標(biāo)在不同信噪比情況下的正確識(shí)別概率見表1，從表中可以看出，正確識(shí)別概率與信噪比成反比。當(dāng)目標(biāo)識(shí)別參數(shù)T小于門限值TC1，TC2＝1．2時(shí)，艦船目標(biāo)正確識(shí)別率大于99%，大大高于利用時(shí)域、頻域信息的艦船目標(biāo)識(shí)別概率［9］。

表1 目標(biāo)識(shí)別概率與信噪比的關(guān)系

4 結(jié)論

極化信息是電磁波除幅度、頻率、相位信息以外的第四特征，艦船目標(biāo)和箔條假目標(biāo)具有不同的極化特性［10］，但是這一特性差異不能有效識(shí)別艦船目標(biāo)。利用非線性極化變換能有效增大艦船目標(biāo)和箔條假目標(biāo)的極化特性差異，仿真結(jié)果表明，利用經(jīng)過非線性極化變換的極化信息比利用時(shí)域、頻域信息具有更好的目標(biāo)識(shí)別效果，具有重要的理論和工程應(yīng)用價(jià)值。

［1］ 章力強(qiáng)，陳信，李相平．參數(shù)估計(jì)誤差對(duì)極化濾波性能影響分析［J］．雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2012，10（2）：198－202．

［2］ 章力強(qiáng)，李相平，陳信．箔條假目標(biāo)干擾極化識(shí)別與抑制技術(shù)研究［J］．制導(dǎo)與引信，2012，（1）：35－38．

［3］ 黃紹令．雷達(dá)抗箔條干擾［J］．飛航導(dǎo)彈，1992，（7）：24－28．

［4］ 張遠(yuǎn)新，江言林．反艦導(dǎo)彈抗干擾技術(shù)發(fā)展和運(yùn)用［J］．飛航導(dǎo)彈，2008，（8）：34－36．

［5］ Giuli D，F(xiàn)ossi M ，F(xiàn)acheris L．Radar Target Scattering Matrix Measurement through Orthogonal signals［J］．IEEE Proceedings，1993，140（4）．

［6］ Song Li zhong，Qiao Xiao lin，Meng Xian de．Algorithm of Polarization Estimation and Filtering for Mono－pulse Radar［J］．Systems Engineering and Electronics，2004，（4）：60－64．

［7］ 莊釗文，肖順平，王雪松．雷達(dá)極化信息處理及應(yīng)用［M］．北京：國防工業(yè)出版社，1999．

［8］ Wei Wang，Hanhua Zhang，Dongwei Jiang etc．A Method to Abstract Target Characteristics of a Radar with Low Resolution［J］．The Transaction of National Defence University，2002，24 （2）．

［9］ Sinha A，Kirubarajan T，Bar－Shalom Y．Maximum Likelihood Angle Extractor for Two Closely A－paced targets［J］．IEEE Trans－on AES．2003，38（1）：183－203．

［10］ 孫見彬．天線變極化技術(shù)抗無源質(zhì)心干擾技術(shù)研究［J］．電子對(duì)抗，1992，22（6）：34－37．