專利名稱：基于風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征的空中目標(biāo)分類方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及目標(biāo)分類技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征的空中目標(biāo)分類方法。
背景技術(shù)：
空中目標(biāo)屬性識(shí)別存在著非合作性、先驗(yàn)知識(shí)少、樣本數(shù)據(jù)缺乏等固有不足，尤其是對(duì)于一些低可探測(cè)目標(biāo)，其目標(biāo)特征信息難以準(zhǔn)確獲取，遭遇到“特征信息獲取受限”的瓶頸難題。盡管當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在空中目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域的研究已取得眾多成果，但空中目標(biāo)自動(dòng)分類和辨識(shí)方面還需進(jìn)一步探索。然而，空中目標(biāo)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征與目標(biāo)重量、翼展以及飛行速度等其它特征密切關(guān)聯(lián)。因而，在激光探測(cè)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)并發(fā)現(xiàn)空域內(nèi)存在飛機(jī)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，有望進(jìn)一步利用風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征反演出飛機(jī)相應(yīng)特征，以用于識(shí)別空中飛機(jī)目標(biāo)的 類別屬性，繼而實(shí)現(xiàn)空中飛機(jī)目標(biāo)的自動(dòng)分類。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過(guò)解算風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征來(lái)反演獲取目標(biāo)識(shí)別特征，從而間接實(shí)現(xiàn)空中飛機(jī)目標(biāo)的自動(dòng)分類的基于風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征的空中目標(biāo)分類方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種基于風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征的空中目標(biāo)分類方法，該方法包括下列順序的步驟(I)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征解算激光雷達(dá)探測(cè)獲取風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)，完成風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)類型鑒別和實(shí)現(xiàn)空中目標(biāo)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)空中目標(biāo)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征解算算法，準(zhǔn)確提取尾渦渦核位置、渦核半徑、渦核間距以及渦流環(huán)量的風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征參數(shù)；(2)類型識(shí)別特征反演基于步驟(I)獲取的風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征，根據(jù)空中目標(biāo)類型識(shí)別特征反演算法，反演出目標(biāo)航跡特征、物理特征以及運(yùn)動(dòng)特征的類型識(shí)別特征參數(shù)；(3)空中目標(biāo)屬性識(shí)別根據(jù)空中飛機(jī)目標(biāo)的種類，設(shè)計(jì)飛機(jī)目標(biāo)分類原則，并利用分類算法，通過(guò)輸入待識(shí)別飛機(jī)目標(biāo)的類型識(shí)別特征參數(shù)，來(lái)輸出待識(shí)別飛機(jī)目標(biāo)的類別屬性。由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明通過(guò)給出的空中目標(biāo)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征解算算法，準(zhǔn)確提取尾渦渦核位置、渦核半徑、渦核間距以及渦流環(huán)量等風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征參數(shù)，解決了空中目標(biāo)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征的提取問(wèn)題；通過(guò)空中目標(biāo)類型識(shí)別特征反演算法，反演出目標(biāo)航跡特征、物理特征以及運(yùn)動(dòng)特征等類型識(shí)別特征參數(shù)，解決了從風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征到目標(biāo)自身特征的反演問(wèn)題；通過(guò)對(duì)目標(biāo)自身特征的處理，利用相應(yīng)的分類算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)目標(biāo)類別屬性的判別，解決了基于對(duì)特定空域大氣風(fēng)場(chǎng)的激光雷達(dá)探測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)空中飛機(jī)目標(biāo)的分類識(shí)別問(wèn)題。


圖I為空中目標(biāo)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征解算流程圖2為尾渦擾動(dòng)場(chǎng)激光橫向探測(cè)示意圖；圖3為空中目標(biāo)類型識(shí)別特征反演原理圖；圖4為基于多部激光雷達(dá)同時(shí)探測(cè)的空中目標(biāo)航跡特征獲取示意圖；圖5為坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換中的各變量間幾何關(guān)系不意圖；圖6為基于熵權(quán)評(píng)判的空中飛機(jī)分類模型框圖。
