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基于动力学模子的有源假方针识别要领

发表时间:2019/9/30  浏览次数:484  
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  基于动力学模子的有源假宗旨甄别措施_物理_自然科学_专业原料。箜垫鲞蔓!塑 』盟里盟些塑型塑型些婴塑虽苎旦堕堡堕婴!竖型Q盟丛望堂:望坠:!!Q盟 邦 防科技大学学报 作品编号:1001—2486(20昕)∞一00印一06 基于动力学模子的有源假宗旨甄别方

  箜垫鲞蔓!塑 』盟里盟些塑型塑型些婴塑虽苎旦堕堡堕婴!竖型Q盟丛望堂:望坠:!!Q盟 邦 防科技大学学报 作品编号:1001—2486(20昕)∞一00印一06 基于动力学模子的有源假宗旨甄别措施。 赵灿烂1,周颖2,王雪松1,罗佳1,王邦玉2 (1,邦防科技大学电子科学与工程学院,湖南长沙410073;2.洛阳061信箱,河南洛阳471(]03) 摘要:针对导弹防御中或许显露的有源假宗旨愚弄搅扰,从雷达数据收拾的方针进取行了真假宗旨鉴 别磋商。操纵自正在段有源假宗旨与实体宗旨正在动力学模子上的素质差别,提出了动力学模子成亲系数的概 念,推导出理念条款下的动力学模子成亲系数的解析外达式。正在弹道宗旨跟踪的根基上计划了有源假宗旨鉴 别算法。连接中程弹道,举办了真假宗旨甄别的推算机仿确实验。试验结果评释,所提算法能有用甄别有源 假宗旨。 闭头词:有源假宗旨;甄别;动力学模子成亲系数;弹道宗旨跟踪 中图分类号:'rN95 文献标识码:A Algorithm of Discriminating Active Target Based ZHAO Decoys and Radar on the Dynamic Model yah-I;。,ZHOU埘,WANG x瓣耐,LUO Jial,WANG‰打 2.Post Box (1.College 0f Elecll*ctlicSe/enee蚰d嘶Tt耐唱.Natioqud Unlv.击n6锄eTd?丑_盯.o到410073,Olina; 061,lz】oyang Abarad=The pI龇0f 0f 47100B,oh曲 on discriminating a幽de00ys b耻咖und 0f missile defense.On the ham 0f 诅r咿,the c0Il唧t dyn血lic model considering the radar mea.¥urEment simulati吼惴carded 0I吐with the al鲥蛔m verified by the siIIlIl‰results. r,--v words:active noise.The也cri面11如thresholdⅧde州based∞the m血ch删i枷w邳proposed.The aIla】啦expr憎sion radar协r咿惴studied baaed the radar data processil唔ia the the曲鲫删difference of the由倒c model be№those active出呷如d the real aM 0f the co出ciem was Pr啊即上ed without decoy;di删ofi;由疵modal back删of蚰in㈣ale阳11铲ba】li疵Ⅱ两咖.The match radar m出ng data.1lle comput日 d tbc pIDF惦cd feasibility and validity co出cient;balli毗ta州m蜘 采用计划得很好的假宗旨对于导弹防御体系是一个公认的能够采用的措施“。J。