為了保護要地的空域安全，實現對低空飛行小目標的有效探測，形成連續、穩定、精確的目標航跡估計，提出了一種采用前向散射雷達的要地防護雷達網絡探測方法，屬于雷達組網探測技術領域。該方法通過確定前向散射雷達的覆蓋模型，基于遺傳算法，選擇拓撲單元最優的拓撲結構，確定防護區域，按照全面覆蓋原則全面覆蓋防護區域，以及目標探測與航跡融合等步驟，形成了連續、穩定、精確的目標航跡估計，達到了防護要地空域安全的目的。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種針對低空飛行小目標的要地防護雷達網絡探測方法，屬于雷達組網探測
技術介紹
隨著低空空域的開放，要地的空域安全受到滑翔機、航模、風箏、遙控飛機、不明飛行物等的威脅，要地安全已經引起了高度重視。北京奧運會期間，為了抵御來自空中的各種威脅，安保部門制定了防空計劃在重要場館附近一定范圍的空域設立禁飛區；地面雷達甚至太空在軌衛星對整個空域進行全天候監控。要地防護是國土防護的主體部分。在國土防護中，保衛重要地區或目標安全的防護稱為要地防護。它包括政治經濟中心、首腦機關、軍事要地、重要工程、工業基地和交通樞 紐的防護等。要地防護的一個重要方面，是抵御來自空中的各種威脅。低空目標探測一直是雷達研究領域的難題。低空突襲的有效性在于，常規雷達在對低空目標探測與跟蹤時，技戰術指標大為下降甚至完全不能發現或跟蹤目標，主要原因有地球曲面陰影限制了雷達的可視距離；地形、地物遮蔽角的影響，如山嶺、較大的建筑物所產生的陰影區；地物(或海面)反射雜波干擾；多徑效應使目標回波特性發生很大變化，導致目標檢測和虛警概率計算困難，同時在參數(目標角度、距離、速度等)測量中引入多徑誤差，尤其是俯仰角測量會產生大的尖峰誤差。將雷達組成探測網絡，可以克服可視距離受限和地形遮蔽的影響，增強對各類威脅的探測能力，進而從根本上扭轉要地防護的被動局面。傳統的單基地雷達網絡中，雖然單個節點功能強大，需要的節點數目少，但是節點復雜，成本高，同時易受地形遮擋的影響，對小目標的探測能力較弱，信號處理復雜度高。前向散射雷達由于前向散射雷達截面積(Radar Cross Section, RCS)特性，對小目標有很強的探測能力，如果采用前向散射雷達組網，網絡中單個節點功能有限，需要的節點數目多，但是節點非常簡單，成本低，便于大規模部署克服地形遮擋的影響，信號處理復雜度低。但是由于節點探測范圍窄、對目標進行跟蹤時初值估計精度低，為了形成連續、穩定、精確的目標航跡估計，需要通過不同傳感器節點之間接力和航跡融合，提高航跡估計精度和穩定性。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了保護要地的空域安全，實現對低空飛行小目標的有效探測，提出了，該方法能夠實現防護區域的雷達網絡全面覆蓋，從而形成連續、穩定、精確的目標航跡估計。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的。，其步驟如下步驟一確定覆蓋模型的基本拓撲單元的結構根據雙基地雷達方程和前向散射RCS特性，通過雷達仿真確定前向散射雷達的覆蓋模型是橢圓，其中該橢圓的長軸兩端點與短軸的同一端點連線所形成的夾角大于135° ；將4個所確定的前向散射雷達的覆蓋模型的長軸相連，形成基本拓撲單元的結構為平行四邊形，該平行四邊形的四個節點分別為兩個發射節點和兩個接收節點，其中兩個發射節點的連線以及兩個接收節點的連線構成該平行四邊形的兩條對角線，并且兩個接收節點保證能夠接收到該平行四邊形內部的兩個發射節點發射的信號；此外，該平行四邊形的兩長邊所對應的覆蓋模型的長軸的長度在信號能夠收發的距離內進行選擇，兩短邊所對應的覆蓋模型根據兩長邊所對應的覆蓋模型進行調整，使得散射雷達的覆蓋模型能夠完全覆蓋平行四邊形內部所有區域；步驟二 按照全面覆蓋原則全面覆蓋防護區域 防護區域為閉合區域，將確定的平行四邊形基本拓撲單元逐個逐行依次擺放，直到將防護區域覆蓋滿為止；其中，相鄰的平行四邊形節點上共用發射節點或者接收節點，平行四邊形的公共發射節點發射的信號，其所在的多個平行四邊形的相應接收節點均能收到；步驟三目標探測每個平行四邊形拓撲單元內部，發射節點發射電磁波信號，若任意覆蓋模型內有目標，則信號由目標反射至接收節點，接收節點經過信號處理，得到目標的位置、速度參數，將每一時刻的目標位置連接起來，得到目標的運動軌跡，實現檢測和跟蹤。有益效果與現有技術相比，其優勢在于采用前向散射雷達對低空飛行小目標進行有效探測，克服了傳統單基地雷達對小目標的探測困難；通過對前向散射雷達組成防護網絡，該網絡能夠全面覆蓋防護區域，進而形成了連續、穩定、精確的目標航跡估計，達到了防護要地空域安全的目的。