专利名称：基于多方位e脉冲技术的雷达目标识别方法
技术领域：
本发明属于雷达目标识别技术领域，特别是一种基于多方位E脉冲技术的雷达目标识别方法。
背景技术：
上世纪90年代起，雷达目标的极点特征就被广泛应用于短脉冲雷达目标识别，极点是目标的复自然谐振频率，仅由目标本身的特性如形状、尺寸、材料等决定，与目标姿态以及雷达极化方式无关，因此利用极点特征进行目标识别可以克服散射中心等特征随目标姿态变化的缺点。最初基于极点特征的目标识别方法是事先提取已知目标的极点并组建数据库，当收到待识别雷达目标的时域回波后，从回波后时提取极点并与数据库中的极点进行比对从而识别目标。由于实际接收到的雷达回波信号后时信噪比较低，实际操作时很难从中准确提取极点，所以这种方法实用性不强。上世纪90年代初，有学者提出了 E脉冲技术，这种技术允许事先在较大的信噪比环境中提取雷达目标的极点，然后这些极点被用来构造E脉冲，把每个目标构造好的E脉冲存储起来，当接收到待识别目标的回波后，利用每个已知目标的E脉冲分别与回波后时卷积，如果卷积结果为0，则待识别目标被识别为对应已知目标。显然，这种方法不需要从实时接收到的回波信号中提取目标极点，降低了对回波信号信噪比的要求。然而，需要指出的是，传统的E脉冲技术通常使用目标单个方位的回波提取目标的极点，然后仅为每个目标构造一个E脉冲，并认为构造的E脉冲与相应目标任意方位的回波卷积都为0，从而达到识别目标的目的。这种认识的理论依据是目标极点与入射波方位无关，但是它忽视了极点对应的留数是与方位相关的，留数代表了对应极点对回波后时的贡献，在一些角度某些极点对应的留数可能很小，代表对应的极点不能被很好地激励，利用极点提取算法如矩阵束法，只能提取到留数比较大的极点，不同方位留数较大的极点不一定相同，这就导致了不同方位提取到的极点不一定相同。在这种情况下，若仅利用某角度提取到的极点构造E脉冲，该E脉冲对其它方位的回波可能没有作用，最终会导致传统的E脉冲技术实际使用时识别率偏低。

发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多方位E脉冲技术的雷达目标识别方法，该方法对每个目标不同角度区域构造多个E脉冲，将整个目标的不同角度回波都覆盖在内，能显著提高E脉冲技术对雷达目标的识别概率和抗噪声能力，可为雷达目标识别方法提供重要的参考资料。实现本发明目的的技术方案为
第一步，设雷达目标库中有M个目标，利用实测或仿真获取每个目标多个方位角的回波数据，建立雷达目标回波数据库，库中的回波数据均作为训练样本；
第二步，利用实测或仿真获取第一步雷达目标库中每个目标任意个方位角的回波数据，作为测试样本；
第三步，利用多方位E脉冲训练算法和第一步中的训练样本，为雷达目标库中每个目标训练多个E脉冲；
第四步，利用第二步中的测试样本测试多方位E脉冲技术的识别效果。即令第二步中的测试样本与每个目标的多个E脉冲卷积，所有卷积结果中的最小值对应的目标即为识别结果。第一步中的回波数据是基于短脉冲雷达体制获取到的回波数据，多个方位角角度选取的规则是对目标的方位角变化范围内每隔5 10度选取一个角度。假设第一步中每个目标的多个回波数据的方位角的角度范围是小匕到，角度间隔是Λ Φ ，第三步多方位E脉冲训练算法的具体步骤如下:
第一步，初始化i=l，j=l，其中i表示目标编号，j表示E脉冲编号,令Iii=O, Iii表示第i个目标已构造的E脉冲个数，对于第2到第M个目标中的每个目标，从其方位角的角度变化范围内均匀选取51个角度，从雷达目标回波数据库中获取对应角度的回波，再利用E脉冲技术根据每个角度的回波构造一个E脉冲，从而为第2到第M个目标中的每个目标构造了多个临时E脉冲；
第二步，标记第i个目标的整个回波角度区域(Φ、η，Ctimax)为无效区域，表明当前没有E脉冲对该区域回波有效；
