你的位置:首页 >

雷达目标识别技术综述

2026/10/9 9:57:08点击:

  目标识别是现代雷达技术发展的个重要组成部分。对雷达目标识别的研究,在国内外已经形成热点,但由于问本身的复杂性,以及多干扰信号,特别是多噪声十扰源,在的复杂屯磁坏境,雷达目小识别至今还没有满意的答案,尚无成熟的技术和方法。因此,对雷达目标识别技术的研究具有极其重要的军事应用价值。
  木文将对雷达自动目标识别技术进行简要顾。
  讨论目前理论研究和应用比较成功的几类目标识别方法,以及应用于雷达目标识别中的模式识别技术,分析和讨论问的可能解决思路。
  2雷达目标识别模型雷达目标识,纶要从目标的雷达回波中提取目标标的后向电磁散射来鉴别目标,是电磁散射的逆问。
  利用目标在雷达远区所产生的散射场的特征,可以获得用于目标识别的信息,回波信号的幅值相位频率和极化等均可被利用。对获取的目标信息进行计算机处理,与己知目标的特性进行比较,从而达到自动识别目标的目的。识别过程分成个步骤封标的数据获取特征提取和分类判决。相应模型1.
  训练数据获取征提取特征空间压缩与变换+分,设计试激锯获取+待征提取特征空间压编与变换识菊结果整个识别过程可以分为两个阶段训练或设计阶段和识别阶段。前者用定数量的训练样本进行分类器的设计或训练,后者用所设计或训练的分类器对待识别的样木进行分类决策。
  训练数据获取是对各已知目标进行测量,取得目标的训练数1测试数扼伙取妃获扮未知种类目标的测量数据;测量数据的获得可采用目标的靶场动态测量外场静态测景微波陪审缩比模型等。特征提,模块从目标回波数据中提取出对分类识别有用的目标特征信息。特征空间压缩与变换模块对特征信息进行特征空间维数压缩与变换,得到具有高同类聚合性和异征。分类器设计模块根据已知类别目标分类模块完成对米知目标的分炎判决。
  3雷达目标识别忮术回颐雷达目标识别的研究始于20世纪50年代。早期雷达目标特征信号的研究工作主要是研究雷达目标的有效散射截而积。是,对形状+同性质各异的各类目标,笼统用个有效散射截面积来描述,就显得过于粗糙,也难以实现有效识别。几十年来,随着电磁散射理论的不断发展以及雷达技术的不断提高,在先进的现代信号处理技术条件下,许多可资识别的雷达目标特征信号相继被发现,从而建立起了相应的目标识别理论和技术。近年来理论研究和实际应用比较成功的目标识别方法有以下4类。
  3.1基于目标运动的回波起伏和调制谱特性的目标识别这类方法大都基于目前广泛使用的雷达时域维目标回波波形,抽取波形序列中包含的目标特征信息来实现标分类。这类研究获得成功。
  利用标回波起伏特性的识别空中目标对低分辨力雷达来讲可以看作点目标,其运动过程中,目标回波的幅度和相位将随目标对雷达的相对姿态的不同而变化,根据目标回波的幅度与机位的变化过程,判断代形状,对奶言息数据进4分抓,以判断目才小的运动沾况利用动态目标的调制谱特性的识别动态标如飞机的螺旋桨成喷气发动机旋转叶片直升机的旋翼等目标结构的周期运动,产生对雷达回波的周期性调制。不同目标的周期性调制谱差异很大,因而可用于目标识别。6等2详细分析了喷气发动机的调制。财现象。,了相应的数7模吧。
  为利用胃效应进行目标识别奠定了理论基础。
  3.2基于极点分布的目标识别目标的自然谐振频率又称为目标极点,极点和散射中心分别是在谐振区和光学区建立起来的基本概念。目标极点分布只决定于目标形状和固有特性,与雷达的观测方向目标姿态及雷达的极化方式无夂〃而给雷达标识别带来报大方便。
  目标极点的概念出现于1971年。1975年,8等首先提出了直接从组瞬态响应时域数据来提取目标极点的,1.力法使提取出的目标极点作为目标特征。而通过将提取到的目标极点与标阼的极点进,完成标识别过程80年代以来,抗噪能力和估算精度方面。提取目标极点的函数束法计精度以及抗噪能力方面均优于加项法。