具體實(shí)施例方式一種基于風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征的空中目標(biāo)分類方法，該方法包括下列順序的步驟(1)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征解算激光雷達(dá)探測(cè)獲取風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)，完成風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)類型鑒別和實(shí)現(xiàn)空中目標(biāo)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)空中目標(biāo)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征解算算法，準(zhǔn)確提取尾渦渦核位置、渦核半徑、渦核 間距以及渦流環(huán)量的風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征參數(shù)；(2)類型識(shí)別特征反演基于步驟(I)獲取的風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征，根據(jù)空中目標(biāo)類型識(shí)別特征反演算法，反演出目標(biāo)航跡特征、物理特征以及運(yùn)動(dòng)特征的類型識(shí)別特征參數(shù)；(3)空中目標(biāo)屬性識(shí)別根據(jù)空中飛機(jī)目標(biāo)的種類，設(shè)計(jì)飛機(jī)目標(biāo)分類原則，并利用分類算法，通過(guò)輸入待識(shí)別飛機(jī)目標(biāo)的類型識(shí)別特征參數(shù)，來(lái)輸出待識(shí)別飛機(jī)目標(biāo)的類別屬性。在背景大氣風(fēng)場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)建模和擾動(dòng)大氣風(fēng)場(chǎng)的實(shí)時(shí)探測(cè)基礎(chǔ)上，研究提出了空中目標(biāo)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)(尾渦擾動(dòng)場(chǎng))特征解算算法，以獲取風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)的分布數(shù)據(jù)和解算風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)的特征參數(shù)。圖I給出了空中目標(biāo)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征解算流程。圖I表明，空中目標(biāo)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征解算主要包括三個(gè)流程背景大氣風(fēng)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)建模、擾動(dòng)大氣風(fēng)場(chǎng)實(shí)時(shí)探測(cè)以及尾渦擾動(dòng)場(chǎng)解算處理。①背景大氣風(fēng)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)建模通過(guò)長(zhǎng)期觀察監(jiān)測(cè)某地區(qū)空域內(nèi)的背景大氣狀況，建立起基于觀測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)特征模型，以獲取該空域背景大氣風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律和環(huán)境參數(shù)，如大氣密度，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊鹊龋M(jìn)而創(chuàng)建出該地區(qū)的背景大氣風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)。②擾動(dòng)大氣風(fēng)場(chǎng)實(shí)時(shí)探測(cè)激光雷達(dá)以一定速率不間斷實(shí)時(shí)掃描特定空域內(nèi)大氣風(fēng)場(chǎng)，并通過(guò)風(fēng)場(chǎng)后向散射回波信號(hào)的反演處理，獲取空域內(nèi)實(shí)時(shí)的擾動(dòng)大氣風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)。③尾渦擾動(dòng)場(chǎng)解算處理其主要是指獲取尾渦擾動(dòng)場(chǎng)分布數(shù)據(jù)和提取擾動(dòng)場(chǎng)特征參數(shù)?；诮y(tǒng)計(jì)建模形成的背景大氣風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)實(shí)時(shí)探測(cè)獲取的擾動(dòng)大氣風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這里主要是指濾除疊加在其上的背景大氣風(fēng)場(chǎng)，進(jìn)而完成從實(shí)測(cè)的擾動(dòng)大氣風(fēng)場(chǎng)中提取出風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)數(shù)據(jù)。但由于風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)通常存在著諸如大氣紊流和高空風(fēng)切變等多種類另IJ，因而，此處需首先針對(duì)獲取的風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)進(jìn)行類型判決，鑒別該擾動(dòng)是飛機(jī)引發(fā)的尾渦擾動(dòng)場(chǎng)還是諸如大氣紊流或風(fēng)切變等其它類型的風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)。通常，尾渦渦核位置可以認(rèn)為是飛機(jī)尾渦風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)的中心，也是飛機(jī)機(jī)翼翼尖與其周?chē)髿怙L(fēng)場(chǎng)發(fā)生相互作用的地方。因而，飛機(jī)所處位置與其引發(fā)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)的中心點(diǎn)較為接近，在短時(shí)間內(nèi)可以近似認(rèn)為它們處在同一水平高度。所以，精確解算獲取尾渦渦核位置成為了后續(xù)準(zhǔn)確反演空中飛機(jī)目標(biāo)的飛行高度的關(guān)鍵。本申請(qǐng)針對(duì)空中目標(biāo)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)采用的是激光橫向探測(cè)方式(RHI掃描方式)，其可提供激光掃描扇面內(nèi)各點(diǎn)的坐標(biāo)信息，即徑向距離R和仰角a。圖2所示為尾渦擾動(dòng)場(chǎng)激光橫向探測(cè)示意圖。尾渦擾動(dòng)場(chǎng)特性建模發(fā)現(xiàn)，在尾渦的渦核處具有最大的正切向速度和最小的負(fù)切向速度，其會(huì)導(dǎo)致此處的多普勒回波頻譜因尾渦的速度分布特性而發(fā)生強(qiáng)烈的展寬效應(yīng)，而此點(diǎn)恰可作為判定渦核位置所在的重要依據(jù)。此外，對(duì)于LIDAR探測(cè)尾渦所獲得的多普勒頻譜，可使用固定閾值技術(shù)濾除頻譜噪聲的影響，來(lái)獲取尾渦的正徑向速度包絡(luò)匕+(尺《)和負(fù)徑向速度包絡(luò)G(足《0。因此,可在正向速度包絡(luò)曲線4+(足的上尋找到最大速度值點(diǎn)的位置坐標(biāo)⑶sax，《sax)和負(fù)向速度包絡(luò)上最小速度值點(diǎn)位置坐標(biāo)將兩坐標(biāo)點(diǎn)連線的中點(diǎn)坐標(biāo)作為左右渦核中心的位置坐標(biāo)估計(jì)值(Rw，a0i),具體如(I)式所示
權(quán)利要求
