基于空域特性的低空空域雷達(dá)目標(biāo)檢測

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1、航空學(xué)報(bào)ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep．252015V01．36No．93060-3068ISSN1000—6893CN11．1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu，cn基于空域特性的低空空域雷達(dá)目標(biāo)檢測陳唯實(shí)*，李敬中國民航科學(xué)技術(shù)研究院機(jī)場研究所，北京100028摘要：為實(shí)現(xiàn)基于非相參雷達(dá)的低空空域監(jiān)視，提出一種基于空域特性的雜波抑制算法，通過構(gòu)造“最優(yōu)分類面”來區(qū)分復(fù)雜低空空域雷達(dá)圖像中的小弱目標(biāo)和雜波，極大改善了非相參雷達(dá)的低空探測能

2、力。首先，采用背景差分與固定閾值分割建立前景和背景統(tǒng)計(jì)模型。然后，基于該模型提取空域特性，建立馬爾可夫隨機(jī)場模型，從而自適應(yīng)地調(diào)節(jié)“最優(yōu)分類面”中的閾值。前景模型數(shù)據(jù)反映了待檢測像素的聚集程度，背景模型數(shù)據(jù)反映了其相對位置。將本算法分別應(yīng)用于X波段和S波段航海雷達(dá)獲取的圖像序列。檢測結(jié)果表明：本算法在檢測到低空空域小弱目標(biāo)的同時(shí)，能夠?qū)⑻摼时３衷谳^低的水平，優(yōu)于恒虛警檢測等經(jīng)典算法。最后，將本算法與已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)跟蹤算法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了一整套完整的低空空域雷達(dá)目標(biāo)檢測與跟蹤算法。關(guān)鍵詞：低空空域；雷達(dá)；目標(biāo)；檢測；最優(yōu)分類面中圖分

3、類號：V35；TN957．52文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000—6893(201j)09—3060—09通用航空(以下簡稱“通航”)是指使用民用航空器從事公共航空運(yùn)輸以外的民用航空活動，通常使用1000m以下的低空空域¨J。預(yù)計(jì)到2020年，中國通航飛機(jī)的數(shù)量將超過1萬架，通航飛行總量將達(dá)200萬飛行小時(shí)，年均增長19％。在通航迎來前所未有發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，作為通航主要活動區(qū)域的低空空域，其開放程度一直備受關(guān)注。與民航飛機(jī)相比，通航飛機(jī)體積小，飛行高度低，飛行活動靈活多樣，加之其缺乏民航飛機(jī)配備的二次雷達(dá)應(yīng)答機(jī)等設(shè)備，在飛行過程中有

4、可能偏離預(yù)設(shè)航路，侵入民航飛機(jī)的起降航路區(qū)域，影響民航航班正常運(yùn)行，甚至被不法分子利用，威脅國家空防安全。因此，隨著中國通航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與低空空域的逐步開放，對重要敏感目標(biāo)、邊境地帶和機(jī)場區(qū)域的低空空域監(jiān)視能力亟待加強(qiáng)?？沼虮O(jiān)視技術(shù)是保障飛行安全，提高運(yùn)行效率的重要手段[2]。低空空域監(jiān)視技術(shù)分為協(xié)同式和非協(xié)同式2類∞]。協(xié)同式監(jiān)視技術(shù)需要地面設(shè)備與應(yīng)答機(jī)協(xié)同工作，以二次雷達(dá)、多點(diǎn)定位和自動相關(guān)監(jiān)視技術(shù)為代表；非協(xié)同式監(jiān)視技術(shù)僅僅依靠地面設(shè)備獨(dú)立工作，無需應(yīng)答機(jī)協(xié)同工作，以一次雷達(dá)為代表。一次雷達(dá)具有架設(shè)方便及獨(dú)立工作性強(qiáng)等特點(diǎn)，是

5、低空空域安全監(jiān)視的重要手段，其雖然探測精度略低，但其無需機(jī)載航電設(shè)備協(xié)同工作，特別適用于探測通航飛機(jī)等非合作目標(biāo)，在低空空域安全監(jiān)視中具有不可替代的作用。自20世紀(jì)70年代以來，特別是“9·11”事件之后，世界各國陸續(xù)研制和裝備了多種低空監(jiān)視一次雷達(dá)，以加強(qiáng)對低空通航入侵目標(biāo)(也包括低空飛行的民航目標(biāo))的監(jiān)視與警戒[4]，如意大利的Pluto雷達(dá)L20、美國的Harrier雷達(dá)[5]、加拿大的Accipiter雷收稿日期：2014-08—26；退修日期：2014—11-15；錄用日期：2014—11—24；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2014—

6、12·0117：11網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWW．cnkinet／kcms／deta¨／S1000—689320140324html基金項(xiàng)目：民航安全能力建設(shè)資金(142146903072)*通訊作者．Tel．：010．64481507E-mail：chenwsh@mailcastc．orgcr}引用格武

7、ChenWS．LiJ?Radartargetdetectioninlow-altitudeairspacewithspatialfeaturesEJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015．3

8、6(9)：3060．3068．昧唯賣，李敬．基f空域特性的低空空域雷達(dá)目標(biāo)檢弱￡JI．航空學(xué)報(bào)t2015．36(9)：3060—3068．墮蘭室竺!苧三皇苧竺竺竺堡窒皇苧重蘭!堡竺型!!!!達(dá)‘6

9、、法國的TRS-2105／2106雷達(dá)[21等。民用航海雷達(dá)是一種典型的一次雷達(dá)，具有成本低、可靠性高的特點(diǎn)，Harrier和Accipiter等低空監(jiān)視雷達(dá)均采用民用航海雷達(dá)作為前端[5_6]。但此類雷達(dá)屬于一次非相參雷達(dá)，不具備全相參雷達(dá)的動目標(biāo)顯示(MovingTargetIndication，MTI)和動目標(biāo)檢測(MovingT

10、argetDetection，MTD)等多普勒雜波抑制技術(shù)[7]。另外，由于低空監(jiān)視雷達(dá)的工作環(huán)境可能極其惡劣，即使不計(jì)成本，采用最佳的多普勒雜波抑制技術(shù)，也難以把雜波完全抑制干凈H]。因此，為控制成本，提高產(chǎn)品競爭力，國外低空監(jiān)視雷達(dá)一般在對民用