專利名稱：：復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及雷達(dá)識別
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取方法和裝置。
背景技術(shù)：
：極點是諧振區(qū)雷達(dá)目標(biāo)最可依賴也是最重要的特征，無論是波形綜合方法還是其他基于極點的目標(biāo)識別方法都依賴于極點特征的準(zhǔn)確提取。然而提取雷達(dá)目標(biāo)的極點是非常困難的，存在早晚期響應(yīng)混疊，目標(biāo)極點模數(shù)無法預(yù)知，測量響應(yīng)易受噪聲影響等一系列難以解決的問題?，F(xiàn)有的極點提取方法包括Prony法、E脈沖法、矩陣束法、以及各種迭代方法等。以上所述的現(xiàn)有的極點提取方法大都通過時域信號提取目標(biāo)極點。目標(biāo)時域瞬態(tài)響應(yīng)的理論模型是目標(biāo)的時域沖激響應(yīng)，即目標(biāo)受到時域沖激信號照射后得到的散射響應(yīng)信號。在實際測試中，往往采用脈沖寬度極窄的信號作為入射信號照射目標(biāo)，通過接收散射信號獲取目標(biāo)的瞬態(tài)響應(yīng)。目標(biāo)的瞬態(tài)時域沖激響應(yīng)可以分為早期響應(yīng)和晚期響應(yīng)，早期響應(yīng)與入射脈沖信號有關(guān)；晚期響應(yīng)與入射脈沖無關(guān)，可用于極點提取。現(xiàn)有的極點提取方法大都假設(shè)目標(biāo)時域晚期瞬態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)已經(jīng)得到，然后側(cè)重于提取算法性能的研究。而在復(fù)雜目標(biāo)的極點提取過程中，分析實測或仿真獲得的數(shù)據(jù)，對于能否提取出目標(biāo)的真實極點至關(guān)重要?，F(xiàn)有技術(shù)存在的缺點是現(xiàn)有目標(biāo)極點提取方法大都通過實測的時域信號提取目標(biāo)極點，測試?yán)щy，而且不能夠解決復(fù)雜目標(biāo)的極點提取問題。只有做到能夠提取復(fù)雜目標(biāo)的極點(如飛機和艦船等軍事目標(biāo))，才能夠把已有的基于極點特征的目標(biāo)標(biāo)識別方法應(yīng)用到實際中去。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是解決現(xiàn)有技術(shù)無法提取復(fù)雜目標(biāo)的極點的缺陷。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取方法，包括以下步驟根據(jù)目標(biāo)頻域響應(yīng)數(shù)據(jù)，獲取準(zhǔn)確的目標(biāo)晚期響應(yīng)；根據(jù)獲取的所述目標(biāo)晚期響應(yīng)及改進的整體最小二乘矩陣束法確定極點數(shù)目，并進行極點特征提取。作為本發(fā)明的一個實施例，所述根據(jù)目標(biāo)頻域響應(yīng)數(shù)據(jù)獲取準(zhǔn)確的目標(biāo)晚期響應(yīng)包括以下步驟截取頻域數(shù)據(jù)；確定入射信號的等效寬度；確定開始時刻；區(qū)分早晚期響應(yīng)。作為本發(fā)明的一個實施例，所述入射信號等效寬度Tep為其中，k為一個接近于l的常數(shù)。作為本發(fā)明的一個實施例，所述確定開始時刻包括對逆傅立葉變換得到的時域信號，基于零時刻在時間上進行t的延遲，得到準(zhǔn)確的時域散射信號的開始時刻。作為本發(fā)明的一個實施例，如果所述等效入射信號的等效信號寬度是T③，則所述延遲時間t=Tep/2。作為本發(fā)明的一個實施例，所述晚期響應(yīng)的開始時間為t=Tb+Ttr+T③，其中，Tb是信號開始作用于目標(biāo)的時刻，Tte是信號通過目標(biāo)的時間，Tep脈沖信號的等效寬度，Tte=L/c，L代表目標(biāo)的入射方向上的長度，c代表電磁波傳播的速度。作為本發(fā)明的一個實施例，所述確定極點數(shù)目包括借助極點提取結(jié)果，評判參數(shù)選擇的優(yōu)劣，將提取的結(jié)果和理論結(jié)果的偏差作為準(zhǔn)則來約束參數(shù)選取，獲得滿意的極點數(shù)目M。作為本發(fā)明的一個實施例，所述確定極點數(shù)目包括利用重構(gòu)時域信號yre。(k)和時域信號y。al(k)之間的誤差S(M)=Zdc("—j^(A))乍為判別準(zhǔn)則選取合適的6=1參數(shù)M。pt，其中，M。