劉詩(shī)超，劉敏名

（1.海裝駐南昌地區(qū)軍事代表室，江西 南昌，330024；2航空工業(yè)洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別是指雷達(dá)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，對(duì)所獲取的回波信息進(jìn)行分析，從而確定目標(biāo)的種類、型號(hào)等屬性的技術(shù)。盡管雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別應(yīng)用范圍很廣，并且在某些層面有了成功的應(yīng)用，但是雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)還未形成完整的理論體系，現(xiàn)有的雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)在功能上存在一定的局限性，其主要原因是目標(biāo)類型和雷達(dá)體制的多樣化及所處環(huán)境的極端復(fù)雜性。

雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別需要從目標(biāo)的雷達(dá)回波中提取出目標(biāo)的有關(guān)信息標(biāo)志和穩(wěn)定特征，并判明其屬性[1]。對(duì)所獲取的目標(biāo)信息進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理，與已知目標(biāo)的特性進(jìn)行比較，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)的目的。

1 機(jī)載雷達(dá)對(duì)艦船目標(biāo)的識(shí)別技術(shù)現(xiàn)狀

雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別需要從目標(biāo)反射回來(lái)的雷達(dá)回波中選取目標(biāo)的穩(wěn)定特征信息判別其屬性。根據(jù)散射理論，當(dāng)電磁波照射到物體，目標(biāo)的大小、形狀、方位以及材料導(dǎo)致雷達(dá)接收的回波信號(hào)不同。常規(guī)雷達(dá)目標(biāo)特征信息隱含于雷達(dá)回波 （復(fù)數(shù)值）之中，通過特定的波形設(shè)計(jì)和對(duì)回波幅度與相位的處理、分析與變換，可以得到雷達(dá)散射截面及其起伏統(tǒng)計(jì)模型、角閃爍以及統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)、目標(biāo)計(jì)劃散射矩陣、目標(biāo)多散射中心分布等參量，它們表征了雷達(dá)目標(biāo)的固有特征[2]。

隨著寬帶和超寬帶雷達(dá)的發(fā)展，能夠獲取目標(biāo)的一維雷達(dá)像和二維雷達(dá)像，而這些雷達(dá)像包含了更多有利于目標(biāo)識(shí)別的信息。根據(jù)成像方式不同，雷達(dá)成像識(shí)別技術(shù)大致可以分為兩大類：基于一維距離像的雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別和基于二維成像的雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別[3]。借助于成像雷達(dá)，如激光雷達(dá)、合成孔徑(SAR)、逆合成孔徑(ISAR)、無(wú)線電攝像機(jī)、近毫米波雷達(dá)等獲取目標(biāo)的二維微波像，為目標(biāo)的檢測(cè)和識(shí)別展示了廣闊的前景。而獲取一維距離像要容易的多，采用寬帶信號(hào)作匹配接收即可。

目前，用于地（海）基平臺(tái)雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)艦船進(jìn)行識(shí)別的技術(shù)主要是高分辨率距離像和ISAR[3]。對(duì)陸基固定雷達(dá)系統(tǒng)而言，平臺(tái)顯然無(wú)須運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，這是在陸基固定雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用ISAR技術(shù)雷達(dá)的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。在理想情況下，岸基監(jiān)視用雷達(dá)應(yīng)位于海平面之上，其觀測(cè)方向上檢測(cè)海上目標(biāo)時(shí)應(yīng)毫無(wú)遮擋；而在艦載平臺(tái)上，雷達(dá)對(duì)海上目標(biāo)應(yīng)用高分辨率識(shí)別模式的距離卻受地球曲率的限制，故其應(yīng)盡可能地裝配在艦船上較高的位置。對(duì)水面目標(biāo)識(shí)別的重點(diǎn)應(yīng)是具有潛在威脅的小型艦船，比如巡航艇和滲透用橡皮艇。如果艦載平臺(tái)在水面轉(zhuǎn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)，為了生成清晰的高分辨率目標(biāo)特征信號(hào)，須對(duì)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)做運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。

對(duì)機(jī)載平臺(tái)所載雷達(dá)系統(tǒng)，可采用SAR和ISAR模式，并將兩種技術(shù)的探測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合處理[3]。具體的實(shí)際應(yīng)用取決于雷達(dá)的積累時(shí)間和艦船目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)情況。對(duì)于復(fù)雜程度較低的應(yīng)用環(huán)境，也可以采用高距離分辨率技術(shù)探測(cè)水面艦只，在這種情況下，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償仍是重要的問題。

目前應(yīng)用于艦船目標(biāo)的雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)總結(jié)如表1所示。

表1應(yīng)用于艦船目標(biāo)的雷達(dá)識(shí)別技術(shù)

2 現(xiàn)有機(jī)載雷達(dá)常采取的目標(biāo)識(shí)別技術(shù)

現(xiàn)有機(jī)載雷達(dá)采用最多的是基于高分辨率雷達(dá)成像的目標(biāo)識(shí)別技術(shù)。高分辨率距離像是一種一維圖像技術(shù)，其將目標(biāo)剖分為徑向距離單元。利用覆蓋大帶寬的波形信號(hào)，可獲得關(guān)于對(duì)象的距離像。它是用寬帶雷達(dá)信號(hào)獲取的目標(biāo)散射點(diǎn)復(fù)子回波在雷達(dá)射線上投影的向量和，它提供了目標(biāo)散射點(diǎn)沿距離方向的分布信息，其特點(diǎn)是通過發(fā)出某一波長(zhǎng)的高頻信號(hào)，通過反射成像時(shí)間和位置，從而得出高分辨率距離像，具有目標(biāo)重要的結(jié)構(gòu)特征，對(duì)目標(biāo)識(shí)別與分類十分有價(jià)值，因而成為雷達(dá)自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別的新技術(shù)[4]。目前，通過多種方式可獲得大帶寬波形信號(hào)，而實(shí)際中采用的波形則取決于其生成技術(shù)能否整合進(jìn)雷達(dá)系統(tǒng)。而最實(shí)用、也是非常普及采用的波形生成方式多采用步進(jìn)頻率波形。

