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1、1雷达的目标识别技术摘要：对雷达自动目标识别技术和雷达目标识别过程进行了简要回顾，研究了相控阵雷达系统中多目标跟踪识别的重复检测问题提出了角度相关区算法，分析了实现中的若干问题，通过在相控阵雷达地址系统中进行的地址实验和结果分析表明:采用角度相关区算法对重复检测的回波数据进行处理时将使识别的目标信息更精确从而能更早地形成稳定的航迹达到对目标的准确识别。一引言随着科学技术的发展，雷达目标识别技术越来越引起人们的广泛关注，在国防及未来战争中扮演着重要角色。地面雷达目标识别技术目前主要有-Se方式，分别是一维距离成象技术、极化成象技术和目标振动声音频谱识别技术。1一维距离成象技术一维距离成象技术是将
2、合成孔径雷达中的距离成象技术应用于地面雷达。信号带宽与时间分辨率成反比。例如一尖脉冲信号经过一窄带滤波器后宽度变宽、时间模糊变大。其基本原理如图1所示。2极化成象技术电磁波是由电场和磁场组成的。若电场方向是固定的，例如为2水平方向或垂直方向，则叫做线性极化电磁波。线性极化电磁波的反射与目标的形状密切相关。当目标长尺寸的方向与电场的方向一致时，反射系数增大，反之减小。根据这一特征，向目标发射不同极化方向的线性极化电磁波，分别接收它们反射(散射)的回波。通过计算目标散射矩阵便可以识别目标的形状。该方法对复杂形状的目标识别很困难。3目标振动声音频谱识别技术根据多普勒原理， 目标的振动、旋转翼旋转将引
3、起发射电磁波的频率移动。通过解调反射电磁波的频率调制，复现目标振动频谱。根据目标振动频谱进行目标识别。传统上我国地面雷达主要通过两个方面进行目标识别：回波宽度和波色图。点状目标的回波宽度等于入射波宽度。一定尺寸的目标将展宽回波宽度，其回波宽度变化量正比于目标尺寸。通过目标回波宽度的变化可估计目标的大小。目标往往有不同的强反射点，如飞机的机尾、机头、机翼以及机群内各飞机等，往往会在回波上形成不同形状的子峰，如图2所示。这类波型图叫作波色图。根据波色图内子峰的形状，可获得一些目标信息。熟练的操作员根据回波宽度变化和波色图内子峰形状，进行目标识别。3雷达目标识别器在国外已成功应用。我国自行研制雷达目
4、标识别器很有必要。用飞机的发动机振动声音频谱进行目标识别可用于电子欺骗对抗。下面就研制雷达振动声音频谱目标识别的技术问题进行讨论。二工作原理不同型号的飞机有不同的发动机振动声音频谱，通过飞机的特征频谱用电脑或人工方式判别飞机的类型。飞机的声音是传不远的，需要借助其它手段。用电磁波来照射飞机，飞机的振动和运动对电磁波进行多普勒频率调制。用飞机的反射波与入射波进行混频，获得由飞机运动引起频移后的振动频谱，再与由飞机运动引起的频率差频，获得飞机的声音频谱。经滤波放大后通过喇叭可复现飞机的声音。通过声音识别确定飞机类型。三雷达目标识别的特点、分类及方法雷达目标识别相对于目标的定位、跟踪，具有更大的不确
5、定性，这主要是由于在目标识别中特征既与目标尺寸及雷达参数有关，又与雷达所处的环境特性有关。同对，采用不同的处理方式时，所得到的特征也可能不同。因而，难于提取稳健(鲁棒)的、能区分目标的本原特征。同时，不同雷达提供的用于目标识别的测量数据有很大的差异性，它们关于目标识别的结果具有不同的致信度，并且可能是在不同的层次上的。4目标识别按目标是否与雷达合作，可分为合作式目标识别和非合作式目标识别。合作式目标识别最常见的是采用敌我识别器，通过雷达和敌我识别器的配合，既可获得目标的位置和运动特征，也可获得目标的敌我属性特征。除合作式目标识别以外的其他目标识别都称为非合作式目标识别，我们通常所说的雷达目标识
