專利名稱：利用組網雷達系統對抗欺騙式假目標的方法
技術領域：
本發明涉及雷達技術領域，特別涉及組網雷達數據融合處理技術，具體地說是組網雷達系統識別對抗欺騙式假目標方法。該方法可用于組網雷達系統數據融合中心有效地識別并剔除欺騙式假目標，實現組網雷達系統對抗欺騙式干擾。
背景技術：
欺騙式干擾是指干擾機在截獲雷達發射信號，并分析其參數的基礎上，向雷達發 射調制延遲后的發射信號，從而在真目標周圍產生很多假目標，使得雷達不能正確地識別出真目標。欺騙式干擾包括距離欺騙、角度欺騙以及速度欺騙，即多普勒頻率欺騙。距離欺騙，是指干擾產生的假目標的距離與真目標的距離不同，使得雷達不能區分真假。對于載波穩定的雷達，可以在真目標距離之前產生假目標，對于采用載波捷變的雷達，則只能在真目標距離之后產生假目標。角度欺騙，是指干擾產生的假目標的方位角不同于真目標。干擾機的發射信號從天線旁瓣進入，但是發射功率很大，造成信號功率超過了檢測門限，使得雷達誤認為該假目標是在主瓣內的，達到角度欺騙的目的。對于欺騙式假目標干擾，雖然沒有干擾雷達對真目標的檢測，但是真目標是存在于眾多假目標中的。在這種情況下，對于沒有分辨能力的雷達，必須將所有目標都作為真目標對待，因此消耗雷達系統資源，影響雷達后續處理性能。雷達可以單站工作，即一部雷達獨立地進行目標的檢測、跟蹤及識別。同時，也可以將多部不同體制、不同工作模式、不同頻段、不同極化方式的雷達適當布站，組成網絡，并利用通信數據鏈將測量數據送至數據融合中心，由網絡中心統ー調配處理，這是組網雷達的工作模式。單站雷達可以通過發射波形捷變對抗距離導前假目標干擾，但對于其余情況的欺騙式假目標干擾，由于真假目標均能通過門限檢測，很難完成對欺騙式假目標的識別和對杭。對于組網雷達，在干擾機沒有完全獲悉其各節點雷達的位置信息的情況下，很難對所有節點雷達產生在空間上完全重合并且速度信息也完全一致的電子假目標。同吋，由于組網雷達具有體制分集和空間分集，即多視角等特點，真目標和電子假目標在空間位置上表現出差異性對于真目標，其空間位置信息與各節點雷達部署位置無關，在統一坐標系下，各節點雷達對于真目標位置信息的量測相対“集中”;對于假目標，其位置信息由干擾機和節點雷達之間的相對位置決定，不同雷達量測到的假目標的空間位置相対“分散”。基于真假目標空間位置信息在統ー坐標系下的上述差別，利用假設檢驗的方法可以進行真假目標識別。上面提到的假設檢驗方法是ー種顯著性檢驗，它存在兩類誤判問題一是將真目標判別為假，稱為“棄真”誤判，其發生的概率為漏警概率；ニ是將假目標判別為真，稱為“取偽”誤判，其發生的概率為被欺騙概率。在雷達基線范圍以外，以及離雷達較遠的位置處，由于目標與各節點雷達連線間夾角變小，真假目標空間位置的集中和分散程度變得難以判斷。因此，只根據位置信息進行真假目標識別，在保證漏警概率較小的情況下，組網雷達的被欺騙概率將變大。
發明內容
本發明的目的在于針對上述現有有源欺騙式假目標對抗方法的不足，提出ー種利用組網雷達系統對抗欺騙式假目標的方法，以識別并剔除欺騙式假目標，降低組網雷達被欺騙概率，實現其對欺騙式干擾的有效対抗。為實現上述目的，本發明的技術方案包括如下步驟(I)組網雷達中的各節點雷達分別對目標進行檢測，得到其量測值，對這些量測值進行坐標變換，即將各節點雷達為參考原點的極坐標系，變換到組網雷達系統統ー的直角坐標系中；
(2)對直角坐標系中各節點雷達的量測集Zi={(Xi，yi，Vi)}，利用距離最近鄰關聯
的方法進行匹配，得到關聯量測序列^^=..，z》)，即各節點雷達對同一目標的量
