CN111766565B - 一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法，属于雷达数字信号处理技术领域；步骤一、建立实验环境；步骤二、设定4种全极化雷达信号扫描方式，H极化和V极化接收通道均接收到连续M个回波信号；步骤三、选定其中1个目标；获得H极化和V极化接收通道的振幅模值；步骤四、计算H极化、V极化接收通道下的垂直极化比；步骤五、计算极化比向量；步骤六、计算该目标的极化比向量均值；步骤七、重复步骤三至步骤六，计算另一个目标的极化比向量均值；步骤八、判断出2个目标中的真目标；本发明在保证良好的箔条干扰鉴别性能的同时使得实现难易度较低，且对垂直分布、水平分布等典型空间分布类型的箔条都具备一定的算法适应性。

Description

一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法

技术领域

本发明属于雷达数字信号处理技术领域，涉及一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法。

背景技术

箔条假目标干扰是一种典型的无源干扰方式，主要用于干扰进入搜索和跟踪阶段的反舰导弹末制导主动雷达，由于它的反射截面积大，干扰频段广，施放速度快，制作成本较低，现已被各个国家广泛地装备于飞机以及军舰中，且多次在实战中投入使用。因此如何提升抗箔条干扰能力是反舰雷达导引头面临的重要技术问题之一。

采用多种制导体制复合使用，提升雷达导引头自身高分辨能力等方法可以一定程度提升雷达导引头反箔条假目标干扰的能力。此外，利用目标和干扰的信号特征对二者进行识别是更为重要的方法之一，例如利用目标与箔条干扰的雷达回波时域波形变化、频谱特性差异、空间分布异同引起的各种雷达回波差异、极化特性差异等进行识别。其中极化域信息作为信号除时、频、空域之外的第四域信息，可以反映雷达目标的电磁散射的大量特性，提取和利用这些极化特性对于箔条假目标与真实目标的识别有着重要意义。已有许多学者在此方面做过研究。

李尚生等人在其发表的论文《基于极化特征的抗箔条干扰方法研究》(雷达科学与技术，2016，14(5)：478-482.)中首先建立了救生船、飞机等真实目标模型和球体空间均匀分布箔条云模型，然后导入FEKO电磁计算软件进行单频信号回波仿真，提出用极化比特征差异进行真假目标识别的思路。该研究结果的不足在于：仅分析了垂直极化发射，水平、垂直极化接收的双极化体制雷达的情况，而考虑到当前更为先进的全极化体制雷达已经进行了批量装备，该研究缺乏一定的时效性；提出了极化比作为极化鉴别量的思路，但没有给出具体的算法流程和实现步骤。

在“一种基于极化散射变换的冲淡式箔条干扰识别方法”(申请号：201711373114.0申请日：2017.12.19公开号：108169737A)中，国防科技大学相关研究人员提出冲淡式箔条干扰可以用极化散射变换的思路进行识别。首先对真实目标和箔条假目标的极化散射矩阵各个元素进行估计，接着定义了极化散射参数并分别进行计算，然后计算HH通道和HV通道的极化散射矩阵元素相关性，最后采用SVM分类器实现箔条干扰鉴别。该算法具有一定的抗干扰效果，但缺点在于计算极化散射参数和HH通道和HV通道的极化散射矩阵元素相关性的复杂度过高，对处理机性能有较高的要求，影响工程实现中处理的高效性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法，在保证良好的箔条干扰鉴别性能的同时使得实现难易度较低，且对垂直分布、水平分布等典型空间分布类型的箔条都具备一定的算法适应性。

本发明解决技术的方案是：

一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法，包括如下步骤：

步骤一、建立实验环境，包括1个真目标、1个箔条假目标和全极化雷达；通过全极化雷达对真目标和箔条假目标进行信号扫描；

步骤二、全极化雷达的发射通道包括H极化发射通道和V极化发射通道；全极化雷达的接收通道包括H极化接收通道和V极化接收通道；组合形成4种全极化雷达信号扫描方式，分别为采用H极化发射H极化接收方式，即HH方式、H极化发射V极化接收方式，即HV方式、V极化发射H极化接收方式，即VH方式、V极化发射V极化接收方式，即VV方式；设定H极化接收通道和V极化接收通道均接收到连续M个回波信号；每个回波信号均包括1个真目标信号和1个箔条假目标信号；