pt為滿足<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>本發(fā)明還提出一種復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取裝置，包括目標(biāo)晚期響應(yīng)獲取模塊和極點特征提取模塊，所述目標(biāo)晚期響應(yīng)獲取模塊，用于根據(jù)頻域數(shù)據(jù)獲取準(zhǔn)確的目標(biāo)晚期響應(yīng)；所述極點特征提取模塊，用于根據(jù)獲取的所述目標(biāo)晚期響應(yīng)及改進的整體最小二乘矩陣束法確定極點數(shù)目，并進行極點特征提取。作為本發(fā)明的一個實施例，所述目標(biāo)晚期響應(yīng)獲取模塊包括頻域數(shù)據(jù)截取子模塊、等效寬度確定子模塊、開始時刻確定子模塊和早晚期響應(yīng)區(qū)分子模塊，所述頻域數(shù)據(jù)截取子模塊，用于截取頻域數(shù)據(jù)；所述等效寬度確定子模塊，用于確定入射信號的等效寬度；所述開始時刻確定子模塊，用于確定開始時刻；所述早晚期響應(yīng)區(qū)分子模塊，用于區(qū)分早晚期響應(yīng)。本發(fā)明采用的是目標(biāo)頻域數(shù)據(jù)，更易通過計算手段獲取，從而代替暗室縮比試驗，節(jié)省大量的試驗經(jīng)費。并且通過本發(fā)明還能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜目標(biāo)，如各類飛機和艦船目標(biāo)的極點特征提取。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，其特點將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。本發(fā)明上述的/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1為本發(fā)明實施例復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取方法的流程圖2為本發(fā)明實施例獲取晚期響應(yīng)方法的流程圖；圖3為本發(fā)明實施例的入射信號與目標(biāo)作用過程示意圖；圖4為本發(fā)明實施例的誤差隨著M取值不同的變化示意圖；圖5為本發(fā)明實施例復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖6a和6b為本發(fā)明細(xì)導(dǎo)線目標(biāo)極點提取結(jié)果和現(xiàn)有技術(shù)中提取結(jié)果的比較；圖7為本發(fā)明極點提取結(jié)果；圖8a和8b為本發(fā)明導(dǎo)體球目標(biāo)極點提取和現(xiàn)有技術(shù)提取結(jié)果的比較；圖9為某類型轟炸機三角網(wǎng)格剖分模型；圖10為某類型飛機10個方位的極點提取結(jié)果；圖11為某種類型艦艇的三角網(wǎng)格剖分模型；圖12為某類型艦艇10個方位的極點提取結(jié)果。具體實施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。本發(fā)明不同于直接利用實驗測試時域晚期瞬態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)進行極點提取的現(xiàn)有技術(shù)，而是利用仿真獲取的頻域數(shù)據(jù)進行極點提取，因此更易通過計算手段獲取，從而代替暗室縮比實驗，不僅節(jié)省大量的試驗經(jīng)費，且具有計算精確，實驗方便，節(jié)省大量的人力、物力等優(yōu)點。如圖1所示，為本發(fā)明實施例復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取方法的流程圖，包括以下步驟步驟S101，分析所獲取的目標(biāo)頻域數(shù)據(jù)和極點的關(guān)系，即根據(jù)頻域數(shù)據(jù)獲取準(zhǔn)確的目標(biāo)晚期響應(yīng)。作為本發(fā)明的一個實施例，本發(fā)明給出了準(zhǔn)確獲取晚期響應(yīng)的方法，如圖2所示，為本發(fā)明實施例獲取晚期響應(yīng)方法的流程圖，需要說明的是，以下獲取晚期響應(yīng)的方法為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)以下實施例，提出其他獲取晚期響應(yīng)方法，或者在不脫離本發(fā)明思想的范圍內(nèi)修改以下實施例，從而能夠獲取晚期響應(yīng)，這些類似的等同替換均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。包括以下步驟步驟S201，截取頻域數(shù)據(jù)。本發(fā)明通過矩量法計算獲得的目標(biāo)散射頻域數(shù)據(jù)可表示為f0<"《(1)其中，"c是最大計算頻率，H(")是目標(biāo)的頻域沖激響應(yīng)。