有源多假目标干扰的极化特征及其识别研究

４０　航天电子对抗　第２２卷第４期　有源多假目标干扰的极化特征及其识别研究　李永祯，柏仲干，汪连栋，王国玉　（中国人民解放军６３８８０部队，洛阳４７１００３）　摘要：　研究了有源多假目标等欺骗性电子干扰的极化识别问题。首先分析了有源假目　标干扰和雷达目标的极化特性，从理论上讨论了有源假目标干扰识别的可行性，并设计了有源　假目标干扰的极化识别算法。最后，结合实测数据，计算机仿真实验验证了识别算法的可行性　和有效性。　关键词：　有源假目标；识别；极化　中图分类号：ＴＮ９７３　文献标识码：　Ａ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｃｔｉｖｅ－ｄｅｃｏｙｓ　ａｎｄ　ｒａｄａｒ　ｔａｒｇｅｔｓ　Ｌｉ　Ｙｏｎｇｚｈｅｎ，Ｂａｉ　Ｚｈｏｎｇｇａｎ，Ｗａｎｇ　Ｌｉａｎｄｏｎｇ，Ｗａｎｇ　Ｇｕｏｙｕ　（Ｕｎｉｔ　６３８８０　ｏｆ　ＰＬＡ，Ｌｕｏｙａｎｇ　４７１００３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ａｃｔｉｖｅ－ｄｅｃｏｙｓ　ａｎｄ　ｒａｄａｒ　ｔａｒｇｅｔｓ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ａｃｔｉｖｅ－ｄｅｃｏｙｓ　ａｎｄ　ｒａｄａｒ　ｔａｒｇｅｔｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ａｃｔｉｖｅ－ｄｅｃｏｙｓ　ａｎｄ　ｒａｄａｒ　ｔａｒｇｅｔｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａ　ｎｏｖｅｌ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｐｏｓａｌ　ｏｆ　ａｃｔｉｖｅ－ｄｅｃｏｙ　ａｎｄ　ｒａｄａｒ　ｔａｒｇｅｔ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｖａｌｉｄｉｔｙ　ｏｆ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｐｏｓａｌ　ａｒｅ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｃｔｕａｌ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｄａｔａ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｃｔｉｖｅ－ｄｅｃｏｙ；ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ；ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｌ　引言　有源多假目标干扰可产生几十至上百个与真实目　雷达目标和有源假目标的极化特性与观测条件、　自身姿态等因素是密不可分的，文献［２］针对不同极化　测量体制雷达，分析了雷达目标和假目标干扰的极化　特性，并设计了对应的有源假目标干扰的极化识别算　标信号特征相差无几的假目标，使得雷达系统在时域、　频域上难以鉴别，从而严重地消耗了雷达资源，使雷达　产生混批、饱和的现象，甚至不能正常工作，这对现代　雷达防御系统无疑是一个巨大的威胁＿】　］。　法。