步骤三、选定其中1个目标；获得H极化接收通道M个回波信号该目标所在距离单元处的的振幅模值；获得V极化接收通道M个回波信号该目标所在距离单元处的振幅模值；

步骤四、计算H极化接收通道下M个回波信号中该目标的水平极化比γ_水平1,γ_水平2,……，γ_水平M；计算V极化接收通道下M个回波信号中该目标的垂直极化比γ_垂直1,γ_垂直2,……，γ_垂直M；

步骤五、计算该目标的极化比向量X；

步骤六、计算该目标的极化比向量均值

步骤七、重复步骤三至步骤六，计算另一个目标的极化比向量均值

步骤八、将

与

进行比较，根据比较结果判断出2个目标中的真目标。

在上述的一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法，所述步骤一中，所述箔条假目标由8000根箔条组成；全极化雷达发射信号的频率为1GHz。

在上述的一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法，所述步骤三中，H极化接收通道M个回波信号该目标所在距离单元处的振幅模值的获得方法为：

当全极化雷达采用HH方式时，振幅模值分别为S_HH1,S_HH2,...,S_HHM；

当全极化雷达采用VH方式时，振幅模值分别为S_VH1,S_VH2,...,S_VHM。

在上述的一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法，所述步骤三中，V极化接收通道M个回波信号该目标所在距离单元处的振幅模值的获得方法为：

当全极化雷达采用HV方式时，振幅模值分别为S_HV1,S_HV2,...,S_HVM；

当全极化雷达采用VV方式时，振幅模值分别为S_VV1,S_VV2,...,S_VVM。

在上述的一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法，所述步骤四中，H极化接收通道下M个回波信号的水平极化比γ_水平1,γ_水平2,……，γ_水平M的计算方法为：

式中，i为回波信号的序号。

在上述的一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法，所述步骤四中，V极化接收通道下M个回波信号的垂直极化比γ_垂直1,γ_垂直2,……，γ_垂直M的计算方法为：

式中，i为回波信号的序号。

在上述的一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法，所述步骤五中，该目标的极化比向量X的计算方法为：

X＝(min(γ_水平1,γ_垂直1),min(γ_水平2,γ_垂直2),...,min(γ_水平M,γ_垂直M))＝(x₁,x₂,……,x_m)

式中，min(γ_水平i,γ_垂直i)为取γ_水平i和γ_垂直i中的较小值。

在上述的一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法，所述步骤六中，该目标的极化比向量均值

的计算方法为：

在上述的一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法，所述步骤八中，真目标的判断方法为：

将

与

进行比较，较大值的目标判断为真目标；较小值的目标为箔条假目标。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明以全极化体制雷达为基础，充分利用HH、HV、VH、VV四个极化通道目标回波的极化特征信息，相比较于传统“V极化发射，H、V极化接收”的双极化体制下的识别算法而言，对垂直分布、水平分布等典型空间分布类型的箔条都具备良好的鉴别性能，算法适应性强；

(2)本发明的鉴别量基于各极化通道回波信号振幅进行计算，且计算公式相对简便，不仅提高了算法效率，而且更易于工程实现；

(3)本发明在每一个极化通道中都连续采集了M次回波数据，这样可以减少由单次回波的不稳定因素带来的影响，具有更好的可靠性。

附图说明

图1为本发明箔条假目标干扰鉴别流程图；

图2为本发明实验结果示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提出一种基于极化比向量均值的箔条质心干扰鉴别方法，给出明确的算法流程和实现步骤，在保证良好的箔条干扰鉴别性能的同时使得实现难易度较低，且对垂直分布、水平分布等典型空间分布类型的箔条都具备一定的算法适应性。总体而言，首先分别多次记录雷达HH、HV、VH、VV四个极化通道的回波幅度，计算水平极化比和垂直极化比并取二者最小值，生成极化比向量，计算极化比向量均值，最后对真假目标进行判别。

