本發(fā)明屬于雷達技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種真假目標的鑒別方法,可用于實現(xiàn)組網(wǎng)雷達對欺騙式干擾的有效對抗。
背景技術(shù):
在如今復(fù)雜的電磁環(huán)境環(huán)境中,為了保證真實目標的隱蔽性,通常采用在真目標的周圍施放干擾機,對接收到的雷達探測信號進行干擾調(diào)制,改變其參數(shù)后轉(zhuǎn)發(fā)回雷達的方式,用以擾亂雷達對真目標的檢測和跟蹤。近年來數(shù)字射頻存儲器DRFM的逐漸發(fā)展和成熟為干擾機產(chǎn)生高逼真度的假目標提供了有利條件。但是欺騙式假目標的存在會造成雷達系統(tǒng)資源的大量損耗,使單一雷達對抗欺騙式干擾的成本和復(fù)雜度都逐漸增加,需要重新開辟一條對抗欺騙式干擾的道路。
為了更快、更準確地獲得目標信息并確保信息來源的穩(wěn)定性,通常將各類雷達配合使用,形成組網(wǎng)雷達系統(tǒng)。兩坐標雷達造價經(jīng)濟、簡單實用,僅能獲得目標距離信息與方位角信息,三坐標雷達探測精度高、能夠同時測量得到目標距離、方位、高度信息,如今已被廣泛使用。由于三坐標雷達組網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建困難、造價昂貴,因此現(xiàn)有組網(wǎng)雷達系統(tǒng)大部分采用兩坐標雷達連接成網(wǎng)的方式,通過對各節(jié)點雷達的量測信息進行數(shù)據(jù)融合以實現(xiàn)對真假目標的鑒別。
上述組網(wǎng)雷達假目標鑒別方法僅利用到了目標的距離和方位角信息,并未有效利用目標的俯仰角信息,造成目標信息利用率的降低,對真目標的鑒別精度以及組網(wǎng)雷達被欺騙的概率造成不利影響。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于針對上述組網(wǎng)雷達系統(tǒng)對抗欺騙式假目標的問題,提出了一種聯(lián)合兩坐標雷達和三坐標雷達統(tǒng)計量的假目標鑒別方法,以提高目標信息的利用率,在保證真實目標鑒別精度的同時,降低組網(wǎng)雷達被欺騙概率。
本發(fā)明的技術(shù)思想是對現(xiàn)有僅利用單一形式組網(wǎng)雷達鑒別假目標的方法進行改進,聯(lián)合利用兩坐標雷達和三坐標雷達的統(tǒng)計量進行假目標鑒別,其實現(xiàn)方案包括如下:
(1)組網(wǎng)雷達系統(tǒng)中的三坐標雷達對目標進行檢測,得到不同時刻各個目標的量測值為其中,分別為第i個目標在第k個時刻相對于三坐標雷達的徑向距離、方位角和俯仰角信息,i=1,2,...,M,M為雷達檢測到目標的個數(shù),k=1,2,...,T,T為三坐標雷達跟蹤目標的時間總長度;
(2)組網(wǎng)雷達系統(tǒng)中的兩坐標雷達對目標進行檢測,得到不同時刻各個目標的量測值為其中,分別為第i個目標在第k個時刻相對于兩坐標雷達的徑向距離、方位角信息;
(3)根據(jù)步驟(1)中得到的三坐標雷達對目標的量測信息,計算目標于不同時刻在直角坐標系中的位置信息Mi(k)=[xi(k),yi(k),zi(k)],其中,xi(k)、yi(k)、zi(k)分別為第i個目標于第k個時刻在直角坐標系中x軸、y軸、z軸的位置信息。