有源假宗旨愚弄 搅扰园其高效的性价比,惹起人们对其反抗政策与技巧磋商的广泛闭切”-,】。跟着微渡技巧、数字射频 存储技巧以及微电子技巧的急迅兴盛,有源搅扰体系一经兴盛到能够自助发作正在能量、波形等方面与目 标雷达回波信号高度迫近的假宗旨。看待正在时域、频域乃至极化域上都与确实雷达回波信号特质相差 元几的假宗旨信号,守旧的抗搅扰门径”1,如采用旁瓣消隐、天线低旁瓣、重频捷变、众参数捷变、低截获 概率波形、专有电道等,以及基于信号收拾的假宗旨甄别措施,诸如:自相干了解法”J、波形了解法“】、幅 度晃动个性甄别法”J、单极化假宗旨甄别…““等,或许都无法生效。雷达信号收拾体系无法甄别的有 源假宗旨搅扰信号会进入雷达数据收拾体系,乃至变成安定的航迹,众个假宗旨会重要耗费雷达资源, 乃至使雷达将其误判为真宗旨,对其发射拦截导弹,这对新颖雷达防御体系无疑是一个庞杂的要挟。 怎么正在数据收拾闭节甄别有源假宗旨,目前的磋商甚少。本文以导弹防御中能变成安定航迹的有 源众假宗旨为例,举办了基于动力学模子的甄别磋商。宗旨动力学模子是对宗旨运动纪律的假设,是雷 达数据收拾中宗旨跟踪滤渡的条件。有源假宗旨与实体宗旨正在动力学个性上存正在素质差别。而跟踪滤 波中默认的动力学模子是根据实体宗旨的运动个性而设立筑设,这一定会惹起有源假宗旨的滤波失配。基 于这种思念,遵循动力学模子失配水准即可甄别真假宗旨。论文起初了解了自正在段宗旨动力学模子匹 ?牧稿日期:娜一03—08 基金项目:寰宇杰出博士学位论文专项资助项目(0810010]) 作家简介:赵灿烂(197卜一).女.博士生。 赵灿烂,等:基于动力学模子的有源假宗旨甄别措施 61 配系数,推导了其外面解析外达式;接着先容了有源假宗旨甄别算法;终末给出了仿真甄别试验以及结 论。 1 自正在段宗旨动力学模子成亲系数 宗旨动力学模子是对宗旨运动纪律的假设,有了这些假设才智得到宗旨跟踪时的形态方程。当雷 达对自正在段翱翔的弹道宗旨举办跟踪时,正在没有先验音信的状况下,默认该宗旨是确实存正在的实体目 标,以为其动力学模子相符圭臬“二体运动”方程。看待有源愚弄搅扰假宗旨,它并不是客观存正在的实体 宗旨,它所再现出的运动个性只是搅扰机实体运动个性的一种映照,譬如道灯下匀速进取的人的影子的 运动。文献[12,15]指出,看待自正在段翱翔的弹道宗旨,遵循二体运动方程,给定一系列角胸怀测序列可 独一确定一条弹道轨迹。由此可知,看待角胸怀测序列和真宗旨类似而径向间隔和真宗旨区别的有源 间隔假宗旨,其动力学个性必不相符二体运动纪律。于是当正在雷达宗旨跟踪中,若对有源假宗旨采用二 体运动动力学模子,则一定导致较大的模子失配。本文中提出用动力学模子成亲系数来外征这种模子 成亲水准,下面举办具体先容和了解。 看待遵守二体运动方程的自正在段翱翔宗旨,正在无雷达观测噪声条款下,某偶然刻k,正在雷达站东北 天直角坐标系下的位子矢量为[5 Y=】,速率矢量为【t,j】,加快率矢量为【£Y 2】,则正在假定 地球为圭臬圆球且不思虑地球自转的条款下,宗旨的运动加快率满意下述公式…: f { 2=逐一7疋 Y=一uy/n'o (1) ‘£=一u(:+R。)/R: 此中,u是地球引力系数,R是地球半径,兄是宗旨到地心的间隔,R。= ̄/』2+Y2+(=+R。)2。 界说宗旨位子函数: g(*,Y,z)2兀了嚣丽’ 界说动力学模子成亲系数: M=a—g(z,Y,z) 此中,n示意宗旨运动加快率的模值,口=√£2+Y2+矿。 看待仅受地心引力功用的线)可知,其动力学模子成亲系数满意: 肘;O (2) (3) (4) 下面了解有源间隔假宗旨正在上述界说下的动力学模子成亲系数。假定某岁月t确实宗旨正在雷达 站东北天坐标系下的球坐标示意为(r,妒,0),则相应地,看待一个延时△‘后转发的有源间隔假宗旨,其 延迟间隔为Ar=cAt/2,则假宗旨的球坐标示意为(r+Ar,妒,日)。