  除了直接求目标的极点外,由于目标的极点与目标的频率响应存在对应的关系,人们还研究了由目标的频域响应来识别目标的方法,典型方法有,从目标的频域响应来识别目标的方法获取目标极点的频域Pmy法roPM7;由于频域法的目标极点估算精度同样受到噪声和杂波的限制,具有改善作用的数据多重组合法被提出。
  为避开需要实时地直接从含噪的目标散射数据中提取目标的极点。基厂波形综合技术的目标识别方法被得到广泛屯视。它将接收到的标散射信回波与综合出来的代目标的特征波形进行数字卷积,再根据卷积输出的特征来判别目标。脉冲法9频域极大极小拟合匹配法1等,都避开了直接提取目标极点,减小了运算量。
  3.3基于高分辨力雷达成像的目标识别借助高分辨力雷达对目标进行维或维距离成像,或采用合成孔径请达或逆六成孔径雷达对标成像得到维雷达像,可获取目标的形状结构信息。
  由于维距离像的获取相对简单,利用维距离像进行目标识别的方法在80年代以后被得到广泛重视和深入研究。基于维距离像的目标识别方法,在舰船如坦克车辆等池面标12136机1标14识别中分别获得了较高的正确识别率。
  由于目标的维距离像常会受目标之间目标各故射点之+1汁1涉1诚等交义项的妁1识别率的提高,因而双距离像方法被提出并15获得了较高的识别率。为改善目标识别的性能,可以将目标隹距离像与其它目标特征如极化特征16相结合。
  对于基于维雷达像的目标识别,可利用象识别技术来进行,这是目标识别领域中*为直观的识别方法,但是如何获得高质量的目标维像是进行标识别的首先要解决的叫。
  3.4基于极化特征的目标识别极化是描述电磁波的重要参量之,它描述了电磁波的矢量特征。极化特征是与目标形状本质有密切联系的特征。仟何1标对照射的电磁波都有特定的极化变换作用,其变换关系由目标的形状尺寸结构和取向所决定。测量出不同目标对各种极化波的变极化响应,能够形成个特空间,就对目,迸行识极化散射矩阵父维矩阵1完全农征了目标在特定姿态和辐射源频率下的极化散射特性。对目标关于目标极点的研究主要集中在如何提高算法本身的几何形状与目标极化特性的关系的研究结果明,光学区目标的极化散射矩阵反映了目标镜面曲率差等精密物理结构特性。
  早在50年代初期,利用极化特征来识别目标的原理19就己被提出,美国在5060年代己将用极化散射矩阵识别目标的技术初步用于远程测!雷达和人型相拧阵雷达中,可粗略识别简单形状的外空目标。通协而极化特的研究,*佳极化的概念队被提出,产生了基于零极化特阳本征极化等极化不变量经过近20年的发展,己经出现了许多种利用极化信息进行雷达目标识别的方法,其主要方法分为根据极化散射矩阵识别目标根据极化散射矩阵来识别目标是利用极化信息识别目标的基本方法。具体分为根据不同极化状态5目标截面积的对比来识别目杨根据从目标极化散射矩阵中导出的目标极化参数集极化不变量来识别目标;根据目标的*1淑化或极化叉来识别目标。
  由于不姿态下标极化特性的改变,限制了根据极化散射矩阵及其派生参数识别目标的有效性,使之只能应用于简单几何形体目标,或与其它识别方法结合⑴胃等利用极化散射矩阵对简笮形体目标的识别获得了如的正确识别率3.伪木征极化1极化系数124极化参数肀面描述51记纠极化球描述1口信4频率敏感特性描述等特征都被用于了飞机目标识别研究。
  利用目标形状的极化重构识别标对低分辨力雷达。不能区分标各个散射中心只能从整体上对简单形体的目标加以粗略的识别。
  对高分辨力达。目标回波4分解为标上各个片要散射中心的回波分货。对杂形状目标的极化重构就利用高分辨力达区分出各个散射中心的回波,分别提取其极化信息。在对各个散射中心分别作出形状判断4以利用标的极化散射矩昨,或利用目标的缪勒矩阵中各个元素同目标形状的关系后,依据其相对位置关系,组合成目标的整体形状。*后同已知目标数据库相比较,得到识别结果等给出了用卡车进行识别实验的情况,给出了卡车上各个主要散射中心的识别结果,并按其空间扣对位置排列成。庄对3沿象进行分析与识别时也用到了任意散射体由几种典型散射机制合成的观点。