箔条假目标干扰鉴别方法的具体流程如图1所示，包括如下步骤：

步骤一、建立实验环境，包括1个真目标、1个箔条假目标和全极化雷达；通过全极化雷达对真目标和箔条假目标进行信号扫描；本发明以细长偶极子对单根箔条进行建模，并假设在极化坐标系下其方位角

服从[0,2π]的均匀分布，单根箔条偶极子空间中取向与z轴的夹角θ服从“双峰正态分布”，且二者相互独立。θ的概率密度表达式如下。

其中，θ_c为双峰正态分布的峰值所在中心，D为标准差，它表明θ相对于中心θ_c的离散度。

试验条件设置，设雷达发射频率1GHz的单频信号，设箔条云由8000根箔条构成，每根箔条的空间俯仰角按照“双峰正态分布”随机产生，空间方位角按照“[0,2π]内均匀分布”随机产生，以水平分布、垂直分布、均匀分布这三种典型空间分布箔条为对象，其各自的参数设置如表1所示。

表1实验参数表

分布类型	分布中心θ<sub>c</sub>/°	均方差D/°	每次实验脉冲数M	试验次数
					水平分布箔条	90	u(20,30)	30	100
垂直分布箔条	0	u(20,30)	30	100
					均匀分布箔条	/	∞	30	100

步骤二、全极化雷达的发射通道包括H极化发射通道和V极化发射通道；全极化雷达的接收通道包括H极化接收通道和V极化接收通道；组合形成4种全极化雷达信号扫描方式，分别为采用H极化发射H极化接收方式，即HH方式、H极化发射V极化接收方式，即HV方式、V极化发射H极化接收方式，即VH方式、V极化发射V极化接收方式，即VV方式；设定H极化接收通道和V极化接收通道均接收到连续M个回波信号；每个回波信号均包括1个真目标信号和1个箔条假目标信号；

步骤三、选定其中1个目标；获得H极化接收通道M个回波信号该目标所在距离单元处的的振幅模值；H极化接收通道M个回波信号该目标所在距离单元处的振幅模值的获得方法为：

当全极化雷达采用HH方式时，振幅模值分别为S_HH1,S_HH2,...,S_HHM；

当全极化雷达采用VH方式时，振幅模值分别为S_VH1,S_VH2,...,S_VHM。

获得V极化接收通道M个回波信号该目标所在距离单元处的振幅模值；V极化接收通道M个回波信号该目标所在距离单元处的振幅模值的获得方法为：

当全极化雷达采用HV方式时，振幅模值分别为S_HV1,S_HV2,...,S_HVM；

当全极化雷达采用VV方式时，振幅模值分别为S_VV1,S_VV2,...,S_VVM。

步骤四、计算H极化接收通道下M个回波信号中该目标的水平极化比γ_水平1,γ_水平2,……，γ_水平M；H极化接收通道下M个回波信号的水平极化比γ_水平1,γ_水平2,……，γ_水平M的计算方法为：

式中，i为回波信号的序号。

计算V极化接收通道下M个回波信号中该目标的垂直极化比γ_垂直1,γ_垂直2,……，γ_垂直M；V极化接收通道下M个回波信号的垂直极化比γ_垂直1,γ_垂直2,……，γ_垂直M的计算方法为：

式中，i为回波信号的序号。

步骤五、计算该目标的极化比向量X；该目标的极化比向量X的计算方法为：

X＝(min(γ_水平1,γ_垂直1),min(γ_水平2,γ_垂直2),...,min(γ_水平M,γ_垂直M))＝(x₁,x₂,……,x_m)