附圖說明圖I為本專利技術技術方案的實施效果圖；圖2為本專利技術實施例的目標模型；圖3為本專利技術中實施例的目標模型對應的前向散射雷達覆蓋模型；圖4為本專利技術實施例的三種備選拓撲單元構型；圖5為本專利技術實施例的最優拓撲構型；圖6為本專利技術中分布式航跡融合結構框圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術做進一步說明。目標模型機身長I.304米，高0. 265米，翼展2米，在100米高的低空飛行；前向散射雷達基線長度為20km，發射功率為40w，載波波長為0. 3m，最小可檢測信噪比為IOdB ;在半徑為80km的圓形區域上部署前向散射雷達網絡，為保證對目標航跡的連續估計，采用全覆蓋，當虛警概率為10_8 10_9時，滿足90%的檢測概率。，采用該方法實現的雷達網絡部署示意圖如圖I所示，步驟如下步驟一確定覆蓋模型的基本拓撲單元的結構根據雙基地雷達方程和前向散射RCS特性，通過雷達仿真確定前向散射雷達的覆蓋模型是橢圓，其中該橢圓的長軸兩端點與短軸的同一端點連線所形成的夾角大于135°。將4個所確定的前向散射雷達的覆蓋模型的長軸相連，形成基本拓撲單元的結構為平行四邊形，該平行四邊形的四個節點分別為兩個發射節點和兩個接收節點，其中兩個發射節點的連線以及兩個接收節點的連線構成該平行四邊形的兩條對角線，并且兩個接收節點保證能夠接收到該平行四邊形內部的兩個發射節點發射的信號；此外，該平行四邊形的兩長邊所對應的覆蓋模型的長軸的長度在信號能夠收發的距離內進行選擇，兩短邊所對應的覆蓋模型根據兩長邊所對應的覆蓋模型進行調整，使得散射雷達的覆蓋模型能夠完全覆蓋平行四邊形內部所有區域。在本實施例中，目標類型如圖2所示，為金屬材質，三維尺寸為機身長I. 3m，高0. 27m，翼展2m ;由此根據雙基地雷達方程和前向散射RCS特性，通過雷達仿真所確定的前 向散射雷達的覆蓋模型如圖3所示，具體地，根據目標類型可以確定目標參數，在本實施例中目標參數即為目標的三維尺寸，然后將所確定的目標參數應用到前向散射RCS特性中，可以影響前向散射雷達的覆蓋模型的顏色深淺(體現探測能力的強弱)。由圖3可以看出前向散射雷達的覆蓋模型為橢圓，該橢圓的長軸兩端點與短軸的同一端點連線所形成的夾角大于135°，橢圓內部各個點的亮度不同，是由于特定參數下對應的每個點的信噪比不同導致的，可以看到中間部分亮度高即信噪比高，邊緣部分亮度低即信噪比低。雖然本專利技術中所采用的是平行四邊形基本拓撲單元的設計，但是在具體設計的過程中，考慮了三種情況。具體為將所確定的前向散射雷達的覆蓋模型進行三種基本拓撲單元的設計，通過基本拓撲單元的設計后，在連接散射雷達的覆蓋模型的長軸時，使得這三種基本拓撲單元設計的長軸連線呈直線型、V字形以及平行四邊形，如圖4所示；在這三種基本拓撲單元設計情況下，分別計算其信噪比、跟蹤精度以及覆蓋面積，比較其信噪比、跟蹤精度以及覆蓋面積，選擇信噪比高、跟蹤精度好以及覆蓋面積大的平行四邊形為基本拓撲單元作為整個網絡的基本部署單元。其中，該平行四邊形的四個節點分別為兩個發射節點和兩個接收節點，其中兩個發射節點的連線以及兩個接收節點的連線構成該平行四邊形本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種采用前向散射雷達的要地防護雷達網絡探測方法，其特征在于該方法實現的具體步驟如下 步驟一確定覆蓋模型的基本拓撲單元的結構 根據雙基地雷達方程和前向散射RCS特性，通過雷達仿真確定前向散射雷達的覆蓋模型是橢圓，其中該橢圓的長軸兩端點與短軸的同一端點連線所形成的夾角大于135° ； 將4個所確定的前向散射雷達的覆蓋模型的長軸相連，形成基本拓撲單元的結構為平行四邊形，該平行四邊形的四個節點分別為兩個發射節點和兩個接收節點，其中兩個發射節點的連線以及兩個接收節點的連線構成該平行四邊形的兩條對角線，并且兩個接收節點保證能夠接收到該平行四邊形內部的兩個發射節點發射的信號；此外，該平行四邊形的兩長邊所對應的覆蓋模型的長軸的長度在信號能夠收發的距離內進行選擇，兩短邊所對應的覆蓋模型根據兩長邊所對應的覆蓋模型進行調整，使得散射雷達的覆蓋模型能夠完全覆蓋平行四邊形內部所有區域； 步驟二 按照全面覆蓋原則全面覆蓋防護區域 防護區域為閉合區域，將確定的平行四邊形基本拓撲單元逐個逐行依次擺放，直到將防護區域覆蓋滿為止；其中，相鄰的平行四邊形節點上共用發射節點或者接收節點，平行四邊形的公共發射節點發射的信號，其所在的多個平行四邊形的相應接收節點均能收到； 步驟三目標探測 每個...
【專利技術屬性】
技術研發人員：曾濤，胡程，孫鷺怡，龍騰，田衛明，
申請(專利權)人：北京理工大學，
類型：發明
國別省市：
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