一種多普勒頻率變換雷達目標分類識別方法
【專利摘要】本發明涉及一種多普勒頻率變換雷達目標分類識別方法。其主要流程是：首先通過對雷達回波檢測、點跡凝聚處理，找到目標回波的中心點，提取若干能夠用于滿足處理條件的目標數據；然后利用目標徑向速度對滿足處理條件的目標數據進行多普勒頻率補償；通過對補償后的數據進行自相關處理、頻率變換處理和增強處理，估計目標數據的各頻率分量；最后對增強后的結果進行閾值分割和分類處理，最終判斷目標是直升機目標還是海面目標。本發明所提供的方法具有可工程實現、識別效果好，并具有一定抗海雜波的特點，并且直升機正確率達到85％以上。
【專利說明】一種多普勒頻率變換雷達目標分類識別方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于雷達目標信號分類識別技術，特別是一種用于觀通站對海警戒雷達系統中，實現從眾多慢速目標中對提取直升機目標的分類識別方法。
【背景技術】
[0002]由于直升機的飛行速度可以從O米/秒到幾十米/秒，因此基于目標的運動特征很難將直升機和海面艦船目標區分開來，特別是空中懸停的直升機。而如果能將直升機從大量的慢速目標中區分開來，對于部隊態勢判斷和戰術指揮都有重要的意義。
[0003]目前很多研究直升機的檢測技術都是利用直升機葉片的微多普勒特征，如在加拿大 Defence R&D Canada 公司在研究報告《Micro-Doppler radar signatures forintelligent target recognit1n))中，對直升機葉片的頻域特征進行分析,并且提出了相應的葉片頻譜提取方法，但該方法要求雷達能夠長時間凝視目標，并且具有很高的重頻。在45卷 4期的《IEEE TRANSACT1NS ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS》中《HelicopterClassificat1n with a High Resolut1n LFMCff Radar》提出利用連續波雷達實現對直升機進行識別的技術，其需要具有連續線性調頻的雷達。在30卷6期的《電子學報》中《懸停直升機的雷達探測技術》中利用CFAR方法進行檢測，其需要14KHz以上的重頻，駐留時間至少達到50ms，但一般的警戒雷達，其重頻均無法滿足要求。在2001年4月的《現代雷達》中《懸停直升機目標旋翼回波信號的多通道檢測方法》提出利用多普勒通道聯合檢測方法。
[0004]現有雷達對直升機識別方法適用于對目標能夠長駐留和高重復頻率的跟蹤或連續被雷達。而對海警戒雷達系統跟蹤雷達或連續波雷達所不同的是:1，雷達采用相參脈沖體制，為避免距離模糊，其重復頻率很低(一般在IKHz左右)，與連續波雷達或高重復頻率雷達相比，該雷達所能探測的多普勒頻率范圍要窄很多，導致其多普勒探測能力低；2，該雷達米用360°全方位掃描方式檢測目標,對某一目標的凝視時間短(一般在30ms左右)，與跟蹤雷達凝視目標相比，該雷達頻率分辨力差。這些特點使得一般現有的識別直升機的技術無法適用于該警戒雷達系統。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種解決常規相參體制的對海警戒雷達系統的直升機識別方法，有效地提高了警戒系統的對直升機目標的識別能力。通過本發明，能夠在對海警戒雷達系統中實現在視距內對各種飛行狀態下的直升機和海面船只進行有效分類識別，識別正確率達到85%以上。
[0006]實現本發明的技術解決方案為:
首先通過檢測、凝聚方法，精確找到目標回波的中心點，提取若干能夠用于滿足處理條件的目標數據；計算目標的徑向速度，利用目標徑向速度對滿足處理條件的目標數據進行多普勒頻率補償；通過對補償后的數據進行自相關處理、頻率變換處理和增強處理，估計目標數據的各頻率分量；最后利用雜波譜估計結果和噪聲統計結果對增強后的結果進行閾值分割，并對分割結果進行直升機分類處理，最終判斷目標是直升機目標還是海面目標。
[0007]本發明與現有技術相比，其顯著優點為:
通過本發明的頻率變換處理和增強處理，能準確、有效地提取出目標回波中存在的微多普勒特征信息，該方法比現有的頻率估計能夠更好的提取目標細微頻率分量；采用統計雷達接收機噪聲和雜波特征的方法進行閾值分割，能夠有效的對直升機進行分類識別，并且能夠有效降低雜波和噪聲的干擾影響。該方法具有實時性好、檢測概率高的特點，它的提出及工程實現在雷達目標檢測與識別領域具有很高的推廣應用價值。
[0008]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明的工作流程圖。
[0010]圖2是目標選取區域。
[0011]圖3是根據目標回波幅度精細提取的目標區域。
[0012]圖4是滿足處理條件的目標回波信號I。
[0013]圖5是滿足處理條件的目標回波信號2。
[0014]圖6是對目標回波信號I進行自相關處理結果I。
[0015]圖7是對目標回波信號2進行自相關處理結果2。
[0016]圖8是對自相關處理結果I進行頻率變換后的頻率變換結果I。
[0017]圖9是對自相關處理結果2進行頻率變換后的頻率變換結果2。
[0018]圖10是基于傅里葉變換得到的頻率變換結果。