式中，min(γ_水平i,γ_垂直i)为取γ_水平i和γ_垂直i中的较小值。

步骤六、计算该目标的极化比向量均值

该目标的极化比向量均值

的计算方法为：

步骤七、重复步骤三至步骤六，计算另一个目标的极化比向量均值

步骤八、将

与

进行比较，根据比较结果判断出2个目标中的真目标。具体为将

与

进行比较，较大值的目标判断为真目标；较小值的目标为箔条假目标。

采用本发明的基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法，利用真实目标与箔条反射回波极化特征的不同，提取相应的极化鉴别量。图2所示为以三种典型分布箔条类型为对象，分别进行100次实验得到的极化比向量均值结果图。其中横坐标代表实验次数，纵坐标代表极化比向量均值。不同次实验之间，水平分布箔条的极化比向量均值在6～11dB范围波动，垂直分布箔条在4～10dB范围内波动，均匀分布箔条在各次实验中几乎没有波动，维持在11dB左右。现有的一些测量结果表明，虽然观测信号频率的变化会导致真实舰船目标极化比的变化，但往往均大于12dB。因此证明本发明的算法对水平、垂直、均匀分布这三种类型的箔条都能以较好的性能加以识别。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、建立实验环境，包括1个真目标、1个箔条假目标和全极化雷达；通过全极化雷达对真目标和箔条假目标进行信号扫描；

步骤二、全极化雷达的发射通道包括H极化发射通道和V极化发射通道；全极化雷达的接收通道包括H极化接收通道和V极化接收通道；组合形成4种全极化雷达信号扫描方式，分别为采用H极化发射H极化接收方式，即HH方式、H极化发射V极化接收方式，即HV方式、V极化发射H极化接收方式，即VH方式、V极化发射V极化接收方式，即VV方式；设定H极化接收通道和V极化接收通道均接收到连续M个回波信号；每个回波信号均包括1个真目标信号和1个箔条假目标信号；

步骤三、选定其中1个目标；获得H极化接收通道M个回波信号该目标所在距离单元处的的振幅模值；获得V极化接收通道M个回波信号该目标所在距离单元处的振幅模值；H极化接收通道M个回波信号该目标所在距离单元处的振幅模值的获得方法为：

当全极化雷达采用HH方式时，振幅模值分别为S_HH1,S_HH2,...,S_HHM；

当全极化雷达采用VH方式时，振幅模值分别为S_VH1,S_VH2,...,S_VHM；

V极化接收通道M个回波信号该目标所在距离单元处的振幅模值的获得方法为：

当全极化雷达采用HV方式时，振幅模值分别为S_HV1,S_HV2,...,S_HVM；

当全极化雷达采用VV方式时，振幅模值分别为S_VV1,S_VV2,...,S_VVM；

步骤四、计算H极化接收通道下M个回波信号中该目标的水平极化比γ_水平1,γ_水平2,……，γ_水平M；计算V极化接收通道下M个回波信号中该目标的垂直极化比γ_垂直1,γ_垂直2,……，γ_垂直M；H极化接收通道下M个回波信号的水平极化比γ_水平1,γ_水平2,……，γ_水平M的计算方法为：

式中，i为回波信号的序号；

V极化接收通道下M个回波信号的垂直极化比γ_垂直1,γ_垂直2,……，γ_垂直M的计算方法为：

式中，i为回波信号的序号；

步骤五、计算该目标的极化比向量X；

步骤六、计算该目标的极化比向量均值

步骤七、重复步骤三至步骤六，计算另一个目标的极化比向量均值

步骤八、将

与

进行比较，根据比较结果判断出2个目标中的真目标。

2.根据权利要求1所述的一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法，其特征在于：所述步骤一中，所述箔条假目标由8000根箔条组成；全极化雷达发射信号的频率为1GHz。

3.根据权利要求2所述的一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法，其特征在于：所述步骤五中，该目标的极化比向量X的计算方法为：

X＝(min(γ_水平1,γ_垂直1),min(γ_水平2,γ_垂直2),...,min(γ_水平M,γ_垂直M))＝(x₁,x₂,……,x_m)

式中，min(γ_水平i,γ_垂直i)为取γ_水平i和γ_垂直i中的较小值。

4.根据权利要求3所述的一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法，其特征在于：所述步骤六中，该目标的极化比向量均值

的计算方法为：

5.根据权利要求4所述的一种基于极化比向量均值的箔条假目标干扰鉴别方法，其特征在于：所述步骤八中，真目标的判断方法为：

将

与

进行比较，较大值的目标判断为真目标；较小值的目标为箔条假目标。

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