本文针对全极化测量雷达体制，进一步深入分析　了有源假目标干扰和雷达目标的极化特性，探讨了有　源假目标干扰极化识别的物理基础，并给出了有源假　由于弹道导弹突防负荷的有限性，有源假目标干　扰系统一般采用单极化天馈系统，而随着极化测量技　术和雷达极化信息处理理论的发展，极化测量体制雷　达逐渐成为未来雷达技术发展的主流技术之一，极化　特性的差异可为有源假目标干扰识别提供新思路和新　方法。　目标干扰的极化识别思路和方法。　２有源假目标的极化特性　为了叙述方便，将干扰天线的正交极化基记为　（主，．；，），而雷达天线的正交极化基记为（　，　）。设干扰　天线的极化方式在正交极化基（主，．；，）下的几何描述参　数为（ｅ，ｒ），其中ｅ为极化椭圆率角，ｒ为极化椭圆倾　收稿日期：２００５—１２—０７；２００６—０４—２３修回。　作者简介：李永祯（１９７９一），男，博士，研究方向为雷达极化信息处　理，电子战建模与仿真；柏仲干（１９７５一），男，工程师，博士研究生，研究　方向为雷达对抗仿真与评估；汪连栋（１９６６一），男，研究员，博士，研究　方向为电子信息系统建模仿真评估等；王国玉（１９６２一），男，研究员，博　士，博导，研究方向为电子信息系统建模仿真评估等。　角。那么任一有源假目标干扰信号在正交极化基（主，　）下可描述为：　ｅｘｙｊ（（）ｔ）＝『　ｌＬ　————　厂——一ｌ。　　Ｌ『，ｌ／、ｌＸ、　、］Ｅ“　，（），厂　ｔ　　ｔ∈Ｔ　（１）　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６（４）　李永祯等：有源多假目标干扰的极化特征及其识别研究　４１　式中，　（ｅ，ｒ）＝　篆　；厂（　）为当前　１０ｄＢＥ　，即雷达目标的极化散射特性与有源假目标干　比交叉极化回波要强得多，二者功率比平均约为　有源假目标干扰信号的调制形式，可以逼真模拟雷达　目标时域、频域信息，使得常规时、频域的鉴别方法难　以奏效；Ｔ为假目标干扰信号的持续时间。　对于采用极化编码测量技术　等全极化雷达体制　而言，认为雷达在一个脉冲重复周期内可以获取目标　的极化散射矩阵信息，那么有源假目标干扰在正交极　化基（五，０）下的极化散射矩阵可描述为　引：　［　［ｌ　ｃｓｏｉｎｓ０　＋－　（　Ｚ（￡ｅ，，ｒ））　ｃｓｏｉｎｓ　ｃ０　ｓｏｉｎｓ０　＋－　（　Ｚ（￡ｅ，，ｒ））　】ｃｓｏｉｎｓ００】－］　（…　￡），　ｔ∈Ｔ　（２）　式中，０为干扰极化相对于雷达极化的偏角。　式（２）表明，对于任一干扰系统而言，在忽略时间　关系后，有源假目标的极化散射矩阵在正交极化基　（五，　）下可简记为如下形式：　ＨＶ　ｌ：『－ｓＳｖＨ　洲Ｓ、．，、ｖ，Ｊ　　Ｉ：『ｌ－Ｐ　Ｐ］Ｑ　ＱＪ　　（‘３３）’　　则有源假目标的Ｇｒａｖｅｓ功率矩阵为：　］　ｖ　－＝Ｉ　Ｐ　Ｉ　２＋Ｉ　Ｑ　Ｉ２：ｌ　ｐＰ　　。Ｉｌ　２。＋　Ｉｌ　Ｑ　Ｉｌ２。］Ｊ　（４）　观察式（３）和式（４）可以得知，有源假目标具有如　下特性：　①有源假目标的极化散射矩阵和Ｇｒａｖｅｓ功率矩　阵是奇异的，即Ｉ　ｓ　、，ｌ：ｌ　Ｇ　、，ｌ：０；　②有源假目标的极化散射矩阵在任意正交极化基　下腑鼬　ｌ＝Ｉ　Ｕ＂ｓ．ｖＵ　ｌ’。　‘　『Ｌ－　ＩＤ　一　］为极化基变换矩阵；ｌ　　③有源假目标的Ｇｒａｖｅｓ功率矩阵是实幺矩阵，即　广】　】１　Ｇ＝ＧＨＨ　ｌ　１　１　　ｌ④一般情况下有源假目标的极化散射矩阵是非　对称的，不满足互易性定理。　然而，对于雷达目标而言，其高频后向散射是由一　组数目有限散射中心的独立散射合成。