一种目标微动特征相干激光探测效果量化评价方法技术

本发明专利技术提供一种目标微动特征相干激光探测效果量化评价方法，包括：采用平滑伪Winger-Ville分布算法对采集的目标微动特征相干激光探测回波信号进行时频分析处理，得到所述回波信号的时频分布矩阵；计算所述回波信号的频域聚集度；计算所述回波信号的分量分辨力；计算所述回波信号的信噪比；计算总指标。本发明专利技术给出了定量评价目标微多普勒效应探测及特征提取效果的方法，得到对目标微动特征探测效果规范、客观、量化的评价，解决了现行定性判断方法局限性大、规范性差的不足，为后续微多普勒效应探测影响因素、影响规律的研究及最优系统参数的选择奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及目标微多普勒特征探测
，具体是一种目标微动特征相干激光探测效果量化评价方法。
技术介绍
目标的精确探测和识别向来是各国国防研究的重点方向，然而，随着近年来隐身技术、诱饵技术等的发展和应用，传统的探测识别手段受到严重干扰，工作效能大打折扣，难以提供有效判断目标种类和真假的信息。21世纪初，美国海军研究实验室的V.C.Chen教授率先提出了微多普勒效应的概念，开辟了目标探测识别的新途径。目标与雷达存在相对径向运动会产生多普勒频移，而微多普勒效应就是指在此同时，由于目标自身或某些组成部分存在的微动，而对回波信号产生的附加频率调制，最终导致的以多普勒频移为中心的频率展宽效应。微多普勒效应被认为是反映目标微动的唯一特征，包含了目标的特有信息。使用激光雷达进行探测，其波长短的特点能够测得更为显著的微多普勒效应，从而获得更高的探测分辨率和灵敏度。实现目标微多普勒效应的探测，首先需要研究探测系统参数、结构、传输介质等因素对目标回波影响的规律，找到最佳的系统参数和结构的设计方案以及对外界干扰的补偿措施，这就要求在不同实验条件下对回波中目标微多普勒特征的探测效果进行对比分析。目前，在微多普勒特征提取中最常用的方法就是对信号进行时频分析，然后从时频分布中提取目标信息。系统探测效果的好坏会直观地反映到时频分布结果上，因此时频分布的可读性直接决定了微多普勒特征提取的准确性，这对于目标的探测和识别至关重要。目标微多普勒效应的回波相干探测信号为非平稳信号，所以在对其处理中，研究者们普遍采用了时频分析方法来提取目标微动特征(微多普勒特征)，然而目前开展的对回波特征影响因素的研究中(比如频率源相位噪声、激光谱线宽度、探测距离、探测系统结构和参数等因素)，在分析不同因素导致的不同目标微动特征探测效果时，研究人员主要还是通过定性的观测并根据经验来对比评价不同条件下得到的目标微动特征时频分布结果。这种定性的对比方法个体差异大，规范性差，有较大的局限性，比如：对于目标微动特征探测效果差异明显的两个时频分布结果，通过观察能够判断出哪种情况下得到的时频分布在提取目标微动特征时效果更好，但是难以具体给出效果好的比差的强多少，无法与之前定量变化的探测条件相对应；而对于探测效果差异不明显的两个时频分布结果，只通过观测则很难准确判断出哪种情况下的探测效果更好，甚至出现误判。为解决这一问题，我们需要科学、定量的评价方法来判断目标微多普勒特征的探测及提取效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种目标微动特征相干激光探测效果量化评价方法，基于平滑伪Winger-Ville分布(SPWVD)这种已被证明具有较好性能的时频分析方法，提出一种测量标准及其计算方法来定量评价目标微动特征的探测及提取效果，以解决定性分析的不足。