若時域入射信號為如下形式的辛格函數(shù)信號ejt)=Sa(wct)(2)則散射回波信號的頻域表達(dá)為6<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(3)其中式(3)表明若入射信號為辛格脈沖，則頻域散射信號是頻域沖激響應(yīng)的截斷，正好對應(yīng)著矩量法計算獲得散射數(shù)據(jù)。考慮到實際問題中時域沖激響應(yīng)是實信號，H(")應(yīng)具有共軛對稱的形式，得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(4)則時域散射回波信號是2;r議(5)射2;r—(6)可以得出對矩量法計算的頻域散射數(shù)據(jù)作共軛對稱，經(jīng)過逆傅立葉變換得到的時域信號，等效為時域入射信號為(2)式的辛格脈沖作用于目標(biāo)得到的時域瞬態(tài)散射信號。步驟S202，確定入射信號的等效寬度。由于頻域截斷導(dǎo)致了在時域上展寬成辛格信號，并在時域上是從負(fù)無窮延伸到正無窮。雖然辛格信號包含有明顯的主瓣和旁瓣信號，但信號的旁瓣包含的能量相對于主瓣包含的能量來說是不可忽略的。當(dāng)?shù)刃У男粮袢肷湫盘柕呐园旰湍繕?biāo)相互作用，此過程相當(dāng)于旁瓣信號巻積目標(biāo)的沖激響應(yīng)，是一個積分積累的過程，可能產(chǎn)生較大的結(jié)果。因此并不能直接用主瓣零點寬度作為入射信號的有效寬度，而應(yīng)當(dāng)從一個幅度更小的位置計算。根據(jù)能量比(9)式可以確定信號等效寬度Tep<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(7)k取一個接近于1的常數(shù)。為了避免選取參數(shù)k可以通過對計算獲得的頻域數(shù)據(jù)加海明窗濾波的方法調(diào)整等效入射信號的波形的旁瓣，使得能量更加集中于主瓣中，以主瓣零點之間的寬度作為等效寬度Tep。步驟S203，確定開始時刻。本發(fā)明直接利用時域數(shù)據(jù)的方法不存在確定目標(biāo)與信號開始相互作用時刻Tb的問題。因為信號何時與目標(biāo)相互作用可以根據(jù)實驗條件確知。而采用計算的頻域數(shù)據(jù)，信號到達(dá)目標(biāo)的確切時刻需要通過分析得到。根據(jù)前面分析，經(jīng)過逆傅立葉變換得到的時域信號的零時刻T。，并不是目標(biāo)與信號開始相互作用時刻Tb，而是等效的入射信號中心位置到達(dá)坐標(biāo)系原點位置的時刻。二者之間是存在一個時間差。T。時刻和Tb時刻相比是超前還是延遲，和目標(biāo)在坐標(biāo)系中的位置有關(guān)。如圖3所示，為本發(fā)明實施例的入射信號與目標(biāo)作用過程示意圖，以圖3中目標(biāo)在坐標(biāo)系中的位置為例，目標(biāo)離信號最近的點位于yoz平面內(nèi)，當(dāng)?shù)刃У娜肷湫盘柌ㄇ暗竭_(dá)目標(biāo)時候，辛格信號的中心位置還要再經(jīng)過一段時間才能到達(dá)原點o位置。因此需要對逆傅立葉變換得到的時域信號在時間上進行t的延遲才能夠得到準(zhǔn)確的時域散射信號。時延t是等效入射信號波前和中心位置之間的時間寬度。如果等效入射信號的等效信號寬度是Tep，則延遲時間t=Tep/2。步驟S204，區(qū)分早晚期響應(yīng)。可將目標(biāo)時域瞬態(tài)響應(yīng)分為早期響應(yīng)和晚期響應(yīng)。早期響應(yīng)是由入射信號波前到達(dá)目標(biāo)，開始與目標(biāo)作用直到入射信號完全與目標(biāo)相互作用，而產(chǎn)生的響應(yīng)信號。而晚期響應(yīng)是入射信號完全通過目標(biāo)以后，目標(biāo)自身還保留了由于入射信號引起的電流逐漸衰減而輻射出去的信號。這一過程是前后相繼，逐漸過渡的。正確的區(qū)分目標(biāo)的瞬態(tài)響應(yīng)中的早期和晚期響應(yīng)，對極點的提取是極為關(guān)鍵的。如果不正確區(qū)分早期和晚期響應(yīng)，則會導(dǎo)致極點提取結(jié)果出現(xiàn)偏差。參考圖3，通過分析信號與目標(biāo)相互作用過程可獲得正確的晚期響應(yīng)開始時間。假設(shè)入射信號從P點發(fā)出，接受信號位置也在P點。當(dāng)入射信號波前在Tb時刻到達(dá)目標(biāo)，產(chǎn)生早期響應(yīng)；經(jīng)過Ttr+T③時間后，信號和目標(biāo)完全分離，早期響應(yīng)結(jié)束，目標(biāo)開始產(chǎn)生晚期響應(yīng)。由于存在傳播時延的問題，原點O位置的目標(biāo)產(chǎn)生的響應(yīng)回到信號接收位置P比A點位置產(chǎn)生的響應(yīng)回到P，在時間要超前Ttr時間。正是這一時間延遲，造成了早期響應(yīng)和晚期響應(yīng)的混疊。