CN113848557B - 一种用于复合探测的干扰识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于复合探测的干扰识别方法，首先激光探测***和无线电探测***分别采集m个探测周期内的回波信号，解算出第一目标距离和第二目标距离，形成样本数据矩阵；然后利用灰色***理论，建立目标距离预测模型；接着根据样本数据矩阵和目标距离预测模型，计算第一目标距离和第二目标距离的标准化残差的限制区间；之后根据目标距离预测模型计算后续探测周期中第一目标距离和第二目标距离的预测值；最后判断两个探测***是否受到干扰。本发明减小了目标距离预测的复杂性，实现了在复合探测中对不同探测***工作状态的准确判断，且判断过程具有自适应性。

Description

一种用于复合探测的干扰识别方法

技术领域

本发明涉及干扰识别技术，具体涉及一种用于复合探测的干扰识别方法。

背景技术

近炸引信依靠对目标的近程探测，在距离目标一定距离起爆以实现最佳引战配合方式，提高对目标的毁伤效果。目前，激光探测和无线电探测是近炸引信最常采用的探测方式。

激光探测***利用激光束来探测目标，在工作过程中受电磁干扰小，具有控制精度高、定距误差小等特点，但是易受到云、雾等自然环境的干扰。

无线电探测***利用多普勒效应或调频连续波探测目标，可以对目标进行测距、测速，具有距离分辨率高、灵敏度高等优点，但易受战场电磁环境、箔条、地海杂波等的干扰，尤其是随着现在人工干扰机的快速发展无线电引信面临的战场环境愈发恶劣。

尽管激光探测和无线电探测从频段、体制、工作模式、信号处理等方面采取了抗干扰措施，但在复杂的战场干扰环境和自然干扰环境下，单一的探测模式已经难以获得足够的探测可靠性。复合探测因其较强的抗干扰能力，已经成为研究的热点。激光/无线电复合探测相对于单一的激光探测或无线电探测，充分利用激光探测较强的抗无线电干扰能力，以及无线电探测较强的抗光学干扰能力和自然环境干扰能力，使复合探测的抗干扰能力大大提升。为了充分利用激光/无线电复合探测的抗干扰性能，如何在战场环境下各体制的探测信息进行干扰识别，是一个需要受到关注和研究的重要问题。

经对现有技术的文献检索发现，段亚博提出了一种调频连续波体制激光与无线电复合探测***的干扰识别策略，他在某一时刻取激光定距距离h_laser和无线电定距距离h_radio两者差值|h_laser-h_radio|，同时联合激光差频信号信噪比SNR_laser和无线电差频信噪比SNR_radio来进行判定。σ为设定的距离差阈值，SNR_td1为激光差频信号进行有效定距的信噪比阈值，SNR_td2无线电差频信号进行有效定距的信噪比阈值。当|h_laser-h_radio|>σ且SNR_laser>SNR_td1，则输出激光探测结果；当|h_laser-h_radio|>σ且SNR_laser<SNR_td1、SNR_radio>SNR_td2时，则输出无线电探测结果；当|h_laser-h_radio|<σ时，输出激光探测结果；当|h_laser-h_radio|>σ且SNR_laser<SNR_td1、SNR_radio<SNR_td2时，两个探测***均受到干扰。这种融合方法的不足之处是该方法适用于单个探测***受到干扰时，若两个探测***均受到干扰时，两者的定距结果有一定的随机性，即两者的定距差值也具有随机性，则在判断时会受到影响。

弹药在弹道末端飞行时一般呈匀速状态，近炸引信使用的复合探测***可以充分利用匀速飞行这一特性来实时检测各探测***是否受到干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于复合探测的干扰识别方法，其能够在复杂的战场干扰环境和自然干扰环境下对目标进行有效探测，避免因某一探测***受到干扰而造成虚警，提高探测的可靠性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于复合探测的干扰识别方法，其步骤如下：

步骤1、利用激光探测***和无线电探测***对目标进行复合探测，激光探测***和无线电探测***分别采集m个探测周期内的回波信号，m＝4～10，激光探测***解算出第一目标距离，无线电探测***解算出第二目标距离，第一目标距离和第二目标距离融合形成样本数据矩阵H₀：

