一种估计空间弹头进动周期的目标微动特征提取方法技术

本发明专利技术一种估计空间弹头进动周期的目标微动特征提取方法，要解决的技术问题是在弹头目标圆环处散射点表现出的非正弦时频曲线特性情况下，利用循环幅度差矩阵和平均循环幅度差系数完成对弹头目标进动周期的精确估计。并采用以下步骤来实施。第一步：弹头进动回波时频二维矩阵获取；第二步：计算循环幅度差矩阵；第三步：计算平均循环幅度差系数；第四步：弹头进动周期估计。本发明专利技术不仅对非正弦曲线、多分量耦合以及时频曲线不连续等非理想因素有较好的鲁棒性，而且弹头目标进动周期估计结果精度很高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达目标探测识别领域，具体涉及雷达目标微动特征分析和提取技术，特别是一种估计空间弹头进动周期的目标微动特征提取方法。
技术介绍
目标微动特征反映了目标的电磁散射特性、几何结构特性以及运动特性等。弹头在空间飞行过程中要保持稳定，一般均需要采取姿态控制技术，导致弹头目标常常在宏观运动的同时伴有小角度的进动现象，而伴随弹头飞行的其他空间目标如碎片、诱饵等，由于没有姿态控制，将会出现随机翻滚、摆动等运动现象。弹头、碎片、诱饵等空间目标在运动类型、运动状态以及运动参数等上的差异是雷达识别真实弹头的重要依据。弹头进动对雷达回波产生周期性规律调制，表现在频域就是微多普勒频率，在时频二维成像平面上则对应着相应的周期性曲线。空间弹头目标进动特征提取方法的一般有两类方法：一类是对时频面上的周期性曲线进行准确建模并求解曲线参数得到弹头进动特征；另一类是利用图像域—参数域变换处理算法，对变换后的参数域进行穷举搜索提取弹头进动特征。这些方法主要存在如下问题：第一，空间弹头目标散射点在雷达观测时间内极易发生越距离单元走动，导致微动曲线在时频成像时出现断续现象，传统基于连续曲线参数模型的目标特征提取方法精度受到影响；第二，空间进动弹头目标圆环处散射点是典型滑动型散射中心，进动时频曲线是多条非正弦周期曲线相叠加形式，基于理想正弦曲线模型的目标特征提取方法误差可能较大；第三，弹头目标雷达回波属于多分量信号，二次型时频分析方法虽然分辨率高但存在交叉耦合项，传统单分量信号假设模型下的目标特征提取方法可能难以实用，显然有待改进。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：在弹头目标圆环处散射点表现出的非正弦时频曲线特性情况下，利用循环幅度差矩阵和平均循环幅度差系数完成对弹头目标进动周期的精确估计。本专利技术采取的技术方案如下：第一步，弹头进动回波时频二维矩阵获取利用线性时频分析方法(如短时傅里叶分析)对空间弹头目标回波进行时频变换，以频率序列为行(记作m，m∈[0,M-1]，M是总行数)，以时间序列为列(记作n，n∈[0,N-1]，N是总列数)排列成弹头进动回波时频二维矩阵f(m,n)。第二步，计算循环幅度差矩阵从时频二维矩阵f(m,n)中第一列开始，按列计算所选取的列与矩阵f(m,n)中所有列的循环幅度差，然后取各自最小值，存成一行；依次进行上述计算，得到时频二维矩阵f(m,n)对应的循环幅度差矩阵MA，矩阵大小为N×N。第三步，计算平均循环幅度差系数从MA中第一个对角线开始，依次取出相应对角线全部元素并计算均值，得到包含N个元素的平均循环幅度差系数Am(p)，p∈[0,N-1]是MA中对角线序号。第四步，弹头进动周期估计对Am(p)的波谷位置进行搜索，然后对所有搜索到的波谷位置取平均值可得进度周期估计值。本专利技术的有益效果主要包括：第一，适应非正弦以及时频曲线断续情况。弹头圆环处散射为滑动型散射，其进动时频曲线为非正弦曲线，并且由于遮挡效应等因素影响，时频曲线呈现断续现象，而本专利技术方法对这些不理想因素具有较好的鲁棒性。第二，适应多曲线叠加耦合。弹头目标常常是多分量信号，各散射点回波对应的时频曲线在时频面叠加耦合情况比较严重，本专利技术方法能有效适应多分量信号带来的曲线叠加耦合效应。第三，目标特征提取结果精确。循环幅度差算法本身具有较好的抗虚假极值点抗干扰等有利特性，从而进一步保证了弹头进动周期估计结果准确可靠。【附图说明】图1是空间弹头模型示意图。图2是暗室测量所用弹头进动示意图。图3是时频二维矩阵图。图4是循环幅度差矩阵结果图。图5是平均循环幅度差系数结果图。【具体实施方式】下面结合附图1-5对本专利技术作进一步的说明。步骤如下：第一步，对弹头目标回波进行短时傅里叶变换。进动弹头目标圆环处散射表现为滑动型散射，如图1所示，在坐标系O-xyz(O是弹头质心亦为坐标系中心，x是横轴，y是纵轴，z是竖轴)中，弹头以O为支点围绕z轴进动，进动周期为fd是进动频率，进动角大小为θ。由雷达目标特性可知弹头回波主要由A、B、C、D和E五个强散射点回波构成。依据离散傅里叶变换形式，计算弹头目标进动回波时频二维矩阵为f(m,n)=Σ1s[l]h[n-l]e-j2πml]]>(公式一)其中，m代表频率，n代表时间，l是时间变量，s[·]是弹头目标回波序列，h[·]是窗函数，e是指数函数，j是虚数单位。图2是实测暗室测量中所用弹头进动测量示意图，进动周期Td≈3.846s。如图3所示，空间进动弹头圆环处散射点回波时频曲线是非理想正弦曲线形式，fB是散射点B对应时频曲线理论值，fC是散射点C对应时频曲线理论值。