对于单个散射　中一ｌｆ，而言，其周围区域形状以及材料属性的微小变化　均会导致其极化散射特性的显著改变。一般情况下，　当使用线极化进行发射和接收时，目标的共极化回波　扰的极化特性迥异。　３　有源真假目标极化识别算法设计　对于任意窄带雷达目标而言，其极化散射矩阵ｓＪ　为２阶复对称矩阵　，即ｓ　∈ｕ　，ｕ　为２阶复对称矩　阵集空间；而有源假目标的极化散射矩阵ｓＪ为２阶列　向量一致的复矩阵，即ＳＪ∈　，　表示２阶列向量一　致的复矩阵集空间。若记２阶复对称矩阵集空间和２　阶列向量一致复矩阵集空间的交集为ｕ　，那么交集　ｕ　实际上为复幺矩阵集空间　］。若雷达目标的极化　散射矩阵不属于复幺矩阵集空间，那么理论上讲，雷达　目标与有源假目标利用极化信息是可分的，可以通过　线性或非线性判决规则加以区分。　根据有源假目标干扰和雷达目标极化特性之间的　差异，可将有源假目标极化特性具有的性质转化为如　下几个表达式，有　ｊ：　ＧＨＨＧｖｖ—ＧＨｖＧｖＨ　ＧＨＨＧｖｖ＋ＧＨｖＧｖＨ’　Ｄ。＝　ＧＨＨ　＋　Ｇｖｖ　－　ＧＨＶ。一　而－－Ｇ　ＶＨ　（５）　对于有源假目标干扰，极化特征描述子分别为：　Ｄ，＝０，ｉ＝１，２，３　（６）　结合暗室测量数据，无论是简单形体目标还是弹　头类目标或飞机类目标，其极化特征与有源假目标的　极化特征之间具有很大差异。下面给出以Ｄ　～Ｄ。为　识别特征参量集的有源假目标极化识别算法，其鉴别　表达式为：　ＺＤ＝Ｓ（Ｄ　≤Ｔ　）＆Ｓ（Ｄ２≤Ｔ２）＆Ｓ（Ｄ≤Ｔ３）　：｛　：　喜　詈昙标　（７）　式中，ｓ　ｃ　ｚ　＝｛　三　差霎羹　票　立；符号　“＆”表示逻辑与运算；Ｔ　，ｉ＝１～３为由雷达目标特性　和信噪比等因素确定的局部判决门限。　４识别性能的仿真分析　对于单基地极化雷达而言，有源假目标极化散射　矩阵的测量数据可表示为：　ｘ　＋＋　　Ｎ　ｌ『－ＰＱ　Ｑ］　ＱＪ＋＋１　　ｎ．ｖ　１　（‘８　、，Ｈ　、，ｖ．Ｊ　８）　式中，ｓ　：ｎＨＨ　“　］为测量噪声的极化散射矩阵。　维普资讯 http://www.cqvip.com

４２　航天电子对抗　原则上可将雷达目标和假目标视为确定性信号，　而测量噪声视作服从正态分布的随机变量，通过概率　Ｔ　＝０．５，ｉ＝１～３；测量噪声参数为ｅ＝０．６，ｙ＝０．９，　｜０＝０；蒙特卡罗仿真次数为１０　。　由表１及大量的计算机仿真结果可见，当干噪比　（ＪＮＲ）达到１２ｄＢ的水平时，即可以相当高的概率对有　源假目标进行鉴别，而雷达目标正确判决的概率目标　达到了９５％以上。在实际应用中，真假目标的鉴别工　密度函数变换的方法可以求得目标和干扰的共交极化　比和Ｄ　～Ｄ。的统计分布，而后根据设定的判决门限，　可得有源假目标的正确鉴别概率。由于上述求解过程　相当复杂、繁琐，难以得到解析表达式。下面通过计算　机仿真来分析、评估本文提出的有源假目标极化鉴别　算法的性能。　首先给出干扰噪声比（ＪＮＲ）和目标信号噪声比　（ＳＮＲ）的定义为：　ＪＮＲ＝　，　（１＋２ｅ＋ｙ）　（９）　作往往要放在雷达的跟踪阶段进行，此时干噪比可达　更高水平，一般在２０ｄＢ左右，此时有源假目标的误判　率不超过１　，而此时雷达目标误判为假目标的概率　在９９　以上。　５　结束语　本文瞄准未来局部战争中弹道导弹突防负荷的　ＳＮＲ＝　ＳＨＨ　ｌ　＋ｌ　ＳＨｖ　ｌ　＋ｌ　ＳｖＨ　ｌ　＋ｌ　Ｓｖｖ　ｌ　Ｈ“主动式”诱饵等干扰新技术、新装备，针对全极化测量　：　ｏＨ　式中ＧＨ：ＥＥ　ｌ　ｙ：　：　ｏＨ　，　雷达体制，从理论上分析了有源假目标干扰极化识别　的可行性，给出了有源假目标干扰极化识别的设计思　路和方法，这些工作对于导弹防御系统和弹道导弹突　防优化设计均有一定的借鉴意义。