6、别均指非合作式目标识别。由于雷达目标识别中包含很大的不确定性，因此，为了得到稳健的目标识别，有效的途径之一是使用多雷达一多特征目标融合识别。如果从雷达目标融合识别的角度对目标进行分类，则可根据对输人数据的不同层次的抽象，通常可以将目标融合识别分为数据级(或称为像素级)目标识别融合、特征级目标融合识别和决策级目标融合识别三类，如图3所示。其中，数据级目标融合识别的优点是信息损失少，缺点是对通信和计算量的要求太大，难以实时实现；决策级目标融合识别的优点是对通信容量和计算量的要求比较低，容易实现，但信息损失相对较大；而特征级目标融合识别则介于二者之间，若兼顾性能和复杂性，特征级目标识别融合是一种最佳
7、的选择，也是目前在雷达目标识别中采用最广的方法。5图3 雷达目标融合识别分类为了能在目标识别中更充分地利用雷达提供的信息，近来又把目标融合识别在原来的数据、特征、决策三类的基础上进一步细分为“数据入一数据出(DAIDAO)”、“数据人一特征出(DAIFEO)”、“特征人一特征出 (FEIFEO)”、“特征人一决策出(FEIDEO)”和“决策入一决策出(DEIDE0)”五类，如图4所示。虽然该分类方法有些复杂，但对构建灵活、高性能的雷达目标融合识别系统结构具有指导意义。目前用于目标识别的方法有很多种。这些方法有：模板匹配、加权平均、表决准则、最小错误准则、贝叶斯最小风险准则、专家系6统、神经网络
8、、模糊推理、贝叶斯理论、证据理论、符号推理等，各种方法均有其优缺点，需要根据具体的应用进行认真的选择，有时还需将几种方法穿插渗透，综合利用，以期达到最佳的识别效果。例如，可以把模糊集与神经网络识别技术相结合，也可以把证据理论与神经网络相结合，等等。图4 目标融合识别5类模型四、雷达目标识别的发展历史及现状雷达目标识别的研究始于20世纪50年代末期。当时，美国的DK。BaIton通过分析ANFPS16型跟踪雷达记录的前苏联人造卫星spunlik的回波信号，推断出该人造卫星上带有角反射器，并由此推理出前苏联当时的卫星跟踪网是由第二次世界大战时使用的低威力雷达所组成。推断标志着雷达目标识别的开始。此
9、后，雷达目标识别得到了很大的发展，并已成为当今雷达发展的一个重要方向。7在弹道导弹防御目标识别方面，60年代的弹道导弹预警系统(BMEWS)中的ANFPS一49弹道导弹预警和跟踪雷达就采用了轨道比较法进行目标识别，通过计算机区别真假目标，并测出目标速度、航向和弹道。70年代的“卫兵”系统用相控阵雷达代替机扫雷达实现潜射弹道导弹预警和地球卫星跟踪。80年代的“星球大战计划”(SDI)将收集弹道导弹各部分和再入飞行体的特征数据列为重要项目，设想利用SPQ一11相控阵雷达和新研制雷达来获取目标的微波特性数据，以实时成像识别为重点，建立目标特性的模型和数据库。90年代以来，随着NMD和俄D的提出，雷达
10、目标识别再次成为热门研究课题。美国的多目标特性测量雷达主要朝着相控阵技术与逆合成孔径成像技术相结合、并形成模型和数据库的方向发展，用以解决多目标跟踪和多目标识别两大问题。到目前为止，美国共进行了8次国家导弹防御(NMD)系统试验，其中5次成功，3次失败。总的看来，美国的目标识别处于国际领先，其目标识别技术也由早期的基于单一传感器的目标识别向多传感器融合识别发展，并且一些技术开始进入实用阶段，其中，利用高分辨率雷达的目标识别已进入实用阶段，基于ISAR的雷达目标识别已得到验证，基于GBR的真假弹头目标识别已突破许多关键技术。五用于目标识别的雷达类型1.现有的二坐标雷达8现有的警戒雷达大多数为脉冲
11、非连续波体制，重复周期大于800 la S，即重频f12kHz。根据抽样定理可知，对声频大于f2=600Hz的振动声音调制信号不能再现。而飞机的发动机声音频率远大于600Hz，因此用现有的脉冲体制的雷达无法复现飞机发动机振动声音。2.目标识别雷达(1)连续波雷达过去主要将连续波雷达用于目标识别。为了获得足够的反射波能量，发射功率要求大，而且在发射的同时进行接收，技术难度较大，而大功率发射增加了雷达的成本和难度。目标识别雷达作用距离较小。(2)高重频相参高重频雷达由抽样定理可知，当雷达重频大于2倍的飞机运动引起频移后的飞机振动声音频率时，就能复现频移后的飞机振动声音频谱。再与由飞机运动引起频率差