步進(jìn)頻率合成帶寬技術(shù)能在帶限成像雷達(dá)系統(tǒng)里獲取我們期望的高距離分辨率，這種方法成為獲取大帶寬波形信號(hào)最具吸引力的解決方法。線性調(diào)頻信號(hào)，也就是我們通常所說(shuō)的Chirp波形，其距離分辨率與信號(hào)帶寬成反比。因此距離分辨率受限于雷達(dá)接收器和發(fā)射器的瞬時(shí)帶寬。步進(jìn)頻率合成帶寬技術(shù)的基礎(chǔ)思想就是發(fā)射兩個(gè)或多個(gè)具有一定子帶寬的Chirp脈沖信號(hào)，其中心頻率以一定的頻率步長(zhǎng)提高，回波信號(hào)使用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)聯(lián)合各個(gè)Chirp的子帶寬得到一個(gè)寬帶寬的合成信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)高距離分辨[4]。目前，500～600MHz帶寬的線性調(diào)頻信號(hào)的處理技術(shù)比較成熟，在此基礎(chǔ)上采用步進(jìn)頻率合成帶寬技術(shù)很容易就能得到1.8GHz甚至以上的大帶寬信號(hào)，這樣，獲得分米級(jí)的高距離分辨率也變得容易實(shí)現(xiàn)。

頻率步進(jìn)高距離分辨率技術(shù)的基本原理是以已知頻率分量合成極短的脈沖。應(yīng)用頻率步進(jìn)技術(shù)的第一步是建立窄脈沖頻譜。脈寬為Δτ的脈沖可以用其帶寬的倒數(shù)表示，如1/B，如圖1所示為帶寬為B的脈沖采樣。該技術(shù)的目的是用低帶寬信號(hào)的增量合成初始高分辨率脈沖。如圖1所示，可以考慮用一組采樣頻率來(lái)覆蓋初始脈沖的帶寬。合成的信號(hào)是將脈寬為Δτ的脈沖合成進(jìn)載波頻率fc?？梢詮膱D中看到，信號(hào)的帶寬B由N個(gè)頻率構(gòu)建，頻率間的排列間隔為B/(N-1)。這些頻率分量都是脈寬為τ的正弦波，它們的帶寬都較低，它們?cè)趫D中用虛線表示。

圖1在N個(gè)頻率上采樣信號(hào)帶寬脈沖占據(jù)B/(N-1)個(gè)間隔

采用步進(jìn)頻率合成帶寬技術(shù)，可以在不增加系統(tǒng)瞬時(shí)帶寬的情況下，通過數(shù)字信號(hào)處理的手段獲得寬帶寬信號(hào)，進(jìn)而獲得高距離分辨率。這種方法是目前應(yīng)用較為廣泛的超寬帶高分辨雷達(dá)波形的實(shí)現(xiàn)方法。運(yùn)用這種方法由子脈沖合成得到的信號(hào)與寬帶寬信號(hào)的頻譜和距離分辨率是一致的。

3 數(shù)學(xué)仿真分析結(jié)果

通過島嶼與船只雷達(dá)回波的尺度特征，可對(duì)島礁和靜止小型船只進(jìn)行分類，分類識(shí)別概率受島礁與船只的尺度差異性影響。當(dāng)島礁超過船只尺度較大時(shí)，能夠可靠區(qū)分船只與島礁。通過試驗(yàn)采集某小型船只與島礁的距離像數(shù)據(jù)，通過數(shù)學(xué)仿真分別提取船只與島礁的尺度特征信息，數(shù)據(jù)見圖2～圖4。

圖2目標(biāo)船只距離像

圖3背景小島礁距離像

從數(shù)據(jù)仿真結(jié)果可以看出，處理得到的背景小島礁與目標(biāo)船只的尺度信息差異明顯，利用一維距離像計(jì)算尺度信息并合理設(shè)置門限，可有效對(duì)目標(biāo)和背景小島礁進(jìn)行分類識(shí)別檢測(cè)。

圖4目標(biāo)船只和背景小島礁尺度信息差異

4 結(jié)論

由于形勢(shì)和環(huán)境的變化，對(duì)機(jī)載雷達(dá)提出了島岸背景艦船的目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別能力的新要求。要區(qū)分判別島岸背景與艦船，必須選用穩(wěn)定可靠的目標(biāo)特征。根據(jù)以上分析與仿真驗(yàn)證，可采用距離高分辨技術(shù)對(duì)目標(biāo)與背景進(jìn)行高分辨距離成像，提取目標(biāo)的距離維尺度特征，通過尺度信息差異從而區(qū)分判別目標(biāo)船只與島岸背景。該技術(shù)可用于區(qū)分海域中的島礁、小型艦艇、大型艦船等尺度差異較大的目標(biāo)與背景。當(dāng)然，從目前來(lái)看，用單一的技術(shù)完全解決雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別問題是十分困難的。問題的解決有賴于多種技術(shù)的綜合運(yùn)用。針對(duì)單一方法存在的各自局限性，可以考慮將多種技術(shù)相結(jié)合，以提高正確識(shí)別率。