測值的匹配結果，其中k表示關聯量測序列的序號,4表示第i個雷達的第Ii個量測值，i表示雷達編號，i = 1，2，. . .，N, N表示組網雷達中節點雷達的個數，Xi表示目標的X軸坐標，Yi表示其I軸坐標，Vi表示其徑向速度；(3)將關聯量測序列中的各量測值進行兩兩組合，對每ー個組合中的兩個量測值進行位置信息融合檢驗；(4)根據步驟(3)得到的所有組合的位置信息融合檢驗結果，判斷ー個關聯量測序列是否對應真目標，若所有組合均通過位置信息融合檢驗，則認為該關聯量測序列對應真目標，并保留這些關聯量測序列，否則，認為其對應假目標，將其剔除；(5)對步驟(4)保留的關聯量測序列中的量測值進行兩兩組合，根據每ー個組合中的兩個量測值，分別計算出目標的ー個實際速度矢量V，利用所有組合求得的這些速度矢量，以構成該關聯量測序列的速度矢量集，并對其中的速度矢量再次進行兩兩組合；(6)對步驟(5)得到的每ー個組合中的兩個速度矢量值進行速度信息融合檢驗，即計算其速度矢量差AV的誤差協方差矩陣Qv，及其馬氏距離< =AFWAF，井根據馬氏距離dv服從他方分布這ー特點，進行速度信息融合檢驗，其中AVt表示速度矢量差AV的轉置，a—1表示誤差協方差矩陣Qv的逆；(7)根據步驟(6)得到的所有組合的速度信息融合檢驗結果，判斷ー個關聯量測序列是否對應真目標，若所有組合均通過速度信息融合檢驗，則認為該關聯量測序列對應真目標，并保留這些關聯量測序列，否則，認為其對應假目標，將其剔除。本發明與現有技術相比具有的優點1、相對于單站雷達對抗欺騙式假目標方法，本發明由于能夠融合組網雷達中各節點雷達獲取的量測信息，因而提高了對欺騙式假目標的識別概率；2、針對僅利用位置信息進行真假目標識別，在距離雷達網較遠的情況下，被欺騙概率過高的問題，本發明進一歩利用目標速度信息進行融合檢測，降低了在距離雷達網較遠的情況下組網雷達的被欺騙概率，以有效地識別出假目標；3、本發明整體設計簡單，串行實現目標位置及速度信息融合，計算量較小，可以應用在組網雷達數據融合中心，以實現基于集中式處理方式的雷達目標檢測、跟蹤及識別等。
圖1是本發明的實現流程圖；圖2是本發明仿真組網雷達布局及目標信息圖；圖3是現有僅利用位置信息進行真假目標識別時目標檢測概率區域變化圖；圖4是現有僅利用位置信息進行真假目標識別時組網雷達被欺騙概率區域變化圖；圖5是本發明利用位置和速度信息進行真假目標識別時目標檢測概率區域變化圖；圖6是本發明利用位置和速度信息進行真假目標識別時組網雷達被欺騙概率的區域變化圖。
具體實施例方式參照圖1，本發明的具體實現步驟如下步驟1、對各節點雷達檢測到的量測值進行坐標變換，即將各節點雷達為參考原點的極坐標系，變換到組網雷達系統統ー的直角坐標系中。在組網雷達中，各節點雷達檢測得到目標參數信息都是在以雷達為參考原點極坐標中完成的，為了進行數據融合檢驗，首先要建立一個組網雷達系統統ー的直角坐標系，并將各節點雷達的量測數據變換到該直角坐標系中。設節點雷達在直角坐標系中的坐標為( %)，根據節點雷達參考極坐標到統一直角坐標的變換關系，得到變換后目標的直角坐標為S= (x, y)卜—，I)
[j = p sm0+ > ,其中，P為節點雷達測得的目標的徑向距離，0為節點雷達測得的目標的方位角。步驟2、通過最近鄰關聯的方法匹配量測值，以得到關聯量測序列。各節點雷達受到的欺騙式干擾不同，產生的假目標個數，及它們的參數也可能是不同的，而ー個真目標在各節點雷達中只會對應ー個量測值，則在進行真假目標識別之前，要先確定各個雷達的哪些量測值是對應于同一目標的。為達到這一目的，本發明利用最近鄰關聯的方法，對各節點雷達的量測值進行匹配，以得到關聯量測序列，具體步驟如下2a)設組網雷達中有N個節點雷達，各雷達的量測值的個數為Mi,則在統一直角坐標系中，第i個節點雷達的量測集Zi為Z, = {(a;1 ,ス1,V*),(X；,,V,2),...,(xf1，>f 1,V，)} ,2)其中，#表示來自第i個雷達的第j個量測的X軸坐標，ズ表示來自第i個雷達的第j個量測的I軸坐標，V/表示來自第i個雷達的第j個量測的徑向速度，i = 1，2，. . .，N，
j = I, 2,. . . , MiO2b)找到量測值最少的節點雷達，Mmin = min (M1, M2, , Mn)作為參考雷達，將該參考雷達的編號設為m;
