全极化信息在箔条假目标鉴别中的应用研究*

吴盛源，张小宽，袁俊超，肖军

(空军工程大学 防空反导学院，陕西 西安 710051)

全极化信息在箔条假目标鉴别中的应用研究*

吴盛源，张小宽，袁俊超，肖军

(空军工程大学 防空反导学院，陕西 西安 710051)

极化信息在抗箔条干扰，防止导弹脱靶等方面具有重要的应用价值。首先定义了共极化比和垂直共交极化比，分析了箔条假目标和飞机目标的极化比特性。然后针对均匀取向箔条云，提出了以共极化比和垂直共交极化比为联合鉴别量的箔条假目标鉴别新方法，并设计了鉴别算法。对某典型飞机目标的仿真结果表明，该鉴别方法对箔条假目标的鉴别率能达到95%以上。仿真结果证明了该鉴别算法的可行性和有效性。

极化比；箔条假目标；鉴别算法；鉴别率；极化信息；跟踪

0 引言

箔条干扰是应用最早和最广的消极干扰，飞机和舰船在对抗来袭导弹时经常投放箔条，欺骗雷达跟踪散射强度很强的箔条云，从而摆脱导弹的跟踪[1-3]。能否有效对抗雷达目标释放的箔条干扰，成为决定防空反导作战效能的关键因素。

极化是电磁波除幅度、频率和相位之外另一可供利用的重要属性。利用极化信息抗箔条干扰的研究已经很多[4-11]，雷达角度分辨率较低时，雷达目标与箔条云在同一分辨单元，通常采用极化对比增强或极化滤波的方法[4-5]；雷达分辨率较高时，雷达目标与箔条云可分辨，通常采用极化识别的方法[7-11]。文献[7]研究了极化RCS比的概率密度函数，提出了以极化RCS比为鉴别量的飞机目标与箔条假目标识别方法；文献[8]通过对舰船目标和箔条假目标双极化特性分析，提出可以用极化角作为特征量实现对舰船和箔条的鉴别；文献[9]利用非线性极化变换和极化平滑处理获得了极化振幅比，用于鉴别箔条假目标。但是以上文献要么只提取一个鉴别量，要么没有给出具体的鉴别概率，对箔条假目标的鉴别效果有待进一步验证。基于此，本文以某型飞机为研究对象，分析了箔条假目标和飞机目标的极化特性差异，以共极化比和垂直共交极化比为鉴别量，继续研究箔条假目标的鉴别问题。

1 箔条目标和飞机目标极化特性分析

1.1 极化散射矩阵与极化比

Sinclair最早提出极化散射矩阵的概念，它是一个2×2的矩阵，用以表示发射和接收的极化电磁波矢量Et和Er之间的关系[12-13]。即

(1)

式中：“hh”表示水平发射水平接收；“hv”表示垂直发射水平接收。

定义ρ共=Svv/Shh为共极化比，ρ交=Svv/Shv为垂直共交极化比。

1.2 极化比特性分析

单根箔条空间坐标系如图1所示，θt为入射方向与z轴的夹角，θ为箔条与z轴的夹角，φ为箔条在Oxy平面内的投影与x轴的夹角。

图1 箔条空间坐标系Fig.1 Space coordinates of chaff

(2)

(3)

(4)

文献[8]通过理论推导和仿真分析，得出3种分布的箔条假目标垂直共交极化比绝对值都小于8 dB。

文献[15]对均匀取向箔条云的散射波总能量与入射极化关系进行研究，推导得到共极化RCS为

(5)

交叉极化RCS为

(6)

式中：G=0.43Nλ2；λ为入射波波长；N为箔条数；(γ，φ)为入射波的极化相位描述子。

则箔条云的全极化RCS为

(7)

因此，均匀取向箔条云全极化RCS只与入射波频率以及箔条数有关，而与入射波的极化方式无关，其共极化比等于0 dB。

以某型飞机目标为研究对象，分析飞机目标极化比特性。借助电磁仿真软件FEKO获得其0俯仰面多极化RCS以及极化比变化如图2，3所示。

图2 零度俯仰面多极化RCSFig.2 RCS in pitch surface

图3 零度俯仰面极化比Fig.3 Polarization ratio in pitch surface

由图2，3可知，在多数角度下，飞机目标的共极化比与垂直共交极化比绝对值较大。机头方向为目标的隐身区，在该区域目标极化比绝对值较小，范围为0～10 dB，机身侧向目标的RCS较大，在该区域目标极化比绝对值较大，范围为5～30 dB。而飞机在进攻时，为了实现隐身，通常采取战术机动，将头向区域对着雷达，因此，只提取共极化比或垂直共交极化比中任何一个作为鉴别量，都不能获得有效的鉴别效果。