[0019]圖11是對頻率變換結果I進行增強處理的增強處理結果I。
[0020]圖12是對頻率變換結果2進行增強處理的增強處理結果2。
[0021]圖13是將增強處理結果I和增強處理結果2累積合并的結果；
圖14是進行直升機類別判斷，滿足條件的點。
【具體實施方式】
[0022]本發明直升機檢測技術及實現方法具體實施步驟參見附圖1。
[0023](I)對根據已經建立的目標航跡信息，得到目標的K方位和 < 距離，利用方位O、和距離4 ,從接收機的回波IQ數據截取目標區域的波門數據0( 二維數組，其大小為MXN，其中M為所取的方位脈沖個數，N為所取的距離單元個數，一般M可取150，N取40)，如附圖2所示。
[0024](2)根據目標航跡的歷史15個航跡點，用最小二乘法進行直線擬合，估計目標的運動航向和航速信息，進而得到目標的徑向速度(目標沿雷達射線方向運動速度)I,并估計目標自身的多普勒頻率/;，其中:
X, = 2tv^, λ為雷達發射波長。
[0025](3)根據粗略估計的目標位置方位和距離?/,,在波門數據Θ中粗略估計目標位置(xe，y。)，以目標位置(xe，y。)為中心，在方位脈沖方向前后各10個單元、距離方向前后各5個距離單元范圍內的數據O1(K)OXll的二維數組)；將O1在X方向進行累積運算，得到累積結果S”(1X11的一維數組)，如附圖3所示。
■?§
StIk)=貧Cife(ΘI(i,A-)) /f = !,...1 I
/.-1
[0026](4)搜索的最大值L以及相應的位置Jn,,判斷Πχν、?的值是否大于0.5 --?,如果大于0.5 Α._,則在上搜索絕對值最大值的位置Λ.,，mm取值范圍為[1，11]。
[0027](5)在數據Θ中，以(χε+χ.-11，γε+γ_-11)為中心，提取待處理的目標數據7::
Z ~ 找Λ- +-11- KL ; λ'(, + xnm -11-^- KL, 1-；- ; J1liw1-11) i = 1...Ni'
所得到的數據7,長度K為(2KL+1)，一般KL取50，即K為101 ;mm為步驟(4)中滿足條件、J:+“說'L的標號，NU為步驟(4)中滿足該條件的個數；在本例中,滿足條件的待處理數據有2個，所提取的待處理數據I[如附圖4所示，待處理數據^如附圖5所示。
[0028](6)分別將?:與D進行多普勒頻率補償處理，得到補償后的信號為^ ;
TaCA.): /；ik:>.exp(— /-2,T-20--k)。
[0029](7)分別對&進行自相關處理，得到自相關結果為.,，如附圖6、附圖7所示；
y -1
Λδ?(?0 = X Tm(n + m)T^{n) 0
[0030](8)對自相關結果進行二維變換，得到自相關二維變換矩陣〃，變換方法為:
H~ Rn\ m = 1..?,,α ~ 1.J-
其中L為自相關結果Rtti的長度。
[0031 ] (9)對分別進行頻率變換，得到變換結果&(/)，其頻率變換方法為:
Σ
其中4為/4.Wk階特征向量，Pi為/4.的秩，&(/>為的傅里葉變換結果，所得到的頻率變換結果如附圖8、附圖9所示，該方法能夠有效提取弱小頻率分量，與基于傅里葉變換的譜變換相比(如附圖10所示)，本方法對主峰兩側的弱小頻率分量能夠較好的保留，而傅里葉變換結果只能得到比較明顯的主峰信號，兩側的弱小頻率分量完全被淹沒在噪聲中而無法提取。
[0032](10)對頻率變換結果/y/)進行增強處理，得到其方法為:
r _reaijP3lIf))_
" min( rea!(PBi(/ -1)), real(Pm (f +1))) +real(Piy (/))
ι?#αι?(Ρ3?(./1)
'Λ 1.--ωι(?ω 發(/y / — I)) + hnag{PB.1f +1?) + imog(PB, (/))
【權利要求】
1.一種基于常規相參體制警戒雷達直升機識別的實現方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、通過檢測、凝聚方法，找到目標回波的中心點，提取若干能夠用于滿足處理條件的目標數據； 步驟二、利用目標徑向速度對滿足處理條件的目標數據進行多普勒頻率補償； 步驟三、通過對補償后的數據進行自相關處理、頻率變換與增強處理方法，估計目標數據的各頻率分量； 步驟四、最后對增強后的結果進行閾值分割和分類處理，最終判斷目標是直升機目標還是海面目標；通過該方法直升機正確率達到85%以上。
2.根據權利要求1步驟三中所述的頻率變換與增強處理方法，具體為: 第一步、通過計算目標的自相關結果，利用自相關結果構建二維變換矩陣； 第二步、利用二維變換矩陣和自相關結果進行頻率變換，并對頻率變換結果進行增強處理； 經過該方法處理，能夠有效提取目標回波中的各種細微頻率分量。
【文檔編號】G01S7/41GK104133211SQ201410321681
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月7日 優先權日:2014年7月7日
【發明者】管志強, 趙鵬飛, 左錦波, 肖龍 申請人:中國船舶重工集團公司第七二四研究所
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