专利名称：基于风场扰动类型的空中目标发现方法
技术领域：
本发明涉及目标探测技术领域，尤其是一种基于风场扰动类型的空中目标发现方法。
背景技术：
空中飞机目标在运动时会对大气风场产生无法隐蔽的扰动信息一尾涡风场扰动，其扰动强度处在几十米每秒左右，持续时间长达几十秒甚至几百秒，纵向扩展距离可至十几公里以外，横向扩散直径达到一百米以上。由于风场扰动尺度远大于目标本体，扰动的可探测性特征也远强于目标自身，故而，相比于直接扫描探测目标本体而言，探测其风场扰动会更加方便有效，能够在较大范围内更快速地发现目标。此外，激光雷达通过对空域内大气风场实施不间断扫描，能够远距离、高精度探测获取风场扰动信息。目前，还没有出现通 过激光探测空域内的风场扰动，以间接实现空域中飞机目标的快速发现的技术。

发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现特定空域内大范围、远距离、高效率的空中飞机目标快速探测的基于风场扰动类型的空中目标发现方法。为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案一种基于风场扰动类型的空中目标发现方法，该方法包括下列顺序的步骤(I)获取风场扰动信息针对需重要防护空域的背景大气风场进行统计建模，并利用激光雷达不间断扫描来完成空域内扰动大气风场的实时探测；(2)鉴别风场扰动类型判断出该风场扰动的类型为飞机尾涡扰动场一类的目标风场扰动，或是自然风场扰动；(3)发现空中目标检测若为目标风场扰动，则可认为空域内发现运动目标，并且是飞机；反之，则判定空域内无飞机目标存在。由上述技术方案可知，本发明通过对飞机尾涡的建模与对激光测风雷达数据的处理，可以获取空域内的风场扰动数据分布，实现对大气风场的扰动检测；通过针对飞机尾涡的特征分析，建立相应的判据算法与准则，实现对大气风场扰动类型的区分，判断出是否属于自然风场扰动还是人工扰动，解决了对大气风场扰动的判别难题；通过风场扰动的涡旋结构特征等探测参数的处理，实现对空中目标的快速检测发现，解决了对特定空域内大范围、远距离、高效率的飞机目标的快速发现问题。


图I为尾涡激光横向探测方式下径向速度与切向速度间的关系示意图；图2为空客A-340的尾涡回波多普勒谱仿真数据；图3为B-2飞机的尾涡回波多普勒谱仿真数据；图4为风场扰动回波数据预处理流程图5为基于多普勒谱特征的风场扰动鉴别算法流程图；图6为径向速度与切向速度间的坐标关系示意图。
具体实施例方式一种基于风场扰动类型的空中目标发现方法，该方法包括下列顺序的步骤(I)获取风场扰动信息针对需重要防护空域的背景大气风场进行统计建模，并利用激光雷达不间断扫描来完成空域内扰动大气风场的实时探测；(2)鉴别风场扰动类型基于多普勒谱特征的风场扰动鉴别算法或判决准则，区分出风场扰动的类型，判断出该风场扰动的类型为飞机尾涡扰动场一类的目标风场扰动，或是自然风场扰动；(3)发现空中目标检测若为目标风场扰动，则可认为空域内发现运动目标，并且是飞机；反之，则判定空域内无飞机目标存在以下对本发明进行进一步的说明。为构建出尾涡回波多普勒谱模型，可先确定尾涡的多普勒速度(径向速度)分布规律。此处，结合飞机尾涡的切向速度分布模型，分析尾涡在激光横向探测方式(RHI扫描方式)下的径向速度分布特性。图I中，目标飞机沿X轴正向飞行，地基激光雷达在YZ平面内对飞机飞行中的左右机翼产生一对尾涡进行扇形扫描。假设左右尾涡涡核中心分别为O1和O2，且与激光雷达的径向距离为Ro1和R(K，扫描仰角为a 01和a 02。若选取右翼尾润上任意一点0作为研究对象，其相对于激光雷达的径向距离为Re，扫描仰角为ay且尾涡在该点处具有垂直于涡核半径方向的切向速度VT(r)，其在激光雷达扫描方向上的投影为该点处的径向速度Ve (r, 0)，其中r表示点0距涡核中心O2的距离，0为尾涡截面上该点的半径方向与Y轴正向间的夹角。通过分析图中各种速度间的角度关系，尾涡截面上0点处的切向速度\00与径向速度Vk (r)间的夹角Y可表示为y = 3 JI /2+ a 0- 0 (I)因而，任意点0处尾涡的径向速度Vk(r)与切向速度Vt (r)间关系为Ve (r, 0) =Vt (r) cos Y= Vt (r) cos (3 /2+ a 0- 9 ) (2)= Vt (r) sin ( a 0- 9 )基于Hallock-Burnham的尾润切向速度模型,可获得尾润横向截面上的径向速度分布
