基于风场扰动特征的空中目标分类方法技术

本发明专利技术涉及一种基于风场扰动特征的空中目标分类方法，该方法包括下列顺序的步骤：风场扰动特征解算：通过空中目标风场扰动特征解算算法，准确提取尾涡涡核位置、涡核半径、涡核间距以及涡流环量的风场扰动特征参数；类型识别特征反演：根据空中目标类型识别特征反演算法，反演出目标航迹特征、物理特征以及运动特征的类型识别特征参数；空中目标属性识别：通过输入待识别飞机目标的类型识别特征参数，来输出待识别飞机目标的类别属性。本发明专利技术解决了空中目标风场扰动特征的提取问题、从风场扰动特征到目标自身特征的反演问题以及基于对特定空域大气风场的激光雷达探测实现对空中飞机目标的分类识别问题。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及目标分类
，尤其是一种基于风场扰动特征的空中目标分类方法。
技术介绍
空中目标属性识别存在着非合作性、先验知识少、样本数据缺乏等固有不足，尤其是对于一些低可探测目标，其目标特征信息难以准确获取，遭遇到“特征信息获取受限”的瓶颈难题。尽管当前国内外在空中目标自动识别领域的研究已取得众多成果，但空中目标自动分类和辨识方面还需进一步探索。然而，空中目标风场扰动特征与目标重量、翼展以及飞行速度等其它特征密切关联。因而，在激光探测风场扰动并发现空域内存在飞机目标的基础上，有望进一步利用风场扰动特征反演出飞机相应特征，以用于识别空中飞机目标的 类别属性，继而实现空中飞机目标的自动分类。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过解算风场扰动特征来反演获取目标识别特征，从而间接实现空中飞机目标的自动分类的基于风场扰动特征的空中目标分类方法。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案一种基于风场扰动特征的空中目标分类方法，该方法包括下列顺序的步骤(I)风场扰动特征解算激光雷达探测获取风场扰动，完成风场扰动类型鉴别和实现空中目标检测发现，通过空中目标风场扰动特征解算算法，准确提取尾涡涡核位置、涡核半径、涡核间距以及涡流环量的风场扰动特征参数；(2)类型识别特征反演基于步骤(I)获取的风场扰动特征，根据空中目标类型识别特征反演算法，反演出目标航迹特征、物理特征以及运动特征的类型识别特征参数；(3)空中目标属性识别根据空中飞机目标的种类，设计飞机目标分类原则，并利用分类算法，通过输入待识别飞机目标的类型识别特征参数，来输出待识别飞机目标的类别属性。由上述技术方案可知，本专利技术通过给出的空中目标风场扰动特征解算算法，准确提取尾涡涡核位置、涡核半径、涡核间距以及涡流环量等风场扰动特征参数，解决了空中目标风场扰动特征的提取问题；通过空中目标类型识别特征反演算法，反演出目标航迹特征、物理特征以及运动特征等类型识别特征参数，解决了从风场扰动特征到目标自身特征的反演问题；通过对目标自身特征的处理，利用相应的分类算法，实现对飞机目标类别属性的判别，解决了基于对特定空域大气风场的激光雷达探测实现对空中飞机目标的分类识别问题。附图说明图I为空中目标风场扰动特征解算流程图2为尾涡扰动场激光横向探测示意图；图3为空中目标类型识别特征反演原理图；图4为基于多部激光雷达同时探测的空中目标航迹特征获取示意图；图5为坐标系转换中的各变量间几何关系不意图；图6为基于熵权评判的空中飞机分类模型框图。具体实施例方式一种基于风场扰动特征的空中目标分类方法，该方法包括下列顺序的步骤(1)风场扰动特征解算激光雷达探测获取风场扰动，完成风场扰动类型鉴别和实现空中目标检测发现，通过空中目标风场扰动特征解算算法，准确提取尾涡涡核位置、涡核半径、涡核 间距以及涡流环量的风场扰动特征参数；(2)类型识别特征反演基于步骤(I)获取的风场扰动特征，根据空中目标类型识别特征反演算法，反演出目标航迹特征、物理特征以及运动特征的类型识别特征参数；(3)空中目标属性识别根据空中飞机目标的种类，设计飞机目标分类原则，并利用分类算法，通过输入待识别飞机目标的类型识别特征参数，来输出待识别飞机目标的类别属性。在背景大气风场的统计建模和扰动大气风场的实时探测基础上，研究提出了空中目标风场扰动(尾涡扰动场)特征解算算法，以获取风场扰动的分布数据和解算风场扰动的特征参数。图I给出了空中目标风场扰动特征解算流程。图I表明，空中目标风场扰动特征解算主要包括三个流程背景大气风场统计建模、扰动大气风场实时探测以及尾涡扰动场解算处理。