[发明专利]基于风场扰动类型的空中目标发现方法

说明书

技术领域

本发明涉及目标探测技术领域，尤其是一种基于风场扰动类型的空中目标发现方法。

背景技术

空中飞机目标在运动时会对大气风场产生无法隐蔽的扰动信息——尾涡风场扰动，其扰动强度处在几十米每秒左右，持续时间长达几十秒甚至几百秒，纵向扩展距离可至十几公里以外，横向扩散直径达到一百米以上。由于风场扰动尺度远大于目标本体，扰动的可探测性特征也远强于目标自身，故而，相比于直接扫描探测目标本体而言，探测其风场扰动会更加方便有效，能够在较大范围内更快速地发现目标。此外，激光雷达通过对空域内大气风场实施不间断扫描，能够远距离、高精度探测获取风场扰动信息。目前，还没有出现通过激光探测空域内的风场扰动，以间接实现空域中飞机目标的快速发现的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现特定空域内大范围、远距离、高效率的空中飞机目标快速探测的基于风场扰动类型的空中目标发现方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于风场扰动类型的空中目标发现方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）获取风场扰动信息：针对需重要防护空域的背景大气风场进行统计建模，并利用激光雷达不间断扫描来完成空域内扰动大气风场的实时探测；

（2）鉴别风场扰动类型：判断出该风场扰动的类型为飞机尾涡扰动场一类的目标风场扰动，或是自然风场扰动；

（3）发现空中目标检测：若为目标风场扰动，则可认为空域内发现运动目标，并且是飞机；反之，则判定空域内无飞机目标存在。

由上述技术方案可知，本发明通过对飞机尾涡的建模与对激光测风雷达数据的处理，可以获取空域内的风场扰动数据分布，实现对大气风场的扰动检测；通过针对飞机尾涡的特征分析，建立相应的判据算法与准则，实现对大气风场扰动类型的区分，判断出是否属于自然风场扰动还是人工扰动，解决了对大气风场扰动的判别难题；通过风场扰动的涡旋结构特征等探测参数的处理，实现对空中目标的快速检测发现，解决了对特定空域内大范围、远距离、高效率的飞机目标的快速发现问题。

附图说明

图1为尾涡激光横向探测方式下径向速度与切向速度间的关系示意图；

图2为空客A-340的尾涡回波多普勒谱仿真数据；

图3为B-2飞机的尾涡回波多普勒谱仿真数据；

图4为风场扰动回波数据预处理流程图；

图5为基于多普勒谱特征的风场扰动鉴别算法流程图；

图6为径向速度与切向速度间的坐标关系示意图。

具体实施方式

一种基于风场扰动类型的空中目标发现方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）获取风场扰动信息：针对需重要防护空域的背景大气风场进行统计建模，并利用激光雷达不间断扫描来完成空域内扰动大气风场的实时探测；

（2）鉴别风场扰动类型：基于多普勒谱特征的风场扰动鉴别算法或判决准则，区分出风场扰动的类型，判断出该风场扰动的类型为飞机尾涡扰动场一类的目标风场扰动，或是自然风场扰动；

（3）发现空中目标检测：若为目标风场扰动，则可认为空域内发现运动目标，并且是飞机；反之，则判定空域内无飞机目标存在

以下对本发明进行进一步的说明。

为构建出尾涡回波多普勒谱模型，可先确定尾涡的多普勒速度（径向速度）分布规律。此处，结合飞机尾涡的切向速度分布模型，分析尾涡在激光横向探测方式（RHI扫描方式）下的径向速度分布特性。

图1中，目标飞机沿X轴正向飞行，地基激光雷达在YZ平面内对飞机飞行中的左右机翼产生一对尾涡进行扇形扫描。假设左右尾涡涡核中心分别为O₁和O₂，且与激光雷达的径向距离为R_O1和R_O2，扫描仰角为α_O1和α_O2。若选取右翼尾涡上任意一点O作为研究对象，其相对于激光雷达的径向距离为R_O，扫描仰角为α_O，且尾涡在该点处具有垂直于涡核半径方向的切向速度V_T(r)，其在激光雷达扫描方向上的投影为该点处的径向速度V_R(r,θ)，其中r表示点O距涡核中心O₂的距离，θ为尾涡截面上该点的半径方向与Y轴正向间的夹角。通过分析图中各种速度间的角度关系，尾涡截面上O点处的切向速度V_T(r)与径向速度V_R(r)间的夹角γ可表示为