(4)利用步驟(3)中得到的每個目標于不同時刻在直角坐標系中的位置信息,聯(lián)合兩坐標雷達的位置信息進行計算,得到目標在不同時刻下相對兩坐標雷達的位置信息其中,分別為計算得到的目標距兩坐標雷達的距離和方位角;
(5)通過計算步驟(4)中得到的目標在不同時刻下相對兩坐標雷達的位置信息估計值Uj(k)的偏導(dǎo)數(shù),計算目標的距離-方位角聯(lián)合方差
5a)計算第i個目標在第k個時刻下相對于兩坐標雷達的距離估計值對三坐標雷達的徑向距離方位角和俯仰角信息的偏導(dǎo)數(shù);
5b)計算第i個目標在第k個時刻下相對于兩坐標雷達的方位角估計值對三坐標雷達的徑向距離方位角和俯仰角信息偏導(dǎo)數(shù);
5c)聯(lián)合5a)、5b)中計算的偏導(dǎo)數(shù)和雷達的量測精度,計算目標的距離-方位角聯(lián)合方差
(6)對步驟(4)中得到的目標在不同時刻下相對兩坐標雷達的距離、方位角信息估計值Uj(k)與步驟(2)中得到的兩坐標雷達對目標的量測值做差值,得到距離差值εr(k)和方位角差值εθ(k),對距離差值和方位角差值求和得到聯(lián)合差值ε(k)=εθ(k)+εr(k),并計算ε(k)的方差σ2(k);
(7)構(gòu)造基于n次量測值的檢驗統(tǒng)計量:由于雷達的測距和測角誤差服從相互獨立的零均值高斯分布,因此ε(k)也近似服從零均值的高斯分布,因此檢驗統(tǒng)計量Δ服從他方分布;
(8)根據(jù)雷達用戶給定的判決門限,即期望的真目標檢測概率η,將統(tǒng)計檢驗量Δ與判決門限進行比較:若Δ大于判決門限η,則判定三坐標雷達的量測是假目標產(chǎn)生的;若Δ小于判決門限η,則判定三坐標雷達的量測是真目標產(chǎn)生的,以此完成對真假目標的鑒別。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點:
1、易于實現(xiàn)
本發(fā)明由于聯(lián)合利用了兩坐標雷達和三坐標雷達對真假目標進行鑒別,使雷達進行組網(wǎng)的方式更加靈活,在實際應(yīng)用中更易于實現(xiàn)。
2、提高目標信息利用率
本發(fā)明在鑒別真假目標的過程中,由于利用到了目標的俯仰角信息,提高了目標位置信息的利用率
附圖說明
圖1是本發(fā)明的實現(xiàn)流程圖;
圖2是用本發(fā)明進行真假目標鑒別仿真時,真目標在ENU坐標系下的三維軌跡圖;
圖3是用本發(fā)明進行真假目標鑒別仿真時,其真目標的正確鑒別概率和假目標誤鑒別概率隨目標量測個數(shù)變化關(guān)系圖;
圖4是用本發(fā)明進行真假目標鑒別仿真時,其真目標正確鑒別概率和假目標誤鑒別概率隨兩坐標雷達測角精度變化關(guān)系圖。
具體實施方式
參照圖1,本發(fā)明的具體實現(xiàn)步驟如下:
本發(fā)明是基于組網(wǎng)雷達系統(tǒng)所進行的真假目標鑒別工作。組網(wǎng)雷達系統(tǒng)是指將多個雷達通過合理布站連接成網(wǎng),本發(fā)明中用到的組網(wǎng)雷達系統(tǒng)中包括兩坐標雷達與三坐標雷達,各節(jié)點雷達將量測信息傳送到數(shù)據(jù)融合中心,在數(shù)據(jù)融合中心統(tǒng)一進行數(shù)據(jù)處理工作。
