[发明专利]直升机防撞雷达一维距离像目标特征提取和识别方法

说明书

本发明公开了一种直升机防撞雷达一维距离像目标特征提取和识别方法，包括以下步骤：S1、将雷达接收的回波信号进行FFT运算获得一维距离像；S2、对一维距离像数据进行两级门限检测；S3、以确定目标散射点集合点迹为中心进行目标聚类；S4、对聚类后的目标散射点集合，提取特征参数特征形成未知目标特征向量；S5、通过训练算法建立专家知识库，依据专家知识库对未知目标特征向量进行决策树识别判决，得到目标属性识别结果；S6、利用电力线布拉格散射效应和塔线群组特性进行电力线确认，输出目标识别结果。本发明提取的特征鲁棒性好、正确识别率高，能有效分辨电力线、铁塔、烟囱、测风塔等直升机典型障碍物，并具有很好的杂波抑制性能。

技术领域

本发明涉及直升机防撞技术领域，具体涉及一种直升机防撞雷达一维距离像目标特征提取和识别方法。

背景技术

直升机是一种机动性能非常好的空中平台，因其低空、低速、可垂直起降等诸多优点而在多个领域被广泛应用。直升机执行任务时，经常会采取低空或超低空飞行，其面临的地面环境非常复杂，遍布的灌木、森林、丘陵、高压电力网以及烟囱、测风塔等人工建筑，严重威胁着低空飞行的直升机的安全。解决直升机避障的有效手段之一是采用防撞雷达预警避障。毫米波防撞雷达因其体积小、重量轻、波束窄、功耗低，并具有全天侯、全天时工作的优点，在直升机障碍物检测设备中占据重要地位。早期的防撞雷达利用电力线周期性结构带来的布拉格散射特性进行目标检测，由于电力线RCS小、回波信号弱，单纯通过布拉格效应检测发现概率低、受地物影响大。基于塔线群组特性和Hough变换直线检测的方法在布拉格散射效应检测的基础上，利用塔间连线拓扑或Hough变换直线检测对电力线进行识别。然而在实际应用中发现，由于直升机应用广泛，其前方区域内的障碍物多种多样，除电力线、电力塔外，烟囱、测风塔等人工建筑除本身对直升机安全构成障碍威胁外，常规塔线群组和Hough变换直线检测识别无法适应这些复杂的目标环境。

近年来，雷达目标识别技术作为一个新兴领域越来越多地被研究和应用到雷达工程中。雷达目标识别最为关键的是目标特征选择和提取，提取的特征能否良好分辨各类目标，对识别效果将产生直接影响。利用一维高分辨距离像进行特征提取和识别是雷达目标识别领域的一个重要分支。目前基于雷达高分辨一维距离像特征识别研究大多集中在地面车辆、海面大船等大型目标识别应用中，在直升机载防撞雷达中的应用研究极少。这主要是由于直升机载防撞雷达的典型目标如电力塔、电力线、烟囱、测风塔的体积较小，其径向一维距离像尺寸并不大，在典型CFAR检测后获得的径向距离向的强散射点个数均非常有限，难以呈现目标真实的一维距离像，特征提取非常困难。

然而，对毫米波雷达照射目标时的大量回波数据分析可见，由于毫米波雷达波长小、波束窄、带宽宽、分辨率高，典型障碍物目标电力塔、烟囱、测风塔、电力线在毫米波的照射下，回波中包含多个散射点，形成高低起伏的一维距离像。进一步分析可见，由于雷达回波是由目标空间位置不同的散射点反射的雷达波的叠加，目标空间结构和材料的差异决定了目标不同的散射系数，几类典型障碍物目标散射点在能量域、结构空间域均呈现出一定的差异性，对上述典型目标一维距离像进行特征提取和比较，可以实现对不同目标的区分。但是，正如前文所述，为避免噪声和地物杂波导致的雷达探测虚警率上升，防撞雷达目标检测门限通常高于背景噪声和杂波十数分贝以上，随着雷达天线扫描，目标回波散射点中的部分弱散射点可能出现漏检，导致目标一维距离向部分信息丢失，不利于特征识别。对雷达不同距离、不同照射角下典型目标回波数据分析可见，在目标的强散射点能被典型CFAR门限检测出来的情况下，目标的大部分弱散射点虽然低于检测门限，但是强于背景杂波。如果能在抑制杂波的基础上，保留目标弱散射点信息，则防撞雷达可基于一维距离像实现目标特征提取和识别。