假定真宗旨的位子、速率、加快率已 知,则相应地可推导出k岁月假宗旨的运动加快率。因为篇幅所限,推导经过正在这里不具体描摹。假 宗旨的加快率近似解析示意为 Ⅱ,=【(1+竽)2。2+2(1+等)笋*0 ocos03?(3口2cos哦一口2一口.r.cos0,) 1 —4(1+A,r,.1A2r.Ⅳ2…eosOIcos02]2 (5) 此中,”是真宗旨的速率模值,d是真宗旨的加快率模值,eosO。是宗旨位子矢量和速率矢量之间的夹角 余弦,cos02是宗旨速率矢量和加快率矢量之间的夹角余弦,eosO,是宗旨位子矢量和加快率矢量之间的 夹角余弦。 对应的假宗旨的位子函数为 g(暂协哥b石百考伊巧 邦防科技大学学报 2007年第5期 (1+△r7r)222+(1+Arlr)2y2+【(1+/Xrlr)z+R。】2 由式(5)、(6)可示意假宗旨的模子成亲系数: M=町一g(暂,斤.哥) (7) (6) 显着,假宗旨的动力学成亲系数Ⅳ是真宗旨的位子、速率、加快率矢量以及假宗旨延迟间隔△r的 非线性时变函数。看待Ar≠0的假宗旨,常常有M#0,于是能够用肘行为有源假宗旨的甄别特质量。 2有源假宗旨甄别措施 正在实践的雷达众宗旨跟踪中,存正在着雷达量测噪声,这会导致干系差错及滤波差错。正在本文的磋商 中,假定命据干系最优,不存正在数据干系差池,只思虑滤波差错。看待自正在段翱翔宗旨,其运动微分方程 如式(I)所示,据此可设立筑设包括宗旨位子、速率两形态的运动形态方程。对雷达的某一条滤波航迹(不管 是来自于真宗旨依然假宗旨),设☆岁月滤波形态矢量为萱(k)= 【2(k),(^)f(k);(^);(k);(I)]。,滤波协方差矩阵为P(k),k+1岁月滤波形态矢量为 量(^+I)=【∞(^+1),(k+1)e(k+1);(k+1);(k+1);(^+1)]T,滤波协方差矩阵为 P(k+I),则t岁月宗旨的运动加快率的模值揣度为 d(^)=i:≯/(;(k+I)一;(k))2+(;(k+I)一;(k))2+【j(k+I)一j(k)]2 此中AT为雷达采样间隔,△r=t¨一tI,则k岁月动力学模子成亲系数为 (8) 肘= ̄/d:(^)+d㈤+d㈤一而切切苈砑丽 (9) 由式(8)一(9)可知k岁月宗旨动力学模子成亲系数M是岩(k)和量(k+1)的非线性函数,其物理 道理是通过检查2(k),,(^),0(^),;(k),,(%),;(^)及;(k+I),;(k+1).;(^+1)之间的相似性来衡 量所跟踪的宗旨的动力学模子成亲水准。 正在导弹防御体系中,引导、限制、决定体系必要雷达及时给出真假宗旨的甄别结果。以便归纳各类其 它甄别措施,终末给出调解后的决定。常常来说,把真宗旨误判为假宗旨的差池价钱要比把假宗旨误判 为真宗旨要大,于是,正在真假宗旨甄别中,要正在保障真宗旨以很高概率告成甄别的条件下(譬如95%), 最大水准地甄别假宗旨。由上一节的了解可知,看待真宗旨,不思虑雷达观测噪声条款,Ms0。过程近 似无偏揣度的跟踪滤波,如式(9)所示的埘值其均值近似为0,于是甄别门限乃该当由M的方差及时 确定。看待任一给定的航迹,其线(线) ,. 常常雷达间隔量测差错、角胸怀测差错遵守零均值高斯散布,无偏揣度的滤波算法取得的形态揣度 差错均值为零,滤波协方差矩阵可代外滤波形态的la差错概率散布【l“,也便是,t(&),,(k),I(☆), ;(k),,(k),;(k)及;(k+1),t(k+1),≥(%+1)的差错散布可用P(%)和P(k+1)对角线上的元历来 示意。正在此根基上,外面上可遵循自正在段弹道宗旨的运动方程,推导出t(^)与t(k+1)、,(k)与 ,(^+1)、j(^)与0(k+1)之间的相干性,然后确定式中d,(k)、d,(E)、d:(&)的差错统计散布,进而确 定式(9)中肘的差错统计个性,最终遵循设定的真宗旨告成甄别概率确定相应的甄别门限乃。