1.一種基于風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征的空中目標(biāo)分類方法，該方法包括下列順序的步驟 (1)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征解算激光雷達(dá)探測(cè)獲取風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)，完成風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)類型鑒別和實(shí)現(xiàn)空中目標(biāo)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)空中目標(biāo)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征解算算法，準(zhǔn)確提取尾渦渦核位置、渦核半徑、渦核間距以及渦流環(huán)量的風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征參數(shù)； (2)類型識(shí)別特征反演基于步驟(I)獲取的風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征，根據(jù)空中目標(biāo)類型識(shí)別特征反演算法，反演出目標(biāo)航跡特征、物理特征以及運(yùn)動(dòng)特征的類型識(shí)別特征參數(shù)； (3)空中目標(biāo)屬性識(shí)別根據(jù)空中飛機(jī)目標(biāo)的種類，設(shè)計(jì)飛機(jī)目標(biāo)分類原則，并利用分類算法，通過(guò)輸入待識(shí)別飛機(jī)目標(biāo)的類型識(shí)別特征參數(shù)，來(lái)輸出待識(shí)別飛機(jī)目標(biāo)的類別屬性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征的空中目標(biāo)分類方法，其特征在于所述的風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征解算包括背景大氣風(fēng)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)建模、擾動(dòng)大氣風(fēng)場(chǎng)實(shí)時(shí)探測(cè)以及尾渦擾動(dòng)場(chǎng)解算處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征的空中目標(biāo)分類方法，其特征在于所述的類型識(shí)別特征反演包括目標(biāo)航跡特征反演、目標(biāo)物理特征反演以及目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特征反演。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征的空中目標(biāo)分類方法，其特征在于所述的背景大氣風(fēng)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)建模是指通過(guò)長(zhǎng)期觀察監(jiān)測(cè)某地區(qū)空域內(nèi)的背景大氣狀況，建立起基于觀測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)特征模型，以獲取該空域背景大氣風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律和環(huán)境參數(shù)，創(chuàng)建出該地區(qū)的背景大氣風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征的空中目標(biāo)分類方法，其特征在于所述的擾動(dòng)大氣風(fēng)場(chǎng)實(shí)時(shí)探測(cè)是指激光雷達(dá)以一定速率不間斷實(shí)時(shí)掃描特定空域內(nèi)大氣風(fēng)場(chǎng)，并通過(guò)風(fēng)場(chǎng)后向散射回波信號(hào)的反演處理，獲取空域內(nèi)實(shí)時(shí)的擾動(dòng)大氣風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征的空中目標(biāo)分類方法，其特征在于所述的尾渦擾動(dòng)場(chǎng)解算處理是指獲取尾渦擾動(dòng)場(chǎng)分布數(shù)據(jù)和提取擾動(dòng)場(chǎng)特征參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征的空中目標(biāo)分類方法，其特征在于所述的目標(biāo)航跡特征反演是指基于多個(gè)激光掃描扇面上的尾渦渦核位置特征(R0i, αω)，來(lái)反演出目標(biāo)的航跡Y和航向C。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征的空中目標(biāo)分類方法，其特征在于所述的目標(biāo)物理特征反演是指通過(guò)解算獲取的渦核半徑ra和渦核間距Idci來(lái)反演出目標(biāo)的重量M、翼展B。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征的空中目標(biāo)分類方法，其特征在于所述的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特征反演是指通過(guò)渦流環(huán)量ΓΜ和渦核位置(RM，αω)來(lái)反演出飛機(jī)目標(biāo)飛行的高度H和速度V。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征的空中目標(biāo)分類方法，該方法包括下列順序的步驟風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征解算通過(guò)空中目標(biāo)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征解算算法，準(zhǔn)確提取尾渦渦核位置、渦核半徑、渦核間距以及渦流環(huán)量的風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征參數(shù)；類型識(shí)別特征反演根據(jù)空中目標(biāo)類型識(shí)別特征反演算法，反演出目標(biāo)航跡特征、物理特征以及運(yùn)動(dòng)特征的類型識(shí)別特征參數(shù)；空中目標(biāo)屬性識(shí)別通過(guò)輸入待識(shí)別飛機(jī)目標(biāo)的類型識(shí)別特征參數(shù)，來(lái)輸出待識(shí)別飛機(jī)目標(biāo)的類別屬性。本發(fā)明解決了空中目標(biāo)風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征的提取問(wèn)題、從風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)特征到目標(biāo)自身特征的反演問(wèn)題以及基于對(duì)特定空域大氣風(fēng)場(chǎng)的激光雷達(dá)探測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)空中飛機(jī)目標(biāo)的分類識(shí)別問(wèn)題。
文檔編號(hào)G06K9/62GK102902977SQ201210209259
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者胡以華, 雷武虎, 趙楠翔, 吳永華, 閆飛, 石亮, 王迪, 焦均均, 顧有林, 蔡曉春 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍電子工程學(xué)院