其中，x⁽⁰⁾为第一目标距离的样本数据序列，y⁽⁰⁾为第二目标距离的样本数据序列，x_i ⁽⁰⁾和y_i ⁽⁰⁾分别表示根据第i个探测周期的回波信号解算出的第一目标距离和第二目标距离，i＝1，2，…，m。

步骤2、根据样本数据矩阵H₀，利用灰色***理论，建立目标距离预测模型。

步骤3、根据样本数据矩阵H₀和目标距离预测模型，计算样本数据的残差矩阵H₃和标准化残差矩阵H₄。

步骤4、通过目标距离灰色预测模型计算x_m+1 ⁽⁰⁾和y_m+1 ⁽⁰⁾的预测值和/>以此类推，可以求出第m+2、…、m+n个探测周期内第一目标距离和第二目标距离的预测值。

步骤5、激光探测***和无线电探测***将实时处理的距离信息反馈给探测信息综合处理模块，探测信息综合处理模块判断激光探测***和无线电探测***是否受到干扰，输出最终探测结果。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明计算量小，所需样本数量少，能够较好地适应弹药飞行速度快且能够采集的样本量小这一客观情况；

(2)本发明利用弹药在弹道末端的匀速飞行状态，将其转化为距离信息的线性规律，极大地减小了目标距离预测的复杂性，提高了干扰识别的准确性；

(3)本发明中的标准化残差的限制区间具有自适应性，能够根据探测***自身的工作状态自动调节，大大提高探测***的自适应性；

(4)本发明中的两个探测***并联独立工作，所反馈的距离信息互不干扰，且目标距离预测和状态判定过程也具有极强的独立性，能够准确对各种不同情况进行判断，避免误判、漏判情况的发生。

附图说明

图1为本发明的用于复合探测的干扰识别方法的流程图。

图2为激光/无线电复合探测***的控制关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明所述的一种用于复合探测的干扰识别方法，步骤如下：

步骤1、利用激光探测***和无线电探测***对目标进行复合探测，激光探测***和无线电探测***分别采集m个探测周期内的回波信号，m＝4～10，激光探测***解算出第一目标距离，无线电探测***解算出第二目标距离，第一目标距离和第二目标距离融合形成样本数据矩阵H₀：

其中，x⁽⁰⁾为第一目标距离的样本数据序列，y⁽⁰⁾为第二目标距离的样本数据序列，x_i ⁽⁰⁾和y_i ⁽⁰⁾分别表示根据第i个探测周期的回波信号解算出的第一目标距离和第二目标距离，i＝1，2，…，m。

结合图2，激光探测***和无线电探测***采用并联工作方式，同时独立地对目标进行探测。所述激光探测***(徐孝彬.脉冲激光引信近程周向探测技术研究[D].南京理工大学,2017.)包括光学模块、激光发射模块、激光接收模块、A/D采样模块和激光信号处理模块；光学模块包括发射透镜和接收透镜，激光发射模块包括激光二极管和驱动电路，激光接收模块包括光电探测器和放大电路。所述无线电探测***(仵大奎.毫米波引信中的若干关键技术与应用研究[D].电子科技大学,2010.)包括收发共用天线、环形器、VCO、混频器、带通滤波器、A/D采样模块和无线电信号处理模块。

激光探测***采用脉冲激光来进行探测，其原理是光在大气中的飞行速度在测量过程中保持不变，通过发射一串脉宽一定的激光脉冲，测量激光从发射到经目标反射后到达光电探测器所经过的时间，来计算出第一目标距离。

无线电探测***采用三角线性调频连续波信号进行探测，其原理是通过对差频信号进行采样，再利用FFT频域分析得到差频信号在上下扫频段频率，来求得第二目标距离。

步骤2、根据样本数据矩阵H₀，利用灰色***理论，建立目标距离预测模型，具体步骤如下：

将样本数据矩阵H₀进行一次累加生成一阶数据矩阵H₁：

其中：x⁽¹⁾和y⁽¹⁾分别对应第一目标距离和第二目标距离的样本数据序列经过一次累加生成的一阶数据序列，k表示一次累加生成的参量在一阶数据序列中的序号，i表示探测周期序号。