2c)以參考雷達檢測到的量測值為基準，對參考雷達的第s個量測值，計算其與第I個雷達的所有量測值之間的歐式距離=-Xtl)2+(ysm -y'jf t=l, 2，. . .，M1,選擇最小歐氏距離對應的第I個雷達的量測值與參考雷達的第s個量測值匹配，這ー過程稱之為最近鄰關聯，其中，<表示第m個雷達的第S個量測值的X軸坐標メ表示第I個雷達的第t個量測值的X軸坐標，タ表示第m個雷達的第s個量測值的I軸坐標表示第I個雷達的第t個量測值的y軸坐標，M1表示雷達I測得的量測值個數；2d)對除參考雷達外的所有節點雷達，均使用最近鄰關聯的方法得到其與參考雷達的第s個量測值匹配的量測值，將參考雷達的第s個量測值和與其匹配上的所有量測值組合起來，得到對應的第S個關聯量測序列；2e)對參考雷達中的所有量測值，均按照2c)和2d)的方法得到對應的關聯量測序列，最終得到In個關聯量測序列ALk，每個序列中包含N個來自不同雷達的量測值，SP·ALk )，其中k表示關聯量測序列的序號，k =1,2,..., Mmin，於表示第i個雷達的第 Ii 個量測值，i = 1，2，. . .，N，Ii = 1，2，. . .，Mp·步驟3、將關聯量測序列中的各量測值進行兩兩組合，對每ー個組合中的兩個量測值進行位置信息融合檢驗。對于真目標，由于物理來源相同，所有節點雷達對其產生的量測值轉換到統一直角坐標后，其空間位置是相對集中的；對于欺騙式干擾產生的假目標，由于干擾機很難準確獲知所有節點雷達的參數，在這種情況下，產生的假目標在空間上是相對分散的。位置信息融合檢測就是利用這ー原理，通過建立假設檢驗模型，以識別真假目標。具體實現步驟如下3a)對式I)兩邊進行微分，得到
dx I Fcos0 -psmO \\dp~]、記r = Icos0n ，稱之為變換矩陣；
Sint^ p cos 03b)根據變換矩陣T，求得轉換到直角坐標后，雷達坐標值的誤差協方差矩陣P P = TATt,4)其中，對角矩陣A = i*ag(cr；5，cr〗)，o p表示雷達的測距誤差，o e表示雷達的測角誤差，diag( )表示以其變量為對角元素的對角矩陣；3c)設進行位置信息融合檢驗的兩個雷達量測值在關聯量測序列中的編號分別為i和j，這兩個雷達量測值的位置差為ASij = S1-Sj,由于直角坐標系中量測誤差是近似服從零均值的高斯分布的隨機變量，則兩雷達量測的位置差ASij的誤差也近似服從零均值的高斯分布；3d)在各雷達量測值之間是獨立的情況下，位置差ASij的誤差協方差矩陣Qu等于這兩個雷達坐標值的誤差協方差矩陣之和，即Qu = PdPp其中，Pi表示關聯量測序列中第i個量測值的誤差協方差矩陣，P〗表示關聯量測序列中第j個量測值的誤差協方差矩陣；3e)根據兩個量測值的位置差A Sij及其誤差協方差矩陣Qij，計算出這兩個量測值之間的馬氏距離du:
dtj =AS^Qy1ASij-,5)3f)根據馬氏距離du近似服從X2分布，即他方分布這ー特點，對這兩個量測值進行假設檢驗，在du ( U的情況下，認為這兩個量測值通過了位置信息融合檢驗，在du > U的情況下，認為這兩個量測值未通過位置信息融合檢驗，其中，U表示檢驗門限，是根據不同的顯著性水平確定的。步驟4、根據步驟3得到的所有組合的位置信息融合檢驗結果，判斷ー個關聯量測序列是否對應真目標，若所有組合均通過位置信息融合檢驗，則認為該關聯量測序列對應真目標，并保留這些關聯量測序列，否則，認為其對應假目標，將其剔除。步驟5、對步驟4保留的關聯量測序列中的量測值進行兩兩組合，根據每ー個組合中的兩個量測值，分別計算出目標的ー個實際速度矢量V，利用所有組合求得的這些速度矢量，以構成該關聯量測序列的速度矢量集，并對其中的速度矢量再次進行兩兩組合。關聯量測序列中量測值的個數為N，則對ー個關聯量測序列，求得目標的實際速度的個數為將這L個實際速度矢量組合起來，構成該關聯量測序列的速度矢量集，然后對其中的速度矢量再次進行兩兩組合，這樣可以得到Q2個組合，其中，N是組網雷達中節點雷達的個數，C表示組合運算符。計算目標實際速度矢量的方法如下設組合中的兩個量測值為關聯量測序列中的第i個量測值與第j個量測值，則根據這兩個量測，可計算出目標的ー個實際速度矢量Vij