在t=Tb+2Ttr+Tp時刻，在x坐標(biāo)軸A點位置產(chǎn)生的早期響應(yīng)完全超前于目標(biāo)上各個位置產(chǎn)生的晚期響應(yīng)，混疊隨之消失。通常關(guān)于晚期響應(yīng)的開始時間定義為t=Tb+2Ttr+Tp(8)其中，Tb是信號開始作用于目標(biāo)的時刻，Ttr是信號通過目標(biāo)的時間，Tp脈沖信號的寬度。其中，Ttr二L/c，L代表目標(biāo)的入射方向上的長度，c代表電磁波傳播的速度。但是以上定義的晚期響應(yīng)開始時間，忽略了晚期響應(yīng)早在t=Tb+Tte+Tp時刻就開始的事實。如此劃分雖然能夠保證晚期響應(yīng)中完全沒有早期響應(yīng)，但會損失晚期響應(yīng)的信息和能量，尤其是在入射信號通過目標(biāo)所需時間Ttr較長的情況下。信息的損失會造成極點提取不準(zhǔn)確，容易產(chǎn)生極點丟失的問題；能量損失會造成晚期響應(yīng)的能量更小，更易受到計算數(shù)據(jù)中的誤差干擾。根據(jù)以上的分析，可定義晚期響應(yīng)的開始時間為t=Tb+Ttr+TeD(9)這樣可使得晚期響應(yīng)包含全部極點信息和更大的能量。能夠提取到更完整的極點，并且不易受到計算數(shù)據(jù)誤差的干擾。至此，通過仿真獲得的頻域數(shù)據(jù)就轉(zhuǎn)換成了可供極點提取之用的晚期響應(yīng)數(shù)據(jù)，且可以同時獲得多個方位的目標(biāo)晚期響應(yīng)數(shù)據(jù)。步驟S102，根據(jù)改進的整體最小二乘矩陣束法選擇極點數(shù)目，及進行極點特征提取。從以往的研究能夠看出，在目前眾多的極點提取方法中，矩陣束方法的性能相對優(yōu)越。但也存在一些缺點，如極點數(shù)目未知就會很大程度上影響到矩陣束方法的極點提取結(jié)果。針對這些問題，本發(fā)明對整體最小二乘矩陣束方法進行了改進，得到改進的整體最小二乘矩陣束法并應(yīng)用到對復(fù)雜目標(biāo)的極點提取上。為了能夠?qū)Ρ景l(fā)明有更清楚的理解，以下將對矩陣束方法原理進行簡單介紹。目標(biāo)晚期瞬態(tài)響應(yīng)可以用一系列衰減指數(shù)和的形式表示M二y義6其中&=a,jpi，Si=o,j子和衰減頻率。采樣后的離散形式為A/;Ri是復(fù)留數(shù)；Si是極點；o(10)分別是衰減因1，2，…，N;N是采樣點數(shù)。分列定義矩陣..，y"y。]其中，n:Y=[yL，Yi=[yL，…，y2，yjy2=[yL—i，…，yi，y。]其中，y丄=[y(l)，y(l+l)，(13)式和(14)式可寫成1=ZLRZ0ZKY2=ZLRZK其中，'，y(l+N-L-l)]T1=1，2，(12)(13)(14)…，L;稱L為束參數(shù)。(15)(16)151Z2—TV—/廣(17)9ZD=為M-l'Z，厶_2i-1Z，工.i-2R=diag(R"R2...RM}Z0=diag(z"z2...zM}定義矩陣束Y「AY2=ZLR(Z0_AI)ZK若束參數(shù)L滿足M《L《N-M，則矩陣束的秩為M。如果入換言之，{Zi}是矩陣對(Y"Y^的廣義特征值。=ri是對應(yīng)于特征值Zi的特征向量。(22)式也可以寫成(18)(19)(20)(21)Zi，則矩陣束的秩降(22)(W-=()(23)上標(biāo)《卞,，代表矩陣的廣義逆。從(23)可以看出，求出Y/Y2的特征值，就可以獲得需要的目標(biāo)極點Zi。若目標(biāo)的極點Zi已獲得，則目標(biāo)的復(fù)留數(shù)可以利用最小二乘方法求得。A=x=(ATA)—H其中，(24)11-.1Z2z，-AM(25)bTyN-J(26)(27)以下對本發(fā)明如何確定極點數(shù)目進行介紹。完全導(dǎo)體目標(biāo)的晚期瞬態(tài)響應(yīng)可展開成無窮多個衰減正弦震蕩和的形式。而式(10)將其復(fù)衰減頻率約束在M個上。如何選取合適的M也是能否提取得到復(fù)雜目標(biāo)極點的關(guān)鍵問題之一。如果M值選取過小，則會漏掉目標(biāo)的真實極點，且提取出的極點也會和真實極點存在較大的偏差；如果M值選取過大，不僅會產(chǎn)生虛假極點，也會使真實極點的位置發(fā)生偏差。個別簡單目標(biāo)在一定頻段內(nèi)的極點數(shù)目M是可以已知的，但對飛機和艦船等目標(biāo)而言，信號中所包含的極點個數(shù)M是未知的。針對此問題，本發(fā)明提出一種基于時域信號重構(gòu)誤差最小化的極點數(shù)目選擇方法。為了獲得更好的極點提取效果，作為本發(fā)明的一個實施例，本發(fā)明將奇異值分解技術(shù)應(yīng)用在矩陣束方法提取極點問題中。假設(shè)模型(10)式準(zhǔn)確，若忽略建模計算帶來的偏差和噪聲，矩陣Y將有M個非零奇異值；若假設(shè)模型(10)式準(zhǔn)確，但存在建模計算帶來的偏差和噪聲，則矩陣Y將不會出現(xiàn)零奇異值，矩陣Y將成為一個滿秩矩陣。