第三步，将第i个目标的无效角度区域的中心角度记为Φρ利用该角度的回波通过E脉冲技术构造一个E脉冲,并记为E1j ； 第四步，计算第i个目标的无效区域的某回波与所有目标的E脉冲的卷积，如果卷积结果最小的那个E脉冲是第i个目标的E脉冲，则表明第i个目标被正确识别，该回波对应的角度被列入有效区域，表明存在第i个目标的E脉冲对该角度的回波有效；当对第i个目标的无效区域内的所有回波执行完这一步操作时，存储Eij, ni=ni+l ；
第五步，如果第i个目标的所有角度都已被列入有效区域，则记录Hi为第i个目标的E脉冲总数，转到第六步；否则，j=j+l，转到第三步；
第六步，i=i+l ;如果i〈M,则清除第i个目标的所有临时E脉冲,并令j=l,转到第二步；如果i>M，则结束执行。本发明与现有技术相比，其显著优点为:(1)提高了正确识别率。对每个目标不同角度区域构造多个E脉冲，从而使构造的E脉冲能够覆盖到目标各个方位的回波，显著提高识别概率；(2)抵抗噪声能力增强。在回波中加入噪声后，利用基于多方位E脉冲技术的雷达目标识别方法识别能力要比传统方法强。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。


图1是F22、F35、VFY218三种雷达目标的模型图，(a) F22模型(b)F35模型(c)VFY218 模型。图2是本发明提出的多方位E脉冲技术在不同信噪比下的识别率。图3是传统E脉冲技术在不同信噪比下的识别率，(a)利用10度回波构造的E脉冲的识别率(b)利用90度回波构造的E脉冲的识别率(c)利用170度回波构造的E脉冲的识别率。
具体实施例方式本发明为基于多方位E脉冲技术的雷达目标识别方法，首先通过实测或仿真获取每个目标多个方位角的回波数据作为训练数据，再通过实测或仿真获取每个目标任意方位的回波数据作为测试数据，通过多方位E脉冲训练算法为雷达目标库中每个目标训练多个E脉冲，最后对测试数据进行识别。该方法可以提高正确识别率，并且具有较强的抗噪声能力。本发明中基于多方位E脉冲技术的雷达目标识别方法，步骤如下:
第一步，设雷达目标库中有M个目标，直接利用短脉冲雷达获取目标多个方位角的回波，或建立目标的几何模型，利用计算电磁学中的仿真算法获取目标多个方位角的回波，这些回波用来构成雷达目标回波数据库，库中的回波数据均作为训练样本。注意多个方位角角度选取的一般规则是对目标的方位角变化范围内每隔5 10度选取一个角度。例如对于飞机这种轴对称目标，假设沿水平方向绕飞机一周是360度，机头对应O和360度，机尾对应180度，那么我们只需选取(Γ180度这一半计算多个角度的回波，角度间隔一般选取为10度；
第二步，利用实测或仿真获取第一步雷达目标库中每个目标任意个方位角的回波数据，此时方位角可以任意选取，获取到的回波作为测试样本；
第三步，利用多方位E脉冲训练算法和第一步中的训练样本，为雷达目标库中每个目标训练多个E脉冲。假设第一步中每个目标的多个方位角的回波数据的角度范围是Φ、η到Φ ^ax，角度间隔是Λ Φ ，多方位E脉冲训练算法的具体步骤如下:
一、初始化i=l，j=l，其中i表示目标编号，j表示E脉冲编号,令Iii=O,Iii表示第i个目标已构造的E脉冲个数，对于第2到第M个目`标中的每个目标，从其方位角的角度变化范围内均匀选取51个角度，从雷达目标回波数据库中获取对应角度的回波，再利用E脉冲技术根据每个角度的回波构造一个E脉冲，从而为第2到第M个目标中的每个目标构造了多个临时E脉冲。对于飞机目标，可以在(Γ180度范围内选取O度、45度、90度、135度、180度五个角度的回波，对于每个角度的回波利用E脉冲技术构造一个E脉冲，从而得到五个E脉冲；