本专利技术的技术方案为：一种目标微动特征相干激光探测效果量化评价方法，包括以下步骤：(1)采用平滑伪Winger-Ville分布算法对采集的目标微动特征相干激光探测回波信号进行时频分析处理，得到所述回波信号的时频分布矩阵P(t，f)；(2)将所述回波信号的频域聚集度作为目标微动特征相干激光探测效果量化评价的第一个指标，并根据所述时频分布矩阵P(t，f)对所述频域聚集度进行计算；(3)将所述回波信号的分量分辨力作为目标微动特征相干激光探测效果量化评价的第二个指标，并根据所述时频分布矩阵P(t，f)对所述分量分辨力进行计算；(4)将所述回波信号的信噪比作为目标微动特征相干激光探测效果量化评价的第三个指标，并根据所述时频分布矩阵P(t，f)对所述信噪比进行计算；(5)根据所述频域聚集度、分量分辨力和信噪比，采用以下公式对目标微动特征相干激光探测效果量化评价的总指标进行计算：若所述回波信号为单分量信号，则所述总指标的计算公式为：Q=SNRa]]>若所述回波信号为多分量信号，则所述总指标的计算公式为：Q=ra*SNR]]>其中，Q表示目标微动特征相干激光探测效果量化评价的总指标，a表示频域聚集度，r表示分量分辨力，SNR表示信噪比。所述的目标微动特征相干激光探测效果量化评价方法，步骤(2)中，根据所述时频分布矩阵P(t，f)对所述频域聚集度进行计算，包括以下步骤：(21)计算瞬时频域聚集度：对于单分量信号，包括：a1、在时频分布矩阵P(t，f)中提取tn时刻的频率-能量分布一维矩阵P(tn，f)；b1、找到P(tn，f)中的能量峰值ASmax及其对应的频率fm；c1、找到能量峰值ASmax两侧与fm距离最近的对应能量为的两频率fp和fq；d1、求出tn时刻信号的3dB带宽BW(tn)，即为tn时刻信号的瞬时频域聚集度a(tn)：a(tn)＝BW(tn)＝fp-fq，fp＞fq对于多分量信号，包括：a2、在时频分布矩阵P(t，f)中提取tn时刻的频率-能量分布一维矩阵P(tn，f)；b2、找到P(tn，f)中最大的m个能量峰值及其对应的频率，m为分量数目，m≥2；c2、依次求出m个能量峰值对应的m个3dB带宽BW1(tn)、BW2(tn)、…、BWm(tn)，再求出m个3dB带宽的平均值，即为tn时刻信号的瞬时频域聚集度a(tn)：a(tn)=1mΣi=1mBWi(tn),i=1,2,...,m]]>(22)计算整体频域聚集度：求出整个时间轴上所有时刻信号的瞬时频域聚集度a(tn)，再对其求平均值，即得到信号的整体频域聚集度a：a=1NΣn=1Na(tn),n=1,2,...,N]]>其中，N表示整个时频分布中的离散时间点总数。所述的目标微动特征相干激光探测效果量化评价方法，步骤(3)中，根据所述时频分布矩阵P(t，f)对所述分量分辨力进行计算，包括以下步骤：(31)计算瞬时分量分辨力：对于含有m个分量的多分量信号，m≥2，包括：a、针对其中两个分量，在时频分布矩阵P(t，f)中提取tn时刻的频率-能量分布一维矩阵P(tn，f)；b、在P(tn，f)中找到最大的两个能量峰值ASmax1和ASmax2及其对应的频率f1、f2；c、求出能量峰值ASmax2对应的3dB带宽BW2(tn)；d、根据以下公式求出两个分量在tn时刻的分辨力：rd(tn)=(f2-BW2(tn)2)-f1]]>e、按照步骤a～d，求出所有分量两两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种目标微动特征相干激光探测效果量化评价方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用平滑伪Winger‑Ville分布算法对采集的目标微动特征相干激光探测回波信号进行时频分析处理，得到所述回波信号的时频分布矩阵P(t，f)；(2)将所述回波信号的频域聚集度作为目标微动特征相干激光探测效果量化评价的第一个指标，并根据所述时频分布矩阵P(t，f)对所述频域聚集度进行计算；(3)将所述回波信号的分量分辨力作为目标微动特征相干激光探测效果量化评价的第二个指标，并根据所述时频分布矩阵P(t，f)对所述分量分辨力进行计算；(4)将所述回波信号的信噪比作为目标微动特征相干激光探测效果量化评价的第三个指标，并根据所述时频分布矩阵P(t，f)对所述信噪比进行计算；(5)根据所述频域聚集度、分量分辨力和信噪比，采用以下公式对目标微动特征相干激光探测效果量化评价的总指标进行计算：若所述回波信号为单分量信号，则所述总指标的计算公式为：Q=SNRa]]>若所述回波信号为多分量信号，则所述总指标的计算公式为：Q=ra*SNR]]>其中，Q表示目标微动特征相干激光探测效果量化评价的总指标，a表示频域聚集度，r表示分量分辨力，SNR表示信噪比。...