對(12)中的Y進行奇異值分解得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>E=diag{opo2，…<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(28)(29)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>0l，o2，…，。M是Y的最大的M個奇異值，若無噪聲，oM+1，oM+2，矩陣Y的低秩逼近f并且可以將f去掉最后一列得到矩陣1^，去掉第一列即得矩陣^2Y=[Xy。]=[yLX]，^2奇異值分解為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(30)-都為零。取(31)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(32)(33)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(34)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>矩陣vH去掉最后一列得到矩陣V/i，去掉第一列即得矩陣V^。定理1，若矩陣Y的秩大于等于M，則存在唯一的同維矩陣f其秩等于M，使得最小。最佳逼近的程度由Y_Yw—i=Z°"灘述。其中，||*|IF表示FrobeniousY-Y范數(shù)。定理1從理論上說明了采用f是在F范數(shù)下的對Y的最優(yōu)逼近，通過f獲得f^口,進而求得^^J^^2的特征值。該方法可以有效抑制噪聲對極點提取的影響。這種將奇異值分解技術(shù)應(yīng)用到矩陣束方法中的方法稱之為整體最小二乘矩陣束方法。定理1是在假設(shè)模型(1)式準(zhǔn)確，已知M的條件下得到的。在實際極點提取中，M未知，僅通過奇異值^，o2，，oM，oM+1，oM+2，…的分布無法確定M。因為奇異值的分布，既沒有呈現(xiàn)當(dāng)M選取某一值時，其后的奇異值都遠(yuǎn)小于前面的奇異值；也沒有出現(xiàn)當(dāng)M選取某一值時，其后的奇異值大小都基本相同的情況。因此，需要重點考慮極點數(shù)目M的確定方法。可借助于極點提取結(jié)果來評判參數(shù)選擇的優(yōu)劣，將提取的結(jié)果和理論結(jié)果的偏差作為準(zhǔn)則來約束參數(shù)選取，獲得滿意的參數(shù)M?？上У氖谴蠖鄶?shù)目標(biāo)的極點理論結(jié)果事先是未知的，所以需要給出一個合理且可操作的評判準(zhǔn)則。若目標(biāo)的極點數(shù)目M已知，極點Zi可利用矩陣束方法獲得，目標(biāo)的復(fù)留數(shù)&可以通過采用式(15)求得。禾l」用式(2)可以重構(gòu)目標(biāo)的時域信號L。(k)。利用重構(gòu)時域信號y^(k)和時域信號y。al(k)之間的誤差"1(35)作為判別準(zhǔn)則"1(36)選取合適的參數(shù)M。pt。由于M滿足MGN且1《M《min(L，N-L}(37)且通常目標(biāo)散射數(shù)據(jù)長度N并不太大，L的取值一般在N/3左右。所以M的取值是小于N/3的整數(shù)?？梢灾苯訉^(qū)間范圍內(nèi)的所有參數(shù)M計算S(M)，選擇最小S(M)對應(yīng)的參數(shù)M作為最合適的參數(shù)M。pt。如圖4所示，為本發(fā)明實施例的誤差隨著M取值不同的變化示意圖，圖4給出了對長和直徑比為100的細(xì)直導(dǎo)線目標(biāo)進行極點提取時，進行極點數(shù)目判定過程中S(M)隨參數(shù)M變化的結(jié)果?？梢钥闯?，誤差隨著M的增大，先呈現(xiàn)震蕩式的減小，到達(dá)最小后再變大。采用本發(fā)明的方法能降低由于模型不準(zhǔn)確以及數(shù)據(jù)中存在偏差和噪聲的影響，提取到準(zhǔn)確的目標(biāo)極點，將此方法稱為改進的整體最小二乘矩陣束方法(MTLS-MPM)。如圖5所示，為本發(fā)明實施例復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取裝置結(jié)構(gòu)示意圖，包括目標(biāo)晚期響應(yīng)獲取模塊110和極點特征提取模塊120。目標(biāo)晚期響應(yīng)獲取模塊110用于根據(jù)頻域數(shù)據(jù)獲取準(zhǔn)確的目標(biāo)晚期響應(yīng)。極點特征提取模塊120用于根據(jù)獲取的目標(biāo)晚期響應(yīng)及改進的整體最小二乘矩陣束法確定極點數(shù)目，并進行極點特征提取。作為本發(fā)明的一個實施例，目標(biāo)晚期響應(yīng)獲取模塊110包括頻域數(shù)據(jù)截取子模塊111、等效寬度確定子模塊112、開始時刻確定子模塊113和早晚期響應(yīng)區(qū)分子模塊114。