二、标记第i个目标的整个回波角度区域(Φ1-，Φ^)为无效区域，表明当前没有E脉冲对该区域回波有效；
三、将第i个目标的无效角度区域的中心角度记为Φρ利用该角度的回波通过E脉冲技术构造一个E脉冲,并记为E1j ；
四、计算第i个目标的无效区域的某回波与所有目标的E脉冲的卷积，如果卷积结果最小的那个E脉冲是第i个目标的E脉冲，则表明第i个目标被正确识别，该回波对应的角度被列入有效区域，表明存在第i个目标的E脉冲对该角度的回波有效。当对第i个目标的无效区域内的所有回波执行完这一步操作时，存储Eij, ni=ni+l ；
五、如果第i个目标的所有角度都已被列入有效区域，则记录ni为第i个目标的E脉冲总数，转到步骤六。否则，j=j+l，转到步骤三；
六、i=i+l。如果i〈M，则清除第i个目标的所有临时E脉冲，并令j=l，转到步骤二；如果i>M，则结束执灯。本发明中提到“对某角度的回波利用E脉冲技术构造一个E脉冲”中的E脉冲技术是一种成熟的技术，文献[I]、[2]、[3]中均介绍了其具体实施步骤，在文献[I]的第二节、文献[2]的第三节、文献[3]的第二节至第五节均有详细介绍，文献如下[I]肖顺平，郭桂蓉，庄钊文，“基于波形综合的目标识别法”，电子对抗，1993年第2期。[2]Rothwell，E.;Nyquist, D. ; Kun-Mu Chen; Drachman, B. ; , 〃Radar target discrimination usingthe extinction-pulse technique, 〃 Antennas and Propagation, IEEE Transactionson , vol. 33, no. 9, pp. 929- 937, Sep 1985 [3] Rothwell, E. ; Kun-Mu Chen;Nyquist, D. ; Weimin Sun; , "Frequency domain E-pulse synthesis and targetdiscrimination, 〃 Antennas and Propagation, IEEE Transactions on , vol.35, no.4,pp. 426- 434, Apr 1987 。第四步，利用第二步中的测试样本测试多方位E脉冲技术的识别效果。第三步的操作为雷达目标库中的每个目标都构造了多个E脉冲，测试识别效果的方法是分别计算某测试样本与每个目标多个E脉冲的卷积值，所有卷积结果中的最小值对应的目标即为识别结果，对所有测试样本都进行该过程，统计正确识别的次数，可计算得正确识别率。为了验证本发明方法的有效性，结合不同目标，利用传统的E脉冲技术与本发明提出的多方位E脉冲技术进行了仿真实验比较。首先使用商用软件ANSYS分别对F22、F35、VFY218三种雷达目标进行建模，如图1所示。然后利用矩量法计算目标从3MHz到600MHz的单站散射场，扫频间隔为3MHz，然后对扫频数据加上高斯窗并进行逆傅里叶变换，得到目标在某方位以调制高斯脉冲作为激励的时域回波，通过这种方式计算每种目标的VV极化时域回波，俯仰角均为5°，方位角从0°变化到180°，间隔为5°，0°对应鼻锥方向，显然，每个目标可以得到37个不同角度的回波。在以下的实验中，我们利用奇数个回波作为训练数据，偶数个回波作为测试数据。图2显示了本发明对F22、F35、VFY218三种目标在不同信噪比环境下的识别率和平均识别率。图3显示了传统E脉冲技术对F22、F35、VFY218三种目标在不同信噪比环境下的识别率和平均识别率，图3 (a)是三个目标都利用10度回波构造E脉测试的识别率和平均识别率，图3 (b)是三个目标都利用90度回波构造E脉冲测试的识别率和平均识别率，图3(c)是三个目标都利用170度回波构造E脉测试的识别率和平均识别率。通过观察可以发现，在信噪比为20db时，本发明的平均识别率可以达到95%，而只利用10度或90度或170度回波构造的E脉冲的平均识别率分别为47%、60%、41%，这证明了本发明可以显著提高识别率和抗噪声能力。