12、频，获得飞机声音AD量化值。经DA滤波放大后通过喇叭可复现飞机的振动声音。通过适当调整发射重频，使目标回波落在不发射的时间窗内，如图5所示。这样发射机和接收机交替工作，雷达构成简单。9图5 回波示意图这时需要对雷达接收信号进行数字处理，才能复现飞机声音。要设计相应的数字系统。该方案雷达系统简单易于研制。并且可选择不同距离窗的飞机进行识别。雷达作用距离较远。(3)高重频相参脉冲压缩雷达为了提高雷达作用距离，降低雷达的发射峰值功率，可采用相参脉冲压缩体制。该体制由于发射峰值功率小，便于隐没在电磁环境中，不易被发现。由于发射峰值功率小，发射电路技术要求低，成本低。该雷达为脉冲体制，雷达的收和发在时间
13、上交替进行，这样从技术难度和成本控制上皆为成熟技术。这时，数字处理电路较复杂，但现有技术可以设计出相应的数字系统。为了降低雷达的体积，提高灵活性，可采用3厘米频段雷达。3.工作流程雷达网提供目标的距离(最好还有高度)引导目标识别雷达天线指向目标，根据目标距离选择雷达重频，数字处理电路解算出飞机声音，用飞机声音进行飞机型号识别。104.电子欺骗对抗用飞机的振动声音进行目标识别还可用于转发型电子欺骗对抗。在转发型电子欺骗中很难模拟出由飞机运动引起频移的发动机振动细谱，复现的声音也将与真实飞机振动声音不同，从而区分判断出假目标。5.应用雷达目标识别具有重要意义。能进行目标识别的雷达必须符合一定的要求
14、。为了能有效地进行目标识别，可以针对性研制一些低成本专用雷达，也可以在某些雷达设计中(例如测高雷达中)设置目标识别工作模式，在不同的时刻分别完成原有功能和目标识别功能。六发展方向现代雷达大多采用数字压缩技术，回波宽度被量化。其量化精度从目标录取的角度是合适的。但若进行目标识别，用其来观察目标回波宽度的微小变化则精度不够。根据目前的技术发展，应接收中频回波，用数字中频接收及脉压处理直接提取高精度的目标回波，进行目标识别。关于一维距离成象技术。我们应从图象显示技术和数字中频处理技术两方面入手，开发雷达终端的目标识别技术。即提取高距离分辨率的回波信号，开发针对性的显示方法。关于振动频谱识别技术。可以
15、通过中频回波信号及本振信号，采用数字中频处理技术，并结合目标航迹直接提取目标的振动声音频谱，进行目11标识别。七、雷达目标识别中的特征及特征提取特征选择及提取是雷达正确识别目标的基础和关键，这里以弹道导弹防御为例分析雷达目标识别中可利用的特征及特征提取方法。弹道导弹飞行过程的目标特性可以从目标的运动学特性、目标的光学特性和目标的电磁散射特性等多个方面加以描述。弹道导弹的飞行过程是通过主动段、中段和再入段飞行到达地面目标区的。主动段又称助推段，这时导弹在发动机的推动作用下加速升空，其尾部有一较长的火焰区，该火焰区包含了可见光、短波、中波、红外和紫外波段的光辐射能力，可以通过相应的光学探测器对主动
16、段飞行的弹道导弹进行观测，可望从目标的光学特征中区分导弹的类别。中段称为自由飞行段，此时弹头和弹体分离，弹头常常携带诱饵，诱饵可分为重诱饵和轻诱饵两种，由于诱饵在外形、辐射特性和电磁散射特性、运动特性等方面不可能和真实导弹完全相同，因此在该段可以应用多种传感器对飞行的弹头、诱饵和碎片进行探测，从而区分真假目标，并估计出真目标的运动参数以及目标的光辐射特性和电磁散射特征。再入段是指弹头返回大气层至弹头到达目标区阶段，在该阶段，大气对轻诱饵有过滤作用，而弹头和重诱饵在大气层中高速飞行，它们与周围气体间产生非常复杂的物理、化学和电离反应，其表面与大气的相互作用产生烧蚀现象，使得它们有极高的驻点温度。同时，弹头或重诱饵产生的烧蚀产物以及高温条件12下被电离的空气会形成很长的等离子尾迹(其尾迹长度可达再人体底部直径的数百倍)。此时，雷达观测到的后向电磁散射是再人体及其尾迹后向电磁散射的叠加，从雷达回波中可以得到再入体及其尾迹的电磁散射特性。