对一阶数据序列建立白化微分方程：

其中，a₁和a₂分别对应第一发展灰数和第二发展灰数，u₁和u₂分别对应第一内生控制灰数和第二内生控制灰数。

记第一过渡矩阵A₁＝[a₁,u₁]^T，第二过渡矩阵A₂＝[a₂,u₂]^T，用最小二乘法求解参数a₁，a₂，u₁和u₂，得联合过渡矩阵A：

式中：

对上述白化微分方程求解，得到近似解

其中，和/>分别对应x_k+1 ⁽⁰⁾和y_k+1 ⁽⁰⁾的一阶预测值。

令和/>分别对应x_k+1 ⁽⁰⁾和y_k+1 ⁽⁰⁾的预测值，则目标距离预测模型为

步骤3、根据样本数据矩阵H₀和目标距离预测模型，计算样本数据的残差矩阵H₃和标准化残差矩阵H₄：

其中，r是第一目标距离的残差，s是第二目标距离的残差， i＝1，2，…，m。

探测***的残差是一个非平稳的随机过程，但近似于正态分布。对残差进行标准化处理，形成样本数据的标准化残差矩阵H₄：

其中，r_N代表第一目标距离的标准化残差，s_N代表第二目标距离的标准化残差。

计算第一目标距离的标准化残差的均方根J_RMSx、均值μ_x以及方差σ_x ²，第二目标距离样本数据的标准化残差的均方根J_RMSy、均值μ_y以及方差σ_y ²。

当置信度为(1-α)时，可以确定第一目标距离和第二目标距离的标准化残差的限制区间是[μ_x-zσ_x ²,μ_x+zσ_x ²]和[μ_y-zσ_y ²,μ_y+zσ_y ²]，z是与置信水平相关的系数，可结合数理统计理论进行设置，α为显著性水平，其与置信度的和等于1。

步骤4、通过上述目标距离预测模型可以计算出x_m+1 ⁽⁰⁾和y_m+1 ⁽⁰⁾的预测值和以此类推，可以求出第m+2、…、m+n个探测周期内第一目标距离和第二目标距离的预测值。

步骤5、激光探测***和无线电探测***将实时处理的距离信息反馈给探测信息综合处理模块，探测信息综合处理模块判断激光探测***和无线电探测***是否受到干扰，输出最终探测结果，具体方法如下：

计算第一目标距离和第二目标距离的残差值r_j和s_j，j>m，j为探测周期序号。

将第一目标距离和第二目标距离的残差标准化为r_Nj和s_Nj：

若r_Nj∈[μ_x-zσ_x ²，μ_x+zσ_x ²]，s_Nj∈[μ_y-zσ_y ²，μ_y+zσ_y ²]，则激光探测***和无线电探测***均未受到干扰；

若r_Nj∈[μ_x-zσ_x ²，μ_x+zσ_x ²]，则激光探测***未受到干扰，无线电探测***受到干扰；

若s_Nj∈[μ_y-zσ_y ²，μ_y+zσ_y ²]，则激光探测***受到干扰，无线电探测***未受到干扰；

若则激光探测***和无线电探测***均受到干扰。

若两个探测***均未受到干扰，则输出测量精度更高的激光探测***的探测值；若有一个探测***受到干扰，则输出未受到干扰的探测值；若两个探测***均受到干扰，则不输出探测值，进入下一个探测周期。

与其他干扰识别方法相比，本发明的优点在于：

(1)本发明计算量小，所需样本数量少，能够较好地适应弹药飞行速度快且能够采集的样本量小这一客观情况；

(2)本发明利用弹药在弹道末端的匀速飞行状态，将其转化为距离信息的线性规律，极大地减小了数据预测的复杂性，提高了判断的准确性；

(3)本发明中标准化残差的限制区间具有自适应性，能够根据探测***自身的工作状态自动调节，大大提高探测***的自适应性；

(4)本发明中的两个探测***并联独立工作，所反馈的距离信息互不干扰，且数据预测和状态判定过程也具有极强的独立性，能够准确对各种不同情况进行判断，避免误判、漏判情况的发生。

Claims (3)

1.一种用于复合探测的干扰识别方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1、利用激光探测***和无线电探测***对目标进行复合探测，激光探测***和无线电探测***分别采集m个探测周期内的回波信号，m＝4～10，激光探测***解算出第一目标距离，无线电探测***解算出第二目标距离，第一目标距离和第二目标距离融合形成样本数据矩阵H₀：

其中，x⁽⁰⁾为第一目标距离的样本数据序列，y⁽⁰⁾为第二目标距离的样本数据序列，x_i ⁽⁰⁾和y_i ⁽⁰⁾分别表示根据第i个探测周期的回波信号解算出的第一目标距离和第二目标距离，i＝1，2，…，m；

