[發明專利]基于硬判決的分布式真假彈頭識別方法

有效

• 申請號: 201510230515.5
• 申請日: 2015-05-07
• 公開（公告）號: CN105259545B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 張凱麗;何茜;何子述
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 電子科技大學專利中心51203
• 代理人: 張楊

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，是一種用于識別真假彈頭的分布式方法，基于LOUD(Locally Optimal Unknown Direction)檢測器和硬判決檢測算法。

背景技術

彈道導彈以其射程遠、威力大、精度高和生存能力強等優點已成為現代戰爭的“殺手锏”武器之一。隨著彈道導彈技術的發展，彈道導彈防御系統應運而生。真假彈頭目標識別是彈道導彈反導系統中的關鍵和難點，近年來得到了國內外的廣泛關注。

彈道導彈的彈道分為助推段、中段(自由段)和再入段。在助推段防御彈道導彈，需要防御系統進行前置部署，這是較難實現的；在再入段防御彈道導彈，留給防御系統的反應時間極短，攔截成功幾率較低；而相對之下，自由飛行段占整個彈道時間的80％～90％以上，可攔截時間長并且防御面積大，是防御系統的首選識別和攔截階段。在彈道中段，真假彈頭目標質心做軌道運動的差異很小，難以用于識別。假彈頭具有與真彈頭相似的外形和表面材料，因而假彈頭的電磁散射特性、運動特性等多方面與真彈頭相近，這增加了真假彈頭目標識別和攔截的難度。

彈頭在彈道自由段要進行姿態控制，以保持在再入大氣層時飛行的穩定性來提高彈頭命中精度。自旋是彈頭自由段常用的姿態控制方式，若假彈頭沒有采取姿態控制，會出現翻滾等隨機運動方式。假彈頭釋放過程中產生的橫向干擾使彈頭類目標產生進動，即目標的自旋軸繞空間某定向對稱軸旋轉。由動力學分析可知，目標進動的快慢和章動角的大小由目標的質量分布特性決定。因而，假彈頭與真彈頭質量分布的不同將直接導致進動參數的差異。真假彈頭在微動特征上的差異為真假彈頭識別問題提供了理論依據。

分置天線MIMO雷達系統的發射機和接收機是分開的，天線陣元間距離滿足遠場條件，使得各個陣元發射的信號獨立，由此獲得空間分集增益，從多個角度觀察目標，從而提取目標更細微的信息。MIMO雷達發射相互獨立且正交的信號，在接收機端經過匹配濾波器分離出各路波形信號，從而引入了更多的觀測通道和自由度，與傳統相控陣雷達相比極大地提高了雷達的總體性能。分置天線MIMO雷達有著優良的目標檢測能力及反隱身、抗摧毀特性，可用于檢測遠距離弱小目標和較小差異。利用MIMO雷達對彈頭目標進行觀測，能夠檢測出精細準確的微動特征上的差異，是解決真假彈頭識別問題的可行方法。

狀態空間模型包括狀態轉移方程和觀測方程，描述了系統內部變化對系統輸出的影響：

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時刻彈頭目標的狀態向量，包括位置、速度等信息，u_k是k時刻的系統輸入向量，系統狀態噪聲w_k+1建模為高斯隨機向量，滿足分布F_k+1是狀態轉移矩陣，G_k+1是系統輸入向量u_k的系數矩陣；z_k是k時刻MIMO雷達觀測向量，e_k是k時刻的系統觀測噪聲，假設其服從高斯分布，即H是觀測矩陣。

由上述對真假彈頭運動特征的分析可知，真假彈頭微動特征的差異表現在進動參數等之中，也就是F_k+1與G_k+1之中。這里將問題簡化為狀態轉移模型中G_k+1相同而F_k+1不同的情形。真假彈頭識別問題由此建模為二元假設檢驗問題：在彈道中段的真假彈頭以同一運動狀態飛行，并且在真假彈頭分離之前其狀態轉移矩陣保持不變，即F_k+1＝F₀，其中F₀表示初始時刻的狀態轉移矩陣；在n時刻真假彈頭分離，由于真彈頭具有姿態控制系統，其狀態轉移矩陣F_k+1保持不變仍為F₀，對應于H₀假設；而假彈頭由于缺少此類控制裝置，或質量及質量分布不會與真彈頭完全相同，其對應的參數矩陣發生變化，F_k+1＝F_c≠F₀，對應于H₁假設：