权利要求
1.一种基于多方位E脉冲技术的雷达目标识别方法，其特征在于步骤如下: 第一步，设雷达目标库中有M个目标，利用实测或仿真获取每个目标多个方位角的回波数据，建立雷达目标回波数据库，库中的回波数据均作为训练样本； 第二步，利用实测或仿真获取第一步雷达目标库中每个目标任意个方位角的回波数据，作为测试样本； 第三步，利用多方位E脉冲训练算法和第一步中的训练样本，为雷达目标库中每个目标构造多个E脉冲； 第四步，利用第二步中的测试样本测试多方位E脉冲技术的识别效果。
2.根据权利要求1所述的基于多方位E脉冲技术的雷达目标识别方法，其特征在于:第一步中的回波数据是基于短脉冲雷达体制获取到的回波数据，多个方位角角度选取的规则是对目标的方位角变化范围内每隔5 10度选取一个角度。
3.根据权利要求1所述的基于多方位E脉冲技术的雷达目标识别方法，其特征在于:假设第一步中每个目标的多个回波数据的方位角的角度范围是小、 到Φ1.，角度间隔是Δ Cti，第三步多方位E脉冲训练算法的具体步骤如下: 第一步，初始化i=l，j=l，其中i表示目标编号，j表示E脉冲编号,令Iii=O, Iii表示第i个目标已构造的E脉冲个数，对于第2到第M个目标中的每个目标，从其方位角的角度变化范围内均匀选取51个角度，从雷达目标回波数据库中获取对应角度的回波，再利用E脉冲技术根据每个角度的回波构造一个E脉冲，从而为第2到第M个目标中的每个目标构造了多个临时E脉冲； 第二步，标记第i个目标的整个回波角度区域(Φ、η，Ctimax)为无效区域，表明当前没有E脉冲对该区域回波有效； 第三步，将第i个目标的无效角度区域的中心角度记为Φρ利用该角度的回波通过E脉冲技术构造一个E脉冲,并记为E1j ； 第四步，计算第i个目标的无效区域的某回波与所有目标的E脉冲的卷积，如果卷积结果最小的那个E脉冲是第i个目标的E脉冲，则表明第i个目标被正确识别，该回波对应的角度被列入有效区域，表明存在第i个目标的E脉冲对该角度的回波有效；当对第i个目标的无效区域内的所有回波执行完这一步操作时，存储Eij, ni=ni+l ； 第五步，如果第i个目标的所有角度都已被列入有效区域，则记录Hi为第i个目标的E脉冲总数，转到第六步；否则，j=j+l，转到第三步； 第六步，i=i+l ;如果i〈M,则清除第i个目标的所有临时E脉冲,并令j=l,转到第二步；如果i>M，则结束执行。
4.根据权利要求1所述的基于多方位E脉冲技术的雷达目标识别方法，其特征在于:令第二步中的测试样本与每个目标的多个E脉冲卷积，所有卷积结果中的最小值对应的目标即为识别结果。
全文摘要
本发明公开了一种基于多方位E脉冲技术的雷达目标识别方法。设雷达目标库中有M个目标，利用实测或仿真获取每个目标多个方位角的回波数据，建立雷达目标回波数据库，库中的回波数据均作为训练样本；利用实测或仿真获取第一步雷达目标库中每个目标任意个方位角的回波数据，作为测试样本；利用多方位E脉冲训练算法和训练样本，为雷达目标库中每个目标构造多个E脉冲；利用测试样本测试多方位E脉冲技术的识别效果。本发明方案显著提高了E脉冲技术对雷达目标的识别概率和抗噪声能力。
文档编号G01S7/41GK103076600SQ20121057429
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者陈如山, 丁大志, 樊振宏, 张欢欢, 陈磊 申请人:南京理工大学