【技术特征摘要】
1.一种目标微动特征相干激光探测效果量化评价方法，其特征
在于，包括以下步骤：
(1)采用平滑伪Winger-Ville分布算法对采集的目标微动特征
相干激光探测回波信号进行时频分析处理，得到所述回波信号的时频
分布矩阵P(t，f)；
(2)将所述回波信号的频域聚集度作为目标微动特征相干激光
探测效果量化评价的第一个指标，并根据所述时频分布矩阵P(t，f)对
所述频域聚集度进行计算；
(3)将所述回波信号的分量分辨力作为目标微动特征相干激光
探测效果量化评价的第二个指标，并根据所述时频分布矩阵P(t，f)对
所述分量分辨力进行计算；
(4)将所述回波信号的信噪比作为目标微动特征相干激光探测
效果量化评价的第三个指标，并根据所述时频分布矩阵P(t，f)对所述
信噪比进行计算；
(5)根据所述频域聚集度、分量分辨力和信噪比，采用以下公
式对目标微动特征相干激光探测效果量化评价的总指标进行计算：
若所述回波信号为单分量信号，则所述总指标的计算公式为：
Q=SNRa]]>若所述回波信号为多分量信号，则所述总指标的计算公式为：
Q=ra*SNR]]>其中，Q表示目标微动特征相干激光探测效果量化评价的总指标，
a表示频域聚集度，r表示分量分辨力，SNR表示信噪比。
2.根据权利要求1所述的目标微动特征相干激光探测效果量化
评价方法，其特征在于，步骤(2)中，根据所述时频分布矩阵P(t，f)
对所述频域聚集度进行计算，包括以下步骤：
(21)计算瞬时频域聚集度：
对于单分量信号，包括：
a1、在时频分布矩阵P(t，f)中提取tn时刻的频率-能量分布一维矩
阵P(tn，f)；
b1、找到P(tn，f)中的能量峰值ASmax及其对应的频率fm；
c1、找到能量峰值ASmax两侧与fm距离最近的对应能量为的两频率fp和fq；
d1、求出tn时刻信号的3dB带宽BW(tn)，即为tn时刻信号的瞬时
频域聚集度a(tn)：
a(tn)＝BW(tn)＝fp-fq，fp＞fq对于多分量信号，包括：
a2、在时频分布矩阵P(t，f)中提取tn时刻的频率-能量分布一维矩
阵P(tn，f)；
b2、找到P(tn，f)中最大的m个能量峰值及其对应的频率，m为分
量数目，m≥2；
c2、依次求出m个能量峰值对应的m个3dB带宽BW1(tn)、
BW2(tn)、…、BWm(tn)，再求出m个3dB带宽的平均值，即为tn时刻
信号的瞬时频域聚集度a(tn)：
a(tn)=1mΣi=1mBWi(tn),i=1,2,...,m]]>(22)计算整体频域聚集度：
求出整个时间轴上所有时刻信号的瞬时频域聚集度a(tn)，再对
其求平均值，即得到信号的整体频域聚集度a：
a=1NΣn=1Na(tn),n=1,2,...,N]]>其中，N表示整个时频分布中的离散时间点总数。
3.根据权利要求1所述的目标微动特征相干激光探测效果量化

\t评价方法，其特征在于，步骤(3)中，根据所述时频分布矩阵P(t，f)
对所述分量分辨力进行计算，包括以下步骤：
(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡以华，李政，郭力仁，赵楠翔，石亮，王金诚，王阳阳，徐世龙，董晓，
申请(专利权)人：中国人民解放军电子工程学院，
类型：发明
国别省市：安徽;34