步驟1,用三坐標雷達對目標進行量測。
用組網(wǎng)雷達系統(tǒng)中的三坐標雷達對目標進行檢測,三坐標雷達能夠同時測量得到目標的三維信息,假設(shè)得到不同時刻各個目標的量測值為:其中,分別為第i個目標在第k個時刻相對于三坐標雷達的徑向距離、方位角和俯仰角信息,i=1,2,...,M,M為雷達檢測到目標的個數(shù),k=1,2,...,T,T為三坐標雷達跟蹤目標的時間總長度。
步驟2,用兩坐標雷達對目標進行量測。
用組網(wǎng)雷達系統(tǒng)中的兩坐標雷達對目標進行檢測,兩坐標雷達能夠量測得到目標的二維信息,假設(shè)得到不同時刻各個目標的量測值為:其中,分別為第i個目標在第k個時刻相對于兩坐標雷達的徑向距離、方位角信息;
步驟3,計算目標在直角坐標系中的位置信息。
由于各節(jié)點雷達的量測時間不同步,為了各節(jié)點雷達中的數(shù)據(jù)能夠在數(shù)據(jù)融合中心進行統(tǒng)一處理,需要根據(jù)步驟1中得到的三坐標雷達對目標的量測信息,計算目標于不同時刻在直角坐標系中的位置信息Mi(k)=[xi(k),yi(k),zi(k)],
其中,xi(k)、yi(k)、zi(k)分別為第i個目標于第k個時刻在直角坐標系中x軸、y軸、z軸的位置信息,計算公式如下:
式中,分別為步驟(1)得到的目標相對于三坐標雷達的徑向距離、方位角和俯仰角信息,x1、y1、z1分別為三坐標雷達在統(tǒng)一坐標系下的x軸坐標、y軸坐標和z軸坐標。
步驟4,計算目標相對于兩坐標雷達的位置信息。
利用步驟3中得到的每個目標于不同時刻在直角坐標系中的位置信息,聯(lián)合兩坐標雷達的位置信息進行計算,得到目標在不同時刻下相對兩坐標雷達的位置信息
其中,分別為計算得到的目標距兩坐標雷達的距離和方位角,計算公式如下:
式中,x1、y1、z1、x2、y2、z2分別為三坐標雷達與兩坐標雷達在統(tǒng)一坐標系下的x、y、z軸坐標。
步驟5,計算目標的距離-方位角聯(lián)合方差。
通過計算步驟4中得到的目標在不同時刻下相對兩坐標雷達的位置信息估計值Uj(k)的偏導(dǎo)數(shù),計算目標的距離-方位角聯(lián)合方差
5a)計算第i個目標在第k個時刻下相對于兩坐標雷達的距離估計值對三坐標雷達的徑向距離方位角和俯仰角信息的偏導(dǎo)數(shù):
其中,xi(k)、yi(k)、zi(k)分別為第i個目標于第k個時刻在直角坐標系中x軸、y軸、z軸的位置信息;
5b)計算第i個目標在第k個時刻下相對于兩坐標雷達的方位角估計值對三坐標雷達的徑向距離方位角和俯仰角信息偏導(dǎo)數(shù):
其中,x2、y2、z2分別為兩坐標雷達在統(tǒng)一坐標系下的x軸坐標和y軸坐標坐標;
5c)聯(lián)合5a)和5b)中計算的偏導(dǎo)數(shù)和雷達的量測精度,計算目標的距離-方位角聯(lián)合方差
其中,分別為雷達的測距精度、測方位角精度和測俯仰角精度。
步驟6,計算距離和方位角聯(lián)合差值及其方差。
6a)計算目標在不同時刻下相對兩坐標雷達的距離估計值與兩坐標雷達測量得到的目標的距離的差值:
6b)計算目標在不同時刻下相對兩坐標雷達的方位角與兩坐標雷達測量得到的目標的方位角的差值:
6c)將6a)和6b)中得到的兩個差值相加,得到聯(lián)合差值:
6d)計算6c)中聯(lián)合差值εj(k)的方差σ2(k):
其中,r1為三坐標雷達測量得到的目標的距離,θ1為三坐標雷達測量得到的目標的方位角、為三坐標雷達測量得到的目標的俯仰角;分別為雷達的測距精度、測方位角精度和測俯仰角精度。
步驟7,構(gòu)造檢驗統(tǒng)計量。
根據(jù)步驟6中計算得到的聯(lián)合差值εj(k)及其方差σ2(k)構(gòu)造基于n次量測值的檢驗統(tǒng)計量:
由于雷達的測距和測角誤差服從相互獨立的零均值高斯分布,因此εj(k)也近似服從零均值的高斯分布,所以檢驗統(tǒng)計量Δ服從他方分布,
步驟8,根據(jù)判決門限進行真假目標鑒別。
根據(jù)雷達用戶給定的判決門限,即期望的真目標檢測概率η,將統(tǒng)計檢驗量Δ與判決門限進行比較:若Δ大于判決門限η,則判定三坐標雷達的量測是假目標產(chǎn)生的;若Δ小于判決門限η,則判定三坐標雷達的量測是真目標產(chǎn)生的,以此完成對真假目標的鑒別。
本發(fā)明對抗距離欺騙干擾的能力可通過以下仿真實驗進一步驗證。
1.實驗場景:
以某兩坐標-三坐標雷達系統(tǒng)為實驗場景,建立ENU直角坐標系。三坐標雷達的坐標為(10089,0,0),兩坐標雷達的坐標為(11770,-12771,0)。目標起始位置為(82206,0,80000),速度為2km/s,與地面的傾角為38.9°,往正西方向移動、彈道在xoy平面上的投影與x軸的重合,圖2顯示了真目標在ENU坐標系下的三位軌跡圖,圖2中圓形表示三坐標雷達的位置,三角形表示兩坐標雷達的位置。
假設(shè)目標攜帶自衛(wèi)式多假目標干擾機,在目標前后各產(chǎn)生1個欺騙距離為2500m的假目標。通過蒙特卡洛實驗統(tǒng)計真目標的正確鑒別概率及假目標的誤鑒別概率,仿真中設(shè)定允許的漏鑒別概率為0.05,蒙特卡洛仿真次數(shù)為1000。
兩坐標-三坐標雷達系統(tǒng)中節(jié)點雷達量測精度如下表1所示,雷達采樣間隔均為1s。
表1各節(jié)點雷達參數(shù)信息表
2.實驗內(nèi)容與結(jié)果分析
實驗1,改變目標量測個數(shù),變化范圍為0個到30個,用本發(fā)明所提出的方法進行真假目標的鑒別,得到真目標的正確鑒別概率與假目標誤鑒別概率的變化,結(jié)果如圖3所示。其中圖3(a)為真目標的鑒別概率變化曲線,圖3(b)為假目標誤鑒別概率變化曲線。
由圖3(a)可以看出:隨著目標量測個數(shù)的增加,本發(fā)明對真目標的正確鑒別概率基本不變,保持在95%左右;由圖3(b)可以看出:隨著目標量測個數(shù)的增加,該鑒別方法對假目標的誤鑒別概率很快減小,說明使用本發(fā)明在進行真假目標鑒別時,若想同時得到大的正確鑒別概率和小的誤鑒別概率,則需要增加觀測樣本的數(shù)量。
實驗2,改變兩坐標雷達的測角誤差,變化范圍為0°到4°,用本發(fā)明所提出的方法進行真假目標的鑒別,得到真目標檢測概率與假目標誤鑒別概率的變化,結(jié)果如圖4所示。其中圖4(a)為真目標的鑒別概率變化曲線,圖4(b)為假目標誤鑒別概率變化曲線。
由圖4(a)可以看出:隨著兩坐標雷達測角誤差的增大,本發(fā)明方法對真目標的正確鑒別概率基本不變;由圖4(b)可以看出:隨著兩坐標雷達測角誤差的增大,本發(fā)明方法對假目標的誤判概率明顯增大。