权利要求
1.一种基于风场扰动类型的空中目标发现方法，该方法包括下列顺序的步骤 (1)获取风场扰动信息针对需重要防护空域的背景大气风场进行统计建模，并利用激光雷达不间断扫描来完成空域内扰动大气风场的实时探测； (2)鉴别风场扰动类型判断出该风场扰动的类型为飞机尾涡扰动场一类的目标风场扰动，或是自然风场扰动； (3)发现空中目标检测若为目标风场扰动，则可认为空域内发现运动目标，并且是飞机；反之，则判定空域内无飞机目标存在。
2.根据权利要求I所述的基于风场扰动类型的空中目标发现方法，其特征在于构建出激光横向探测方式下飞机尾涡回波的多普勒谱数学模型，其公式如下
3.根据权利要求I所述的基于风场扰动类型的空中目标发现方法，其特征在于基于多普勒谱特征的风场扰动鉴别算法或判决准则，区分出风场扰动的类型。
4.根据权利要求3所述的基于风场扰动类型的空中目标发现方法，其特征在于基于多普勒谱特征的风场扰动鉴别算法包括以下三个步骤风场扰动回波数据预处理、多普勒谱特征提取以及风场扰动类型鉴别。
5.根据权利要求3所述的基于风场扰动类型的空中目标发现方法，其特征在于基于涡旋结构特征，设定风场扰动判决准则如下
6.根据权利要求3所述的基于风场扰动类型的空中目标发现方法，其特征在于基于速度结构系数，设定风场扰动判决准则如下
7.根据权利要求4所述的基于风场扰动类型的空中目标发现方法，其特征在于风场扰动回波数据预处理包括降噪处理、FFT处理以及归一化处理三个步骤，其中， 降噪处理是指对激光雷达回波信号采用EMD (empirical mode decomposition)方法进行处理； FFT处理是指针对每一组距离单元内的风场回波信号作快速傅里叶变换(FFT)获得其多普勒谱，并将各距离单元的多普勒谱叠加得到整体风场的回波多普勒谱； 归一化处理是指对上述多普勒谱进行幅度归一化处理得到以零频移点为中心的多普勒谱点列波形f = (f0, &， ，fN-i)，其中，多普勒谱点列的前N/2点定义为负频区f_ =(f0, f1；…，f；/^)，点列的后N/2点定义为正频区f+ = (f N/2，fN/2+l, *** ) fN-l) °
8.根据权利要求7所述的基于风场扰动类型的空中目标发现方法，其特征在于基于风场扰动回波数据预处理获得的风场扰动多普勒谱点列波形f = (f0, f1；…，fN-i)，提取出多普勒谱的对称性特征(偶余量R)、波形熵特征(波形熵E)以及幅值数字特征(对数余量L)。
9.根据权利要求8所述的基于风场扰动类型的空中目标发现方法，其特征在于若对称性特征、波形熵特征以及幅值数字特征同时满足判决条件，则说明该多普勒谱是属于飞机尾涡，即探测获取的风场扰动是目标风场扰动；反之，该风场扰动则是自然风场扰动。
全文摘要
本发明涉及一种基于风场扰动类型的空中目标发现方法，该方法包括下列顺序的步骤针对需重要防护空域的背景大气风场进行统计建模，并利用激光雷达不间断扫描来完成空域内扰动大气风场的实时探测；判断出该风场扰动的类型为飞机尾涡扰动场一类的目标风场扰动，或是自然风场扰动；若为目标风场扰动，则可认为空域内发现运动目标，并且是飞机；反之，则判定空域内无飞机目标存在。本发明实现了对大气风场的扰动检测，解决了对大气风场扰动的判别难题，解决了对特定空域内大范围、远距离、高效率的飞机目标的快速发现问题。
文档编号G01S17/88GK102721967SQ20121020844
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者吴永华, 王迪, 胡以华, 蔡晓春, 赵楠翔, 郝士琦, 陈善静, 雷武虎, 顾有林, 骆盛 申请人:中国人民解放军电子工程学院