■　参考文献：　１顾尔顺．有源欺骗干扰的对抗技术ＥＪ３．航天电子对抗，１９９８　（３）：１３—１６．　Ｈ　Ｅ［ｎＨＨｎ￣，ｖ］，｜０：一‘　Ｈ　４ｒ　。　表１给出了４类弹头目标在不同信噪比条件下正　确判决的概率和有源假目标误判为雷达目标的概率。　表１弹头目标正确判决的概率和有源假目标误判　为雷达目标的概率Ｉ　）　ＳＮＲ／ｄＢ（ＪＮＲ＝ＳＮＲ）　１０　１２　１４　１６　１８　２０　２　李永祯．瞬态极化统计特性及其处理的研究ＥＤ３．长沙：国防　科技大学电子科学与工程学院，２００４．　　Ｄ，Ｆｏｓｓｉ　Ｍ，Ｆａｃｈｅｒｉｓ　Ｌ．Ｒａｄａｒ　ｔａｒｇｅｔ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　ｍａｔｒｉｘ　３　Ｇｉｕｌｉ有源假目标干扰锥体　锥球体　１４．２６　５．８６　４．５８　１．８７　０．４９　０．０４　９９．９７　９９．９８９　９９．９９４　１００　１００　１００　９９．９　１００　１００　１００　１００　１００　４　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｓｉｇｎａｌｓ　Ｅ　Ｊ］．ＩＥＥ　Ｐｒｏｃｅｅｄ—　ｉｎｇｓ—Ｆ，１９９３，１４０（４）．　Ｇｉｕｌｉ　Ｄ．Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｉｎ　ｒａｄａｒｓ　Ｅ　Ｊ］．Ｐｒｏｃ．ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＥＥＥ，１９８６，７４（２）：２４５—２６９．　开缝锥球体　９９．９９　１００　１００　１００　１００　１００　ｒｅｃｔ　ａｎｄ　Ｉｎｖｅｒｓｅ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎ　Ｒａｄａｒ　Ｐｏｌａｒｉ—　５　Ｂｏｅｒｎｅｒ　ＷＭ．Ｄｉ某弹头模型　９９．７３９　９９．８８　９９．９　９９．９５　９９．９６　１００　ｍｅｔｒｙ［Ｍ］．Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ：Ｋｌｕｗｅｒ　Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，　】９９２．　（上接第１８页）中文标注，曲线图请注明横纵坐标的变　量名、单位和刻度值。　（７）应使用法定计量单位，一般不使用“公斤”、“英　里”等单位，单位符号应为正体；量符号必须使用斜体　字母，矢量、张量和矩阵符号为黑斜体。　（８）参考文献应是公开发表过的文献，按引用的先　后顺序排序，作者姓名一律姓前名后。　式投稿请用软盘附寄电子文档。　本刊收稿后３个月内通知作者是否刊登，在此期　间切勿一稿多投。已通知录用的文章必须在要求的时　限内修回，如不能按时修回请提前向编辑部予以说明，　否则视为作者撤稿。请自留底稿，来稿一律不退。　（１０）来稿必须经过保密审查，文责自负，本刊对录　用稿有修改权，所发表文章版权归编辑部。本刊已被　封面所示的数据库全文收录，作者的著作权使用费和　（９）请尽量使用Ｅ—ｍａｉｌ方式投稿（ＨＴＤＺ８５１１＠　ｔｏｍ．ｃｏｒｎ），稿件须为Ｗｏｒｄ格式，主题请写为”新投　稿”，修改稿主题请写为“修回（文章编号）”，用邮寄方　稿酬一次性付给，如作者不同意文章被收录，请在来稿　时申明，本刊将做适当处理。