頻域數(shù)據(jù)截取子模塊111用于截取頻域數(shù)據(jù)。等效寬度確定子模塊112用于確定入射信號的12等效寬度。開始時刻確定子模塊113用于確定開始時刻。早晚期響應(yīng)區(qū)分子模塊114用于區(qū)分早晚期響應(yīng)。為了驗證本發(fā)明前面提出的極點提取方法的有效性，對不同的雷達(dá)目標(biāo)進行了極點提取仿真實驗。對本發(fā)明的極點提取方法的仿真實驗遵循由易到難的過程。由簡單的高Q目標(biāo)入手，先對細(xì)導(dǎo)線目標(biāo)進行全面的仿真試驗，驗證算法的優(yōu)點；再將本發(fā)明應(yīng)用到典型的低Q目標(biāo)導(dǎo)體球目標(biāo)的極點提取中；最后將本發(fā)明應(yīng)用到飛機和艦船等復(fù)雜目標(biāo)的極點提取中。1、細(xì)導(dǎo)線目標(biāo)極點提取與驗證首先，對最簡單的細(xì)直導(dǎo)線目標(biāo)進行極點特征提取。主要為了驗證兩個問題1)提取極點并和其他方法的提取結(jié)果以及理論值比較，驗證算法的有效性；2)通過對不同方位數(shù)據(jù)進行極點提取，驗證簡單目標(biāo)的極點方位不變性。細(xì)導(dǎo)線長L二l米，長和直徑比為100。由于采用的是頻域的矩量法對模型進行計算，具備可同時計算多個方位的散射數(shù)據(jù)的優(yōu)點。根據(jù)需要，仿真計算了10度到90度間隔10度取一個方位共九個方位的散射數(shù)據(jù)。計算頻點間隔20MHz，范圍從20-4000MHz。表1極點提取結(jié)果和理論值的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>首先是以30度入射條件為例對計算數(shù)據(jù)進行極點提取。其結(jié)果與理論值的比較列在表1中，表1中僅列出了在復(fù)平面內(nèi)第二象限內(nèi)的極點結(jié)果，因為極點是共軛對稱的，故在下面中眾多的表示極點列表中均只列出此象限內(nèi)的結(jié)果。表1中的結(jié)果是提取得到極點數(shù)值經(jīng)過nc/L歸一化后的結(jié)果，L是目標(biāo)長度，c是電磁波傳播速度。顯然從表中的數(shù)據(jù)來看，通過MTLS-MPM方法提取得到的極點和理論值更加接近。為了說明本發(fā)明的優(yōu)越性，對比了最近的關(guān)于細(xì)導(dǎo)線目標(biāo)極點提取結(jié)果和本文提取結(jié)果的比較，圖6a和6b為本發(fā)明極點提取結(jié)果和現(xiàn)有技術(shù)中提取結(jié)果的比較，其中6a是現(xiàn)有技術(shù)的提取結(jié)果，6b是本發(fā)明的提取結(jié)果。兩幅復(fù)平面上的極點位置圖的坐標(biāo)幾乎相同，通過對比可以看得出，本文方法得出結(jié)果遠(yuǎn)優(yōu)于文獻(xiàn)中的結(jié)果，而且準(zhǔn)確提取得到的極點數(shù)目更多。為驗證細(xì)導(dǎo)線極點的方位不變性，對九個方位的頻域散射數(shù)據(jù)都采用同樣的方法進行極點提取。本發(fā)明極點提取結(jié)果如圖7所示。從圖7中的不同方位的結(jié)果可以看出不同方位的極點和理論值之間的差別都較小，而且相互之間無論是實部還是虛部都比較一致，而虛部尤其吻合。這就從仿真實驗的角度有力的驗證了細(xì)導(dǎo)線目標(biāo)極點是和入射電磁波相對于目標(biāo)的方位無關(guān)的，證實了極點的方位不變性。2、導(dǎo)體球目標(biāo)極點提取實驗對半徑為a=1米的導(dǎo)體球目標(biāo)進行建模，計算了5-1000MHz頻段內(nèi)共200個等間隔點頻率的電場散射數(shù)據(jù)。利用本發(fā)明提出的處理方法獲得時域散射數(shù)據(jù)，用以提取該導(dǎo)體球目標(biāo)的極點。如圖8a和8b所示，為本發(fā)明導(dǎo)體球目標(biāo)極點提取和現(xiàn)有技術(shù)提取結(jié)果的比較，其中圖8b為按照本發(fā)明方法給出了實驗提取極點的結(jié)果，圖8a是現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于導(dǎo)體球極點的提取結(jié)果。理論結(jié)果也顯示在圖8a和8b中，提取結(jié)果和關(guān)于導(dǎo)體球目標(biāo)極點討論得出的理論結(jié)果非常吻合。圖中的極點結(jié)果是經(jīng)過c/a歸一化的。對比球目標(biāo)極點的理論值，在較低頻率的極點提取上，本發(fā)明得到的結(jié)果超過了現(xiàn)有技術(shù)所給出的結(jié)果；對衰減頻率很高的極點提取效果，二者相當(dāng)或略差?？偟膩碚f衰減頻率較高的極點對識別的意義不大。