但因为 上述经过繁琐,涉及到非线性滤波、非独立的两个随机变量的函数的差错散布等,于是难以取得解析外 达式。本文中通过外面了解连接推算机仿真呈现,正在必定的真宗旨告成甄别概率的条件下,甄别门限存 正在必定的纪律,下面举办扼要描摹。 界说k岁月变量乩。乩。乩。、乩: 赵灿烂,等:基于动力学模子的有源假宗旨甄别措施 r溉=【力佣一力i而i】I?sT {乩,=【门丽一门iX两】/AT 【&;=[厂瓣一vr瓦而】/AT 乩=知;+鲁呐+缸, (11) (12) 此中,R(i,i)示意滤波协方差矩阵P(k)中的第i个主对角元素。 经众次蒙特卡罗仿真呈现,正在必定的真宗旨告成甄别概率的条件下,女岁月甄别门限n与乩之间 近似存正在如下闭连: 乃=^,乱+^2 (13) 此中,k。k:为常数,k。、≈:与雷达跟踪数据率、间隔及角胸怀测圭臬差相闭。看待给定的仿真场景,k,、 k:可通过众次蒙特卡罗仿线仿确实验 仿真场景如下:假定地球为一圭臬匀质圆球.不思虑地球自旋,推算确实宗旨对应的一条最小能量 弹道。闭机点高度为80km,闭机点速率为2500m/s,以最佳倾角向正东发射。闭机点所对应的地面位子 为东经0。,北纬。口,则落点位子约为东经6.83。,北纬00,射程约为760kin。假定雷达的布站位子是北纬 1.5。,东经4.50。为使转发式有源假宗旨愚弄搅扰成绩更好,常睹的情景是搅扰机每次转发的搅扰个数 类似、相对延迟时问固定(使得真假宗旨径向间隔的蜕变相似)。假定真宗旨上领导于扰机,搅扰机发作 的愚弄搅扰信号过程脉压收拾后,发作的假宗旨个数为6个,相看待真宗旨的延迟光阴区别为一30ps、 一20胁一lOm、lOps、20陋、30tis,对应的延迟间隔为一4.5km、一3km、一1.5km、1.5kra、3km、4.5km,此中 “一”示意超前于真宗旨。 要 、 镀 哥 =露 坦 锰 丽 璋 图1 Fig.1 宗旨到雷达的径向间隔 the target tO The”ge from radar 邦2解析求出的村值 ng.2 The∞dy血value 0fM 图I给出了真宗旨到雷达的径向间隔,图2给出了遵循式(7)解析求出的真假宗旨的模子成亲系数 Ⅳ。很容易取得如下结论:同偶然刻,相看待统一宗旨,假宗旨的延迟(超前)间隔△r越大,假宗旨的模 型成亲系数的【M c值越大,也便是失配水准越明显;类似延迟(超前)光阴的假宗旨的模子成亲系数近 似对称于0散布。 正在计划有源假宗旨搅扰时,冲击方老是力图将有源假宗旨的时域、频域个性计划得与确实雷达回波 近似。常常来说,假宗旨的干噪比(JNR)比真宗旨的信噪比(SNR)要高几个乃至十几个dB,此时操纵本 文的甄别算法更有利于甄别出有源假宗旨。为了验证本文的甄别算法正在更晦气的状况下的机能,能够 假定假宗旨的干噪比(JNR)与真宗旨的信噪比(sNR)相称,进而雷达对真假宗旨的量测差错相称。为简 化起睹,能够假设正在宗旨跟踪经过中雷达间隔、角胸怀测圭臬差稳固。看待周详跟踪丈量雷达,假定两 种情景:情景I为间隔量测圭臬差为1m,角胸怀测圭臬差为0.1mrad;情景Ⅱ为间隔量测圭臬差为3m. 邦防科技大学学报 2007年第5期 角胸怀测圭臬差为O.3mrad。以弹道宗旨跟踪中最模范的扩展卡尔曼滤波为例,举办仿真甄别试验,雷 达跟踪数据率为1Hz。为对扩展卡尔曼滤波中的线性化差错举办积蓄,引人人工经过噪声n61,设Q= 10’5J,此中J为6阶单元矩阵。情景I的甄别门限设定为乃=20也+O.003;情景Ⅱ的甄别门限设定为 死=22允+O.003。 图3单次滤波真假宗旨动力学模子成亲系数 Fig.3'llae cb∞疵model n,uateh eoeftlcients for real target and aetlve山。ys in∞e run ∞ 一 ∞ 矿. } i? 