2 极化鉴别量提取与鉴别算法

2.1 鉴别特征量提取

通过对箔条目标和飞机目标的极化比特性进行分析可知，考虑交叉极化大于共极化的情形，箔条假目标的垂直共交极化比绝对值小于8 dB，而飞机目标垂直共交极化比的绝对值普遍大于8 dB；箔条假目标的共极化比绝对值等于0 dB，而飞机目标共极化比绝对值远大于0 dB。因此，将垂直共交极化比绝对值和共极化比绝对值构成极化参数集，即

(8)

将R作为鉴别量，用以实现对飞机目标和箔条假目标的有效鉴别。

2.2 极化鉴别算法

(9)

算法流程图如图4所示，首先基于全极化雷达获得目标极化散射矩阵，由极化散射矩阵求得垂直共交极化比绝对值和共极化比绝对值，与相应的门限值比较，如果垂直共交极化比绝对值小于8 dB，且共极化比绝对值小于5 dB，则判定该目标是箔条假目标，否则判定该目标是飞机目标。

图4 鉴别流程图Fig.4 Flow chart of discrimination flow

3 仿真分析

图5 全空域极化参数集分布Fig.5 Distribution of the full spatial polarization parameters

由图5可知，飞机目标的全空域极化参数集中，只有少数点位于共极化比绝对值小于5 dB的区域，也只有少数点位于共交极化比绝对值小于8 dB的区域，同时位于2个区域的点更少。以5 dB为共极化比的门限，8 dB为共交极化比的门限，对全空域数据进行鉴别，获得不同鉴别量下的鉴别率如表1。

表1 不同鉴别量下的鉴别率比较Table 1 Comparison of the discrimination rate under different discrimination amount (%)

由表可知，采用单一鉴别量的鉴别方法，鉴别率低于85%，而以极化参数集为鉴别量的鉴别率，鉴别率能达到95%以上，说明本文提出的鉴别方法能实现对箔条假目标的有效鉴别。

4 结束语

极化信息在军事方面具有很高的应用价值，随着极化理论和极化技术的进一步发展，不同的鉴别量和鉴别方法将相继被提出，极化信息在抗箔条干扰方面的应用将更加广泛。

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[14] 李金梁，王雪松，李永祯.箔条云散射的极化统计特性[J].电子学报，2010，38(3)：714-719. LI Jin-liang，WANG Xue-song，LI Yong-zhen.Statistics Characteristics of Polarimetric Scattering from Chaff[J].Acta Electronica Sinica，2010，38(3)：714-719.

[15] 李金梁，曾勇虎，申绪涧，等.均匀取向箔条云的RCS极值研究[J].雷达科学与技术，2012，10(3)：316-319. LI Jin-liang，ZENG Yong-hu，SHEN Xu-jian，et al.Study on RCS Extremum for Uniformly Oriented Chaff Cloud[J].Radar Science and Technology，2012，10(3)：316-319.

Application of Full Polarimetric Information in Chaff Decoy Indentification

WU Sheng-yuan，ZHANG Xiao-kuan，YUAN Jun-chao，XIAO Jun

(Air Force Engineering University，Air and Missile Defense College，Shaanxi Xi’an 710051，China)

Polarization information plays an important role in anti chaff jamming and preventing missile from missing the target. Firstly, two polarization ratios are defined, and the polarization ratio characteristics of chaff decoy and airplane are analyzed. Then, a new method is proposed to discriminate the chaff cloud using the two polarization ratios, and the identification algorithm is designed. The simulation results show that the new method could get more than 95% discrimination ratio to the chaff decoy. Thus, the feasibility and effectiveness are proved.

polarization ratio；chaff decoy；identification algorithm；discrimination rate；polarization information；tracking

2016-05-23；

2016-09-02

吴盛源(1991-)，男，福建漳州人。硕士生，主要研究方向为雷达目标特性及其应用。

通信地址：710051 甘肃省张掖市山丹县南湖路25号 E-mail：wushy1991@163.com

10.3969/j.issn.1009-086x.2017.03.019

TN974；TP391.9

A

1009-086X(2017)-03-0118-04