  利用瞬态极化响应识别目标化光1.1;1等将极化信从与冲激响应占介起别。利用1货识别目标足将极化识别4时频域识别相结合的很好范例。,13;的基础上,参考把复杂目标在结构上分解成由散射中心对应的多个子结构来分别描述,对飞机目标识别获得了较好的效果。
  与成像技术相结合的目标识别结介51和巴讯成像,在相应雷达1加装变极化装忙从而可以利用极化信息或将极化信息有别,似等1利法国的仆机载极化5从雷达,对4张3他不同极化象,取,州,作比较,并对每像素进行了极化识别。
  3.5各种特征识别方法对雷达的要求不同的识别方法对雷达系统有着不同的要求。
  基于标运动的波起伏和调制谱特性的标识别方法对雷达没有特殊的要求,它是在现有雷达的基础利用1标运动所弓起的回波起伏特性和动态目标的调制谱特性结合达所能获取的目标空间坐标及运动参数如标高度速度航迹等1来进行目标识别,因而主要用于低分辨雷达的目标识别。
  基于极点分布的标识别方法可分为寸域和频域方法。时域方法提取目标极点要求雷达的发射信号带宽足够宽,以保证由目标的瞬态响应中能够获得正确基于高分辨力坩达成像的目标识别方法要求泔达不仅具有高的距离分辨力对于维距离像方法而且具有高的角分辨力对于维距离像方法,这就要求采用宽带高分辨六成孔令或逆合成孔径茁达。
  基于目标极化特征的目标识别方法要求雷达能够测量目标对小同极化方向的入射电磁波的极化散射特性雷达具有变极化特性,这增加了雷达系统的复杂性,限制了其应用。
  4用于雷达目标识别中的模式识别技术进行雷达目标识别,必须依靠有效的目标特征分类技术模式识别技术。模式识别技术的发展为雷达目标郎,铰服仃利的抓税式识别方法模糊模式识别方法基于模型和基于知识的模式识别方法以及神经网络模式识别方法等在雷达目标识别中均有成功的应。
  4.1统计模式识别方法统计模式识别是传统的模式识别方法,也是雷达目标识别中*常用到的特征分类方法,它是种根据。Wrf.P!ISIIMffcnHSriPKMI!iR□,本,时抓,糊料揠本膨分类的方法。其基本思想是用维特征矢量征目标模式,并通过对样本的学习,计出特征矢量的概率分布密度函数,在某种*优准则下,利用特征矢量的统计知识来构造判别函数,从而在保证分类误差概率*小的条件下,对目标进行分戈。
  域近邻域法气相关匹配法15321多维相关阿记力站从人似然;8分类器气优化决策规则365大似然函数137等都波用于厂目私特1的分类决策。
  4.2模糊模式识别方法在雷达目标识别中,由于噪声对目标背景的污染,目标信息转换过程中特征信息的随机交迭,目标信息随时间距离方位和姿态等因素的变化都可引起信息在模糊识师沦基础上发展起来的模糊校式1只别技术,适于描述口标特征在不同埕度的不确记性。在目标识别过程中,模糊模式识别技术通过将数值变换提,的口标特征转换成山模糊货及隶属函数征,再通过模糊关系和模糊推理等对目标的所属关系加以判定。
  因此,模糊模式识别技术可以有效地完成些传统模式识别中遇到的难,近年来得到了广泛的研究。
  如郭桂蓉等441在低分辨非相干雷达体制下,利用目标视频回波的幅度细微结构特性和动态起伏特性,结合模糊模式识别技术,完成了对海上目标的识别。
  4.3基于模型和基于知识的模式识别方法基丁模型的模式识别方法足用种数学模型来衣从目标样本空间或特征空间中获取的描述目标固有特性的各种关系准则。在建模过秤中,除了利用目标的物理特性外,还运用了特征之间的符号关系准则,如特征随姿态角变化的规律等,因此,基于模型的的模方法中信息利用率不高的缺点。目前也有不少人在致力于役型的目标只别方法的研42.