①背景大气风场统计建模通过长期观察监测某地区空域内的背景大气状况，建立起基于观测资料的统计特征模型，以获取该空域背景大气风场运动变化规律和环境参数，如大气密度，当地重力加速度等等，进而创建出该地区的背景大气风场数据库。②扰动大气风场实时探测激光雷达以一定速率不间断实时扫描特定空域内大气风场，并通过风场后向散射回波信号的反演处理，获取空域内实时的扰动大气风场数据。③尾涡扰动场解算处理其主要是指获取尾涡扰动场分布数据和提取扰动场特征参数。基于统计建模形成的背景大气风场数据库，对实时探测获取的扰动大气风场数据进行处理，这里主要是指滤除叠加在其上的背景大气风场，进而完成从实测的扰动大气风场中提取出风场扰动数据。但由于风场扰动通常存在着诸如大气紊流和高空风切变等多种类另IJ，因而，此处需首先针对获取的风场扰动进行类型判决，鉴别该扰动是飞机引发的尾涡扰动场还是诸如大气紊流或风切变等其它类型的风场扰动。通常，尾涡涡核位置可以认为是飞机尾涡风场扰动的中心，也是飞机机翼翼尖与其周围大气风场发生相互作用的地方。因而，飞机所处位置与其引发风场扰动的中心点较为接近，在短时间内可以近似认为它们处在同一水平高度。所以，精确解算获取尾涡涡核位置成为了后续准确反演空中飞机目标的飞行高度的关键。本申请针对空中目标风场扰动采用的是激光横向探测方式(RHI扫描方式)，其可提供激光扫描扇面内各点的坐标信息，即径向距离R和仰角a。图2所示为尾涡扰动场激光横向探测示意图。尾涡扰动场特性建模发现，在尾涡的涡核处具有最大的正切向速度和最小的负切向速度，其会导致此处的多普勒回波频谱因尾涡的速度分布特性而发生强烈的展宽效应，而此点恰可作为判定涡核位置所在的重要依据。此外，对于LIDAR探测尾涡所获得的多普勒频谱，可使用固定阈值技术滤除频谱噪声的影响，来获取尾涡的正径向速度包络匕+(尺《)和负径向速度包络G(足《0。因此,可在正向速度包络曲线4+(足的上寻找到最大速度值点的位置坐标⑶sax，《sax)和负向速度包络上最小速度值点位置坐标将两坐标点连线的中点坐标作为左右涡核中心的位置坐标估计值(Rw，a0i),具体如(I)式所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于风场扰动特征的空中目标分类方法，该方法包括下列顺序的步骤：（1）风场扰动特征解算：激光雷达探测获取风场扰动，完成风场扰动类型鉴别和实现空中目标检测发现，通过空中目标风场扰动特征解算算法，准确提取尾涡涡核位置、涡核半径、涡核间距以及涡流环量的风场扰动特征参数；（2）类型识别特征反演：基于步骤（1）获取的风场扰动特征，根据空中目标类型识别特征反演算法，反演出目标航迹特征、物理特征以及运动特征的类型识别特征参数；（3）空中目标属性识别：根据空中飞机目标的种类，设计飞机目标分类原则，并利用分类算法，通过输入待识别飞机目标的类型识别特征参数，来输出待识别飞机目标的类别属性。

【技术特征摘要】
1.一种基于风场扰动特征的空中目标分类方法，该方法包括下列顺序的步骤 (1)风场扰动特征解算激光雷达探测获取风场扰动，完成风场扰动类型鉴别和实现空中目标检测发现，通过空中目标风场扰动特征解算算法，准确提取尾涡涡核位置、涡核半径、涡核间距以及涡流环量的风场扰动特征参数； (2)类型识别特征反演基于步骤(I)获取的风场扰动特征，根据空中目标类型识别特征反演算法，反演出目标航迹特征、物理特征以及运动特征的类型识别特征参数； (3)空中目标属性识别根据空中飞机目标的种类，设计飞机目标分类原则，并利用分类算法，通过输入待识别飞机目标的类型识别特征参数，来输出待识别飞机目标的类别属性。2.根据权利要求I所述的基于风场扰动特征的空中目标分类方法，其特征在于所述的风场扰动特征解算包括背景大气风场统计建模、扰动大气风场实时探测以及尾涡扰动场解算处理。3.根据权利要求I所述的基于风场扰动特征的空中目标分类方法，其特征在于所述的类型识别特征反演包括目标航迹特征反演、目标物理特征反演以及目标运动特征反演。4.根据权利要求2所述的基于风场扰动特征的空中目标分类方法，其特征在于所述的背景大气风场统计建模是指通过长期观察监测某地区空域内...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡以华，雷武虎，赵楠翔，吴永华，闫飞，石亮，王迪，焦均均，顾有林，蔡晓春，
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：