步骤2、根据样本数据矩阵H₀，利用灰色***理论，建立目标距离预测模型，具体步骤如下：

将样本数据矩阵H₀进行一次累加生成一阶数据矩阵H₁：

其中：x⁽¹⁾和y⁽¹⁾分别对应第一目标距离和第二目标距离的样本数据序列经过一次累加生成的一阶数据序列，k表示一次累加生成的参量在一阶数据序列中的序号，i表示探测周期序号；

对一阶数据序列建立白化微分方程：

其中，a₁和a₂分别对应第一发展灰数和第二发展灰数，u₁和u₂分别对应第一内生控制灰数和第二内生控制灰数；

记第一过渡矩阵A₁＝[a₁,u₁]^T，第二过渡矩阵A₂＝[a₂,u₂]^T，用最小二乘法求解参数a₁，a₂，u₁和u₂，得联合过渡矩阵A：

式中：

对上述白化微分方程求解，得到近似解

其中，和/>分别对应x_k+1 ⁽⁰⁾和y_k+1 ⁽⁰⁾的一阶预测值；

令和/>分别对应x_k+1 ⁽⁰⁾和y_k+1 ⁽⁰⁾的预测值，则目标距离预测模型为

步骤3、根据样本数据矩阵H₀和目标距离预测模型，计算样本数据的残差矩阵H₃和标准化残差矩阵H₄；

步骤4、通过目标距离预测模型计算x_m+1 ⁽⁰⁾和y_m+1 ⁽⁰⁾的预测值和/>以此类推，求出第m+2、…、m+n个探测周期内第一目标距离和第二目标距离的预测值；

步骤5、激光探测***和无线电探测***将实时处理的距离信息反馈给探测信息综合处理模块，探测信息综合处理模块判断激光探测***和无线电探测***是否受到干扰，输出最终探测结果。

2.根据权利要求1所述的用于复合探测的干扰识别方法，其特征在于：

步骤3、根据样本数据矩阵H₀和目标距离预测模型，计算样本数据的残差矩阵H₃和标准化残差矩阵H₄：

其中，r是第一目标距离的残差，s是第二目标距离的残差，

探测***的残差是一个非平稳的随机过程，但近似于正态分布；对残差进行标准化处理，形成样本数据的标准化残差矩阵H₄：

其中，r_N代表第一目标距离的标准化残差，s_N代表第二目标距离的标准化残差；

计算第一目标距离的标准化残差的均方根J_RMSx、均值μ_x以及方差σ_x ²，第二目标距离样本数据的标准化残差的均方根J_RMSy、均值μ_y以及方差σ_y ²：

当置信度为(1-α)时，确定第一目标距离和第二目标距离的标准化残差的限制区间为[μ_x-zσ_x ²,μ_x+zσ_x ²]和[μ_y-zσ_y ²,μ_y+zσ_y ²]，z是与置信水平相关的系数，α为显著性水平，其与置信度的和等于1。

3.根据权利要求2所述的用于复合探测的干扰识别方法，其特征在于：步骤5中，激光探测***和无线电探测***将实时处理的距离信息反馈给探测信息综合处理模块，探测信息综合处理模块判断激光探测***和无线电探测***是否受到干扰，输出最终探测结果，具体如下：

计算第一目标距离和第二目标距离的残差值r_j和s_j，j>m，j为探测周期序号：

将第一目标距离和第二目标距离的残差标准化为r_Nj和s_Nj：

若r_Nj∈[μ_x-zσ_x ²,μ_x+zσ_x ²]，s_Nj∈[μ_y-zσ_y ²,μ_y+zσ_y ²]，则激光探测***和无线电探测***均未受到干扰；

若r_Nj∈[μ_x-zσ_x ²,μ_x+zσ_x ²]，则激光探测***未受到干扰，无线电探测***受到干扰；

若s_Nj∈[μ_y-zσ_y ²,μ_y+zσ_y ²]，则激光探测***受到干扰，无线电探测***未受到干扰；

若则激光探测***和无线电探测***均受到干扰；

若两个探测***均未受到干扰，则输出测量精度更高的激光探测***的探测值；若有一个探测***受到干扰，则输出未受到干扰的探测值；若两个探测***均受到干扰，则不输出探测值，进入下一个探测周期。