以上對細(xì)導(dǎo)線和導(dǎo)體球的兩種外形迥然相異的目標(biāo)都能夠采用相同的本發(fā)明所提到的方法提取得到準(zhǔn)確的極點，從一個側(cè)面說明了本發(fā)明的普適性。3、飛機目標(biāo)極點提取實驗為了驗證方法對復(fù)雜目標(biāo)也能夠適用，對飛機目標(biāo)進行極點提取。本著驗證算法性能的角度出發(fā)，對某類型飛機進行了精確建模計算，如圖9所示，為某類型轟炸機三角網(wǎng)格剖分模型。通過對復(fù)雜目標(biāo)不同方位的頻域數(shù)據(jù)進行極點提取，根據(jù)極點的方位不變性來驗證提取結(jié)果的正確性。另外，通過用提取的極點恢復(fù)晚期瞬態(tài)響應(yīng)，也可以驗證了所提取復(fù)雜目標(biāo)極點的正確性。如圖10所示，為某類型飛機10個方位的極點提取結(jié)果。頻率數(shù)據(jù)范圍為0.15-30MHz，間隔0.15MHz。計算了10個不同方位的目標(biāo)的頻域散射數(shù)據(jù)，其極點提取的結(jié)果都顯示在圖10中。圖10中的極點結(jié)果都是經(jīng)過Jic/L歸一化的，L是飛機長度。不同方位的極點位置顯示在同一幅圖中，可以比較不同方位極點是否滿足方位不變性，來驗證極點提取的結(jié)果是否正確。用本發(fā)明提取到的極點特征，在各個方位具有一致性，尤其是極點的虛部衰減頻率一致性更好。通過以上飛機目標(biāo)極點的提取結(jié)果比較，說明了本發(fā)明提出的方法能夠很好的解決飛機目標(biāo)的極點提取問題，目前采用本發(fā)明已對多種現(xiàn)役飛機目標(biāo)進行了極點提取，獲得了多對方位一致的極點。4、艦船目標(biāo)極點提取實驗艦船目標(biāo)極點提取問題目前國際上未見任何報道。選取一種艦船目標(biāo)為例，用本文的方法對艦船目標(biāo)的各多個方位計算散射數(shù)據(jù)進行極點提取。如圖11所示，為某種類型艦艇的三角網(wǎng)格剖分模型。選取某類型現(xiàn)役的艦艇進行建模計算，獲得不同方位的散射數(shù)據(jù)，計算的頻率范圍為0.05-10MHz，間隔0.05MHz。然后利用頻域數(shù)據(jù)獲取目標(biāo)的晚期瞬態(tài)響應(yīng)用以提取極點。艦船目標(biāo)的剖分模型顯示在圖11中。如圖12所示，為某類型艦艇10個方位的極點提取結(jié)果。圖12中共顯示了10個方位的極點提取結(jié)果，圖中的極點結(jié)果也都是經(jīng)過nc/L歸一化的，L是艦船長度。在圖中可以清晰地看出不同方位的極點具有明顯的一致性，在衰減頻率上相差較小，衰減因子的差異略大，但有一些極點的衰減因子的大小也非常一致。根據(jù)極點的方位不變性這一特征可以判定這些提取結(jié)果就是艦船目標(biāo)的極點。從前面的飛機目標(biāo)極點提取結(jié)果比較來看衰減因子較小的極點，衰減因子和衰減頻率提取的都較為準(zhǔn)確，衰減因子較大的極點則各方位提取的偏差較大，原因在于衰減因子較大的極點對早晚期響應(yīng)的區(qū)分精確程度十分敏感。本發(fā)明采用的晚期響應(yīng)開始時間比以往的晚期響應(yīng)開始時間要早，所以對衰減因子較大的極點也能夠提取得到。目前采用本發(fā)明已經(jīng)成功對多類艦船目標(biāo)進行了極點提取，并獲得良好的效果。通過對不同形狀的簡單目標(biāo)極點提取結(jié)果和現(xiàn)有文獻(xiàn)結(jié)果以及理論結(jié)果對比驗證，說明了本發(fā)明的方法對簡單目標(biāo)極點提取可獲得很好的效果。更為重要的是，還能夠提取到飛機艦船等復(fù)雜目標(biāo)的多方位一致的極點結(jié)果。本發(fā)明現(xiàn)對各種導(dǎo)體目標(biāo)極點的準(zhǔn)確提取，為基于極點特征的寬帶雷達(dá)目標(biāo)識別奠定了堅實的基礎(chǔ)。本發(fā)明采用的是頻域數(shù)據(jù)，更易通過計算手段獲取，從而代替暗室縮比試驗，節(jié)省大量的試驗經(jīng)費。并且通過本發(fā)明還能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜目標(biāo)，如各類飛機和艦船目標(biāo)的極點特征提取。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。1權(quán)利要求一種復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取方法，包括以下步驟根據(jù)頻域數(shù)據(jù)獲取準(zhǔn)確的目標(biāo)晚期響應(yīng)；以及根據(jù)獲取的所述目標(biāo)晚期響應(yīng)及改進的整體最小二乘矩陣束法確定極點數(shù)目，并進行極點特征提取。