弹头目标回波是多分量信号，B、C两点时频曲线相互耦合叠加并出现断续现象，可能导致传统目标特征提取方法出现误差。第二步，从f(m,n)的n列中任意取两列n1和n2，记为f(m,n1)和f(m,n2)，计算两者的循环幅度差矩阵。循环幅度差公式为A(k;n1,n2)=Σm=0M-1||f(m,n1)|-|f(modM(m+k),n2)||]]>(公式二)其中，k∈[0,M-1]是频率变量，modM(m+k)表示m+k对M取模后的余数，f(modM(m+k),n2)表示f(m,n2)中第modM(m+k)个元素。取循环幅度差最小值并进行归一化Am(n1,n2)=mink(A(k;n1,n2))Σm=0M-1(|f(m,n1)|+|f(m,n2)|)]]>(公式三)其中mink(A(k；n1,n2))表示按k取A(k；n1,n2)中所有元素的最小值。按公式二和公式三顺序对f(m,n)中所有列两两计算循环幅度差，可得循环幅度差矩阵为MA=Am(0,0)Am(0,1)...Am(0,N-1)Am(1,0)Am(1,1)...Am(1,N-1)............Am(N-1,0)Am(N-1,1)...Am(N-1,N-1)]]>(公式四)其中，Am(0,0)表示n1＝0，n2＝0时对应的循环幅度差最小值，Am(0,1)表示n1＝0，n2＝1时对应的循环幅度差最小值，依次类推，Am(N-1,N-1)表示n1＝N-1，n2＝N-1时对应的循环幅度差最小值。图4是暗室实测弹头目标回波得到的循环幅度差矩阵。第三步，计算平均循环幅度差系数。依次取循环幅度差矩阵MA中第p个对角线上的所有元素，然后求均值可得平均循环幅度差系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种估计空间弹头进动周期的目标微动特征提取方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：弹头进动回波时频二维矩阵获取利用线性时频分析方法对空间弹头目标回波进行时频变换，以频率序列为行，记作m，m∈[0,M‑1]，M是总行数；以时间序列为列，记作n，n∈[0,N‑1]，N是总列数，排列成弹头进动回波时频二维矩阵f(m,n)；步骤二：计算循环幅度差矩阵从时频二维矩阵f(m,n)中第一列开始，按列计算所选取的列与矩阵f(m,n)中所有列的循环幅度差，然后取各自最小值，存成一行；依次进行上述计算，得到时频二维矩阵f(m,n)对应的循环幅度差矩阵MA，矩阵大小为N×N；步骤三：计算平均循环幅度差系数从MA中第一个对角线开始，依次取出相应对角线全部元素并计算均值，得到包含N个元素的平均循环幅度差系数Am(p)，p∈[0,N‑1]是MA中对角线序号；步骤四：弹头进动周期估计对Am(p)的波谷位置进行搜索，然后对所有搜索到的波谷位置取平均值得进度周期估计值。

【技术特征摘要】
1.一种估计空间弹头进动周期的目标微动特征提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：弹头进动回波时频二维矩阵获取
利用线性时频分析方法对空间弹头目标回波进行时频变换，以频率序列为行，记作m，m
∈[0,M-1]，M是总行数；以时间序列为列，记作n，n∈[0,N-1]，N是总列数，排列成弹头进动
回波时频二维矩阵f(m,n)；
步骤二：计算循环幅度差矩阵
从时频二维矩阵f(m,n)中第一列开始，按列计算所选取的列与矩阵f(m,n)中所有列的
循环幅度差，然后取各自最小值，存成一行；依次进行上述计算，得到时频二维矩阵f(m,n)
对应的循环幅度差矩阵MA，矩阵大小为N×N；
步骤三：计算平均循环幅度差系数
从MA中第一个对角线开始，依次取出相应对角线全部元素并计算均值，得到包含N个元
素的平均循环幅度差系数Am(p)，p∈[0,N-1]是MA中对角线序号；
步骤四：弹头进动周期估计
对Am(p)的波谷位置进行搜索，然后对所有搜索到的波谷位置取平均值得进度周期估计
值。
2.根据权利要求1所述的一种估计空间弹头进动周期的目标微动特征提取方法，其特
征在于：在步骤一中，对弹头目标回波进行短时傅里叶变换；进动弹头目标圆环处散射表现
为滑动型散射。
3.根据权利要求1或2所述的一种估计空间弹头进动周期的目标微动特征提取方法，其
特征在于：步骤一中所在的坐标系为O-xyz，其中，O是弹头质心也为坐标系中心，x是横轴，y
是纵轴，z是竖轴；弹头以O为支点围绕z轴进动，进动周期为fd是进动频率，进动角
大小为θ；由雷达目标特性得到弹头回波由A、B、C、D和E五个强散射点回波构成；依据离散傅
里叶变换形式，计算弹头目标进动回波时频二维矩阵为
f(m,n)=Σls[l]h[n-l]e-j2πml]]>(公式一)
其中，m代表频率，n代表时间，l是时间变量，s[·]是弹头目标回波序列，h[·]是窗函
数，e是指数函数，j是虚数单位。
4.根据权利要求3所述的一种估计空间弹头进动周期的目标微动特征提取方法，其特
征在于：进动周期Td≈3.846s；空间进动弹头...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘小义，王伟，冯德军，徐乐涛，傅其祥，顾赵宇，刘永才，刘进，肖顺平，张文明，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43