權利要求
1.一種利用組網雷達系統對抗欺騙式假目標的方法，其包括如下步驟 (1)組網雷達中的各節點雷達分別對目標進行檢測，得到其量測值，對這些量測值進行坐標變換，即將各節點雷達為參考原點的極坐標系，變換到組網雷達系統統一的直角坐標系中; (2)對直角坐標系中各節點雷達的量測集Zi={(xi，yi，vi)}，利用距離最近鄰關聯的方法進行匹配，得到關聯量測序列=(茍，Z〗，...,Zt)，即各節點雷達對同一目標的量測值的匹配結果，其中k表示關聯量測序列的序號，Zt表示第i個雷達的第Ii個量測值，i表示雷達編號，i = I, 2, . . . , N, N表示組網雷達中節點雷達的個數，Xi表示目標的X軸坐標，Yi表示其I軸坐標，Vi表示其徑向速度； (3)將關聯量測序列中的各量測值進行兩兩組合，對每一個組合中的兩個量測值進行位置信息融合檢驗； (4)根據步驟(3)得到的所有組合的位置信息融合檢驗結果，判斷一個關聯量測序列是否對應真目標，若所有組合均通過位置信息融合檢驗，則認為該關聯量測序列對應真目標，并保留這些關聯量測序列，否則，認為其對應假目標，將其剔除； (5)對步驟(4)保留的關聯量測序列中的量測值進行兩兩組合，根據每一個組合中的兩個量測值，分別計算出目標的一個實際速度矢量V，利用所有組合求得的這些速度矢量，以構成該關聯量測序列的速度矢量集，并對其中的速度矢量再次進行兩兩組合； (6)對步驟(5)得到的每一個組合中的兩個速度矢量值進行速度信息融合檢驗，即計算其速度矢量差A V的誤差協方差矩陣Qv，及其馬氏距離=AI^a 'AF，并根據馬氏距離<服從他方分布這一特點，進行速度信息融合檢驗，其中AVt表示速度矢量差AV的轉置，^1表不誤差協方差矩陣Qv的逆； (7)根據步驟(6)得到的所有組合的速度信息融合檢驗結果，判斷一個關聯量測序列是否對應真目標，若所有組合均通過速度信息融合檢驗，則認為該關聯量測序列對應真目標，并保留這些關聯量測序列，否則，認為其對應假目標，將其剔除。
2.根據權利要求1所述的利用組網雷達系統對抗欺騙式假目標的方法，其中步驟(2)所述的利用最近鄰關聯方法對各個節點雷達的量測值進行匹配，得到關聯量測序列，按如下步驟進行 2a)設各雷達的量測值的個數為Mi，則在統一直角坐標系中，第i個節點雷達的量測集為
3.根據權利要求1所述的利用組網雷達系統對抗欺騙式假目標的方法，其中步驟(3)所述的對每一個組合中的兩個量測值進行位置信息融合檢驗，按如下步驟進行 3a)設節點雷達在直角坐標系中的坐標為根據節點雷達參考極坐標到統一直角坐標的變換關系，得到變換后目標的直角坐標為S= (x, y)
4.根據權利要求1所述的利用組網雷達系統對抗欺騙式假目標的方法，其中步驟(6)所述的對步驟(5)得到的每一個組合中的兩個速度矢量值進行速度信息融合檢驗，按如下步驟進行 6a)根據一個關聯量測序列中的第i個量測值與第j個量測值，計算出目標的一個實際速度矢量Vij
全文摘要
本發明公開了一種利用組網雷達系統對抗欺騙式假目標的方法，主要解決現有技術僅利用目標位置信息融合對抗欺騙式假目標時被欺騙概率過高的問題。其實現步驟是1、對節點雷達的量測值進行坐標變換，即將各節點雷達為參考原點的極坐標系，變換到組網雷達系統統一的直角坐標系；2、通過最近鄰關聯的方法匹配量測值，以得到關聯量測序列；3、利用目標位置信息進行真假目標識別，保留通過融合檢驗的關聯量測序列；4、對保留的關聯量測序列，求得其對應的實際速度矢量集；5、利用目標速度信息進行真假目標識別，進一步降低組網雷達被欺騙概率。本發明有效降低了組網雷達被欺騙的概率，可用于組網雷達有效對抗欺騙式干擾。
文檔編號G01S7/36GK103018722SQ20121039153
公開日2013年4月3日 申請日期2012年10月15日 優先權日2012年10月15日
發明者周宇, 趙珊珊, 張林讓, 劉楠 申請人:西安電子科技大學