一- 加 芝 茎 蚕 雷 蠼 椰 帅 97 5 ∥ 4 50 ,。j 『~-假日#日?4 5kin) -假日捕-3kin) f j ∞ o 鼢 100 叠 3; 150 一佩目械一1 十真宗旨 一假日#“l_Ⅱ㈣1 …假日柘i3km) 逐一假13艄4 2∞ 现时时封/? 250 5kin) 300 5km) I+真口标 / ;i 。l二器;嚣戮, 8 }一 350 50 ——一 彩 一 200 l——1目日W^1捕mJ } 假H标f孤m) L逐一假目^直4 5kin) 250 300 100 150 350 现时岁月/? 0)情景I 哪情景II 图4真假宗旨告成甄别概率 Fig 4 The probability 0fⅫcc∞for diseriminatlng real target and active dec0” 对扩展卡尔曼滤波后变成的真假宗旨的安定航迹区别推算其动力学模子成亲系数。图3中(a)、 (b)两幅图区别给出了量测差错I、Ⅱ对应的单次滤波后的真假宗旨动力学模子成亲系数。与图2比拟 较,显着滤波后的I盯l值变小。看待延迟间隔为正的假宗旨,其模子成亲系数M>0,滤波使得这些假 宗旨的盯系数添补了负的差错;而看待延迟间隔为负的假宗旨,其模子成亲系数M<0,滤波使得这些 宗旨的肼系数添补了正的差错。这从一个侧面反响了扩展卡尔曼滤波器的鲁棒性。比拟图(a)、(b), 显着,量测差错越大,真假宗旨的肘系数的可区别性越差。 各条安定航迹的肼系数与各自对应的甄别门限乃比拟较,可及时得到其甄别结果。图4中(a)、 (b)两幅图给出了两种情景下的真假宗旨的告成甄别概率,蒙特卡罗仿线次。两幅图中,最 上方的弧线对应真宗旨的告成甄别概率,它平昔维系正在95%以上。从左到右的3对弧线区别对应延迟 间隔为±4.5km的假宗旨、延迟光阴为±3km的假宗旨、延迟光阴为±1.5km的假宗旨的告成甄别概率。 假宗旨的告成甄别概率跟着光阴的推动而抬高。同偶然刻,假宗旨延迟(超前)间隔越大,其告成甄别概 率越高。比拟图(a)、(b)可知,量测差错越大,假宗旨能够被100%告成甄别出的光阴越晚。这和图3得 出的结论是相似的。 赵灿烂,等:基于动力学模子的有源假宗旨甄别措施 改动仿真景象,囊括采用区别射程的弹道、改动雷达相对计划位子、改动雷达跟踪数据率、改动雷达 量测差错等,采用本文的甄别措施,根基取得似乎结论。限于篇幅,这里不逐一枚举。 4结论 本文磋商了数据收拾方针上的有源假宗旨甄别题目,提出了动力学模子成亲系数的观点,推导了其 解析外达式,计划了有源假宗旨的甄别措施,终末给出了甄别试验。试验结果评释,本文提出的算法正在 必定的光阴限度内,能以较高的概率告成甄别出突出必定延迟光阴的假宗旨。基于动力学模子来甄别 有源假宗旨的措施,不但能够用正在本文所示的自正在段弹道有源假宗旨的甄别中,还能够引申到如匀速直 线运动、匀加快率直线运动、圆周运动等其它具有范例动力学模子的飞机类有源假宗旨的甄别中。 其余,本文有源假宗旨的甄别磋商可认为突防方计划众假宗旨搅扰供给指示。正在众假宗旨搅扰中, 惟有延迟光阴正在必定限度内的假宗旨正在一段光阴内能发扬功用,而其它的假宗旨固然耗费了搅扰机的 能量,但或许自始至终都不起功用。怎么计划轻巧的愚弄搅扰机,使得有用假宗旨的个数、假宗旨的有 效光阴满意特定兵书请求,是导弹突防方必需闭切的题目。 本文针对情景是比拟稀少的众假宗旨,其宗旨干系差错能够漠视,但正在辘集众假宗旨状况下,宗旨 干系差错或许对动力学模子成亲系数发作相当大的影响,这是下一步将要磋商的题目。 参考文献: [1]史岩译.新兴导弹邦度反抗NMD体系技巧概述口].863先辈肪御技巧通信(A类),2001,7:27—46. 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