[发明专利]基于硬判决的分布式真假弹头识别方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，是一种用于识别真假弹头的分布式方法，基于LOUD(Locally Optimal Unknown Direction)检测器和硬判决检测算法。

背景技术

弹道导弹以其射程远、威力大、精度高和生存能力强等优点已成为现代战争的“杀手锏”武器之一。随着弹道导弹技术的发展，弹道导弹防御系统应运而生。真假弹头目标识别是弹道导弹反导系统中的关键和难点，近年来得到了国内外的广泛关注。

弹道导弹的弹道分为助推段、中段(自由段)和再入段。在助推段防御弹道导弹，需要防御系统进行前置部署，这是较难实现的；在再入段防御弹道导弹，留给防御系统的反应时间极短，拦截成功几率较低；而相对之下，自由飞行段占整个弹道时间的80％～90％以上，可拦截时间长并且防御面积大，是防御系统的首选识别和拦截阶段。在弹道中段，真假弹头目标质心做轨道运动的差异很小，难以用于识别。假弹头具有与真弹头相似的外形和表面材料，因而假弹头的电磁散射特性、运动特性等多方面与真弹头相近，这增加了真假弹头目标识别和拦截的难度。

弹头在弹道自由段要进行姿态控制，以保持在再入大气层时飞行的稳定性来提高弹头命中精度。自旋是弹头自由段常用的姿态控制方式，若假弹头没有采取姿态控制，会出现翻滚等随机运动方式。假弹头释放过程中产生的横向干扰使弹头类目标产生进动，即目标的自旋轴绕空间某定向对称轴旋转。由动力学分析可知，目标进动的快慢和章动角的大小由目标的质量分布特性决定。因而，假弹头与真弹头质量分布的不同将直接导致进动参数的差异。真假弹头在微动特征上的差异为真假弹头识别问题提供了理论依据。

分置天线MIMO雷达系统的发射机和接收机是分开的，天线阵元间距离满足远场条件，使得各个阵元发射的信号独立，由此获得空间分集增益，从多个角度观察目标，从而提取目标更细微的信息。MIMO雷达发射相互独立且正交的信号，在接收机端经过匹配滤波器分离出各路波形信号，从而引入了更多的观测通道和自由度，与传统相控阵雷达相比极大地提高了雷达的总体性能。分置天线MIMO雷达有着优良的目标检测能力及反隐身、抗摧毁特性，可用于检测远距离弱小目标和较小差异。利用MIMO雷达对弹头目标进行观测，能够检测出精细准确的微动特征上的差异，是解决真假弹头识别问题的可行方法。

状态空间模型包括状态转移方程和观测方程，描述了系统内部变化对系统输出的影响：

x_k+1＝F_k+1x_k+G_k+1u_k+w_k+1(1)

z_k＝Hx_k+e_k(2)

其中x_k是k时刻弹头目标的状态向量，包括位置、速度等信息，u_k是k时刻的系统输入向量，系统状态噪声w_k+1建模为高斯随机向量，满足分布F_k+1是状态转移矩阵，G_k+1是系统输入向量u_k的系数矩阵；z_k是k时刻MIMO雷达观测向量，e_k是k时刻的系统观测噪声，假设其服从高斯分布，即H是观测矩阵。

由上述对真假弹头运动特征的分析可知，真假弹头微动特征的差异表现在进动参数等之中，也就是F_k+1与G_k+1之中。这里将问题简化为状态转移模型中G_k+1相同而F_k+1不同的情形。真假弹头识别问题由此建模为二元假设检验问题：在弹道中段的真假弹头以同一运动状态飞行，并且在真假弹头分离之前其状态转移矩阵保持不变，即F_k+1＝F₀，其中F₀表示初始时刻的状态转移矩阵；在n时刻真假弹头分离，由于真弹头具有姿态控制系统，其状态转移矩阵F_k+1保持不变仍为F₀，对应于H₀假设；而假弹头由于缺少此类控制装置，或质量及质量分布不会与真弹头完全相同，其对应的参数矩阵发生变化，F_k+1＝F_c≠F₀，对应于H₁假设：