  基于知识的模式识别方法是结合人工智能技术的识别方法。它把人们在实践中逐步积累的知识和经验用简单的推理规贝咖以述,并转换为计算机语言,利用这些规则可以获得与专家有同样识别效果的模式识别结果。
  基于模型的方法常与基于知识的方法相结合,通过建立的目标模型库与相应的推理规则相结合完成目标的分类识别,肘,等43将基于知识的识别方法用于了对尚分辨幸舰船达目标的识别;5岣虬44采用革,模艰的了分类,其模型是根据目标散射中心维分布在不同径向距离上投影而建立起来的。运用推理规则库模型成功地对动态变化的雷达干扰信号进行了识别。
  4.4神经网络模式识别方法人工神经网络姻叫和生物神经系统之间有着内在的联系,能够在有限领域内模拟人脑加工存储与搜索信息的机制来解决某些特定的问。它具有自适应自饥织自学习能力,4以处理些环境信以分,枭背景知识不清楚的,通过对柞本的学4沾立起1己忆。然后将未知模艾判为其*为接近的记忆。1于其自身的1述特点。校艾识别是神经网络技术奶得*为广泛的领域之。
  由于雷达目标特征信息在模式空间中的分布常常极为复杂,要获得其先验统计知识并用传统的模式识别方法来实现目标识别很困难。人添可以通过学习获得目标特征信号在模式空间中的分布,因此在目标识别的预处1特征提取模式分类的整个过程中均有初步的应用。近10年来,崩4用于雷达目标识别得到丁广泛的小视。
  采用阳算法4546感知器算法47的多层前向网络径向基凼数叫细⑴气税糊从,络1组织特征映射以刚1等组织神经网络;以及异联想存储器神经网络6自划分神经网络实,循环神经网络模糊极人极小神经网络等等,在目标识别中都有成功的应用。
  总之,先进的模式识别方法对于提高改善雷达自动标识别系统的性能将起到1关重要的作用。对它5结,语到目前,研究者们已从多个方面研究了雷达目标识别技术。研究明,用单技术解决雷达目标识别问都将是困难的,问的解决有赖于多种技术的综合运用3.针对1方法在的局限性,可以考虑将多种技术相结合,以提高正确识别率。
  从有的研究来看。较多地利目标叫波1巧用却很有限。这方面是因为在低分辨力雷达情况下,从雷达回波中不能得到稳定且明确的目标极化特征,使得极化信息在低分辨力情况下对目标识别的用途4人57,另方面受阪于极化散射矩阵的精确测量技术。高分辨力雷达技术极化散射矩阵的精确测量技术的发展为雷达回波中获得稳定且明确的目标极化特征提供了可能。因此,将高分辨力雷达技术与极模式方法对旧1姿,嘛叫,所收,就条可1高分辨极化雷达勾智能,号处理和动分类技术相结合将为雷达目标识别提供条很好的途径。随着雷达技术信号处理技术和目标识别算法的不断发展,自动雷达目标识别技术有望取得较大进展。
  男,1935年生,教授博士生导师。目前主要从事极化信息处理雷达目标识别方面的研究。
  雷达与对抗2003年学术年会征文通知中国造船学会电子技术学术委员会雷达与对抗专业分会拟于2003年3季度在贵州省贵阳市召开学术会议,欢迎广大专家学者踊跃投稿。现将有关征文事项通知如下征文内容未来战争的发展动态及对信息,电子战的需求分析;信息,电子战新概念新理论新技术;雷达电子战总体,体化,抗技术;建模仿真技术;测频测向技术;信号处理技术;软件无线电技术;效能评估技术;电磁兼容管理等技术。
  征文要求沦义1般不超过600字,自行脱密,己公开发过的文章请勿投寄;请作者提交正式论文式2份其中份为激光打印稿,不排页码不装订,并附3英寸软盘;论文要求内容精炼,文字清晰,上,版心尺才为15格式要求标居中,2号黑宋;作者姓名居中,3号宋体,作者单位名称含地区名和邮编用4号楷体,居中;摘要小4号楷体,居中,行宽左右缩4字距;关键词用4号黑宋体;正文用5号宋体,页面38行,每行40字;分节标用4号黑宋体,占行;插和照片均随文排贴在版心尺寸内,要求清晰;参考文献列在文后;来稿请注明作者真实姓名,详细通信地址邮政编码联系电话和地址。
  截止时间2003年6月10日,以当地邮戮为准。
  通信地址扬州204信箱科技处225001袁秀华