基于空-频域特性的飞机尾流检测前跟踪方法

摘
要： 与常规点 目标相 比， 尾流跨越 多个角度和多普勒分辨单元， 常规检测方法不能充分利 用其空一 频域特
性， 因此很难 实现较远距 离上的尾流探测．基 于尾 流的 多普勒扩展特性和空间线状分布特性 ， 提 出了一种基 于幅
度和位置量测的检测前跟踪（ Ｔ Ｂ Ｄ ） 方法．仿真结果表明 ， 该方法能够通过频域低 门限预处理 实现 高检测概率 ， 通
少 量 间 断 的 点 迹 而 无 法 进 行 连 续 跟 踪 ． 根 据 多
流的最小 、 最大多普勒速度值．
普勒原理 ， 利 用 高 清 晰度 的 多 普 勒 雷 达 ， 通 过 检 测尾 流 的存 在 而 间 接发 现 隐身 飞机 目标 ， 这 是 雷 达 反 隐 身 的一 条 潜 在 的 技 术 途 径 ． 因 此 飞 机 尾 流探 测 技 术 是 航 空 安 全 和 反 隐身 等 领 域 的 重 要 研究课 题．文献［ ５ ］ 讨 论 了 通 过 独 特 的尾 流 信 号 来 识 别 隐身 飞 机 的理 论 基 础 ， 并 认 为 随 着 湍 流检
飞 机 尾 流 是 飞 机 飞 行 时产 生 的 一 种 固有 的
来 建模尾 流 的多普勒谱 ． 以 Ｂ ｕ ｒ ｎ ｈ ａ ｍ． Ｈａ ｌ ｌ ｏ ｃ ｋ 速 度模 型 描述 尾 流 的旋转 运 动 ， 在 均匀 网格 上 描述 尾 流径 向速度 分 布 图像 ， 利 用 统计 直 方 图方 法统
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ２ ０ ９ ５ － ５ ８ ３ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ４ ． ０ ０ １
基 于空一 频域 特性 的飞机尾 流检 测前跟踪方法
刘俊 凯 １ ， 王 雪松 ， 孙文峰 ， 蔡 益朝
（ １ ． 空军预警学院 空天预警 实验 室，武汉４ ３ ０ ０ １ ９ ； ２ ． 国防科技大学 电子科学与Ｘ － 程学院， 长沙４ １ ０ ０ ７ ３ ）
＾ ∞ ＼ 簟凝
（ １ ）
式 中， ｒ ０ 为 尾 流 的涡 环 量 ， １ ， 。 和１ ， 分 别 表 示 尾
将 基 于 飞 机 尾 流 探 测 的反 隐 身技 术 列 为 ２ ０ ２ ５ 年
中远 期 研 究 计 划 ． 现代 飞 机采 用 隐身 技术 后 ， 致 使 防空 雷 达 观 测不 到 目标 ， 或者 只能 观 测 到 目标
５
多 普 勒 特性 ， 其研 究 对 保 证 飞 行 安 全 、 提 高 机
场 吞 吐量 具 有 重要 的社 会 、 经 济效 益 ．美 国空 军
Ｓ （ Ｖ ｄ ） ． ＿
丁 ｃ Ｖｄ
ｖ ０ Ｉ Ｖ ｄ Ｉ ≤ ｖ ｌ
５ ４ ４ Ｏ ３ ５ ３ ０ ２ ５ ０ １ ５ ｌ ０ ５
测 技 术 不 断 成熟 ， 飞 机 尾 流探 测 技 术 的军事 应 用 将 变 得 特 别有 吸引 力 ．
■ ■
（ ａ ） 分辨 率 ３ ｍ￣ ３ ｍ 的 径 向 （ ｂ ） 不ｌ 司航 速 时 的 径 向
速 度分 布 图像
速 度谱
图１ 波音７ ４ ７ 飞 机 尾 流 多 普 勒 的 建 模 结 果
ｐｋ＝Ｐ／ ｃ ｏ ｓ （ ￣ ０ 一
七一 ０ 十
，
１ 飞机尾 流的频域 、 空域特性
过 空 间积 累降低 虚 警概 率 ； 通过 增 加 辅助 信 号 处理 通道 ， 能够 增 大尾 流 的探 测距 离．
关键词 ： 飞机 尾 流 ； 微 弱 目标 ； 扩展 目标 ； 检 测前 跟 踪 ； 粒子 滤 波
中图分 类 号 ： Ｔ Ｎ ９ ５ ７
文 献标 志码 ： Ａ
文章 编 号 ： ２ ０ ９ ５ ． ５ ８ ３ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ ． ０ ２ ３ ５ ． ０ ４
开 始 扫 掠 尾 流 时 刻 为
， 相 参 积 累 脉 冲 数 为
Ⅳ ｃ， 脉 冲重复周期 （ Ｐ Ｉ Ｌ Ｉ ） 为 秒 ， 则 相 关 处 理 间
隔（ Ｃ Ｐ Ｉ ） 为Ⅳ ｃ ．检 测 点 迹 是 雷 达 以 相等 角 速 度
对 尾 流 的非 均 匀采 样 ． 检 测点 迹 的极 坐标 式 直 线方 程 表 示 为
分 析 脉 冲 多 普 勒 雷 达 体 制 下 尾 流检 测 点 迹 的特 点 ． 雷 达探 测 尾 流 示 意 图如 图 ２ 所示 ， 其 中
由 于在 空 间 上 尾 流 为线 状 分 布 的介 质 目 标， 在 频 域 上 多普 勒 雷 达 能测 量 得 到 尾 涡旋 转 产 生 的径 向速 度 ， 本 文 充 分 利用 尾 流 目标 特性 对 远 超 常 规 雷 达 探测 方 法 的探测 性 能 进 行 了探 讨 ．
第２ ７ 卷 第４ 军 预 警 学 院 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａｉ ｒ Ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ Ｅ ａ ｒ ｌ ｙ Ｗａ ｍｉ ｎ ￣ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍ
Ｖ＿ ０ １ ． ２ ７ ＮＯ ． ４ Ａｕ ｇ ． ２ ０ １ ３
流体力学现象 ， 其中， 翼 尖 尾 流 是 一 种 强 烈 的 螺 旋状气流 ， 强度 可 用 涡 环 量 描 述 ， 尾 喷 流 的 密 度 将大大超过背景大气密度 １ ０ ０倍 ．近年来 Ｎ ＡＳ Ａ 兰利研 究 中心 、 Ｆ Ａ Ａ、 林 肯实 验室 、 通 用 电 气 公 司、 泰 雷 兹 公 司 等 通过 Ｓ Ｅ Ｓ Ａ Ｒ （ ２ ０ ０ ５ －２ ０ ２ ０ ） 和
ＮＧ Ａ Ｔ Ｓ （ ２ ０ ０ ５ －２ ０ ２ ５ ） 计 划 测 量 了雷 达 反 射 率 和
计 出每 个 速 度 值 的概 率 ． 潮 湿 大 气 中 波 音 ７ ４ ７
尾 流多普勒 的建模结果 如图 １ 所 示 ． 尾 流 的多 普 勒 谱 可表 示 为
ｒ
［ 二 ＝ 豳—■■■ｌ