2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取方法，其特征在于，所述根據(jù)頻域數(shù)據(jù)獲取準(zhǔn)確的目標(biāo)晚期響應(yīng)包括以下步驟截取頻域數(shù)據(jù)；確定入射信號的等效寬度；確定開始時刻；區(qū)分早晚期響應(yīng)。3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取方法，其特征在于，所述入射信號等效寬度T③為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中，k為一個接近于l的常數(shù)。4.如權(quán)利要求2所述的復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取方法，其特征在于，所述確定開始時刻包括對逆傅立葉變換得到的時域信號，基于零時刻在時間上進行t的延遲，得到準(zhǔn)確的時域散射信號的開始時刻。5.如權(quán)利要求4所述的復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取方法，其特征在于，如果所述等效入射信號的等效信號寬度是Tep，則所述延遲時間t=Tep/2。6.如權(quán)利要求2所述的復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取方法，其特征在于，所述晚期響應(yīng)的開始時間為t=Tb+Ttr+T③，其中，Tb是信號開始作用于目標(biāo)的時刻，Ttr是信號通過目標(biāo)的時間，T③脈沖信號的等效寬度，Ttr=L/c，L代表目標(biāo)的入射方向上長度，c代表電磁波傳播的速度。7.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取方法，其特征在于，所述確定極點數(shù)目包括借助極點提取結(jié)果評判參數(shù)選擇的優(yōu)劣，將提取的結(jié)果和理論結(jié)果的偏差作為準(zhǔn)則來約束參數(shù)選取，獲得極點數(shù)目M。8.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取方法，其特征在于，所述選擇極點數(shù)目包括禾U用重構(gòu)時域信號yra(k)禾P時域信號y。al(k)之間的誤差=Zdc("-3^(")作為判別準(zhǔn)則確定最優(yōu)的參數(shù)M。pt，其中，所述M。pt為n^nZ(y("—'9.一種復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取裝置，其特征在于，包括目標(biāo)晚期響應(yīng)獲取模塊和極點特征提取模塊，所述目標(biāo)晚期響應(yīng)獲取模塊，用于根據(jù)頻域數(shù)據(jù)獲取準(zhǔn)確的目標(biāo)晚期響應(yīng)；所述極點特征提取模塊，用于根據(jù)獲取的所述目標(biāo)晚期響應(yīng)及改進的整體最小二乘矩陣束法確定極點數(shù)目，并進行極點特征提取。10.如權(quán)利要求9所述的復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取裝置，其特征在于，所述目標(biāo)晚期響應(yīng)獲取模塊包括頻域數(shù)據(jù)截取子模塊、等效寬度確定子模塊、開始時刻確定子模塊和早晚期響應(yīng)區(qū)分子模塊，所述頻域數(shù)據(jù)截取子模塊，用于截取頻域數(shù)據(jù)；所述等效寬度確定子模塊，用于確定入射信號的等效寬度；所述開始時刻確定子模塊，用于確定開始時刻；以及所述早晚期響應(yīng)區(qū)分子模塊，用于區(qū)分早晚期響應(yīng)。全文摘要本發(fā)明提出一種復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取方法，包括以下步驟根據(jù)頻域數(shù)據(jù)獲取準(zhǔn)確的目標(biāo)晚期響應(yīng)；根據(jù)獲取的所述目標(biāo)晚期響應(yīng)及改進的整體最小二乘矩陣束法確定極點數(shù)目，并進行極點特征提取。本發(fā)明采用的是頻域數(shù)據(jù)，更易通過計算手段獲取，從而代替暗室縮比試驗，節(jié)省大量的試驗經(jīng)費。通過本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜目標(biāo)，如各類飛機和艦船目標(biāo)的極點特征提取。本發(fā)明還提供了一種復(fù)雜目標(biāo)極點特征提取裝置。文檔編號G01S7/41GK101776748SQ20091007663公開日2010年7月14日申請日期2009年1月12日優(yōu)先權(quán)日2009年1月12日發(fā)明者伍光新,權(quán)太范,楊松巖,毛滔,許斌,鄧維波申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)