王明月 张德慧 魏铭

摘要：现代战争是以信息技术为先导的高技术战争，掌握制信息权、联合作战、精确打击是其标志性特点。在现代战争条件下，高技术武器的信息化、无人化、隐身化发展趋势对目标识别的需求愈加迫切。现代战争对信息化探测技术的紧迫需求，推动了世界各国对雷达、红外、光学等多种传感器平台的目标识别技术的研究。雷达以其全天时、全天候、作用距离远等独特的技术优势，成为主要的战场传感系统。

关键词：雷达；目标识别

雷达的历史可以追溯到现代电磁理论发展的早期（Swords，1986； Skolnik，2001）。1886年， Hertz证明了无线电波具有反射的特性，并且1900年 Tesla在一次访谈中描述了电磁检测和速度测量的概念。1903年和1904年，德国工程师 Hulsmeyer利用电磁波的反射进行了舰船检测的实验。1922年 Marconi又对这一概念进行了广泛宣传，同年，美国海军实验室的 Taylor和 Young用实验证实雷达可以对舰船进行检测，1930年该实验室的 Hyland首次用雷达检测到了飞机，虽然这是一个偶然的发现，但它引起了科技人员更深入的研究，最终，于1934年诞生了一项现在称为连续波雷达的美国专利。雷达技术的快速发展和扩散是在20世纪30年代的中后期。在此期间，美国、英国、法国、德国、俄国、意大利和日本都独立开展研究，取得了重大进展。

1.雷达的基本概念

利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。雷达概念形成于20世纪初。雷达是英文radar的音译，为Radio Detection And Ranging的缩写，意为无线电检测和测距。组成各种雷达的具体用途和结构不尽相同，但基本形式是一致的，包括五个基本组成部分：发射机、发射天线、接收机、接收天线以及显示器。还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。

雷達的早期发展离不开军事用途的驱动。到今天，军队仍然是雷达的主要用户和雷达技术的主要研究者。雷达的军事用途包括陆海空的监视、导航和武器制导。军用雷达的范围非常广，大到弹道导弹防御系统的雷达，小到只有拳头大小的战术导弹导引头雷达。

2.雷达目标识别的研究现状

（1）雷达目标极化识别

众所周知，电磁波可以由幅度、相位、频率以及极化等参量做完整的表达，分别描述它的能量特性、相位特性、振荡特性以及矢量特性。因此，试图完整地刻画目标的电磁散射行为，除了幅度、相位、频率等常规物理量外，极化也是一个重要的、不可缺少的雷达参量。经过几十年的发展雷达极化理论体系业已初步形成，而相应的极化测量技术也已获得了进步的完善，极化技术的开发利用已逐步进入了活跃期，吸引了国内外一大批学者致力于相关领域的研究。

在雷达目标的极化特征提取与识别研究方面，美国、俄罗斯、意大利、德国等发达国家在20世纪80年代就进入活跃期。在技术路线上可以分为两大类：第一类是早期形成的基于目标极化散射矩阵的识别思路，即根据最优极化理论和目标唯象学理论，对极化散射矩阵进行映射变换、分解，寻求目标的稳健性极化特征，进而实现目标分类与识别；第二类是以高分辨率雷达体制为背景，将全极化测量与高分辨技术相结合，通过径向或二维成像来离析目标的空间-极化结构，进而抽取目标的空间结构特征进行分类识别。

（2）宽带雷达目标识别

散射中心是目标在高频区等效的散射源。宽带雷达照射目标时，目标的各个等效散射中心在雷达视线上被分开，体现为沿雷达视线分布的像，即高分辨距离像。距离像反映了目标的形状和结构信息，是雷达目标识别的重要依据。基于一维距离像的识别技术研究主要集中在以下几个方面。

a.距离像特性

（1）姿态敏感性。它是雷达高分辨距离像识别中的核心问题，曾经导致人们质疑基于高分辨距离像进行目标识别的可行性。

（2）平移敏感性。目标在距离窗中的具体位置会因距离窗的截取位置不同而发生改变，这就是高分辨距离像的平移敏感性。

b.预处理技术

对高分辨距离像进行适当预处理可以提高高分辨距离像识别的性能。通常的预处理方法包括降噪、幂变换等。在低信噪比场景下，降噪对于提高高分辨距离像的识别性能非常重要。然而，现有的高分辨距离像识别通常是针对高信噪比场景目标的，因此在多数情况下，是否进行降噪预处理对高分辨距离像识别性能的影响不大。

（3超宽带雷达目标识别

超宽带（UWB）雷达目标识别可分为基于模型的和无模型约束的两类方法，其中基于模型的目标识别方法又可分为基于极点特征的目标识别和基于散射中心的目标识别方法。

a.极点特征目标识别

极点特征是迄今为止所发现的唯一与入射波形、极化、目标姿态无关的目标本征特征量，长期以来，一直都是目标识别领域研究的热点。

b.散射中心目标识别

与极点特征不同，目标散射中心特征与目标的姿态角有关，同一目标在不同姿态角下可供观测的散射中心特征往往变化很大。尽管如此，但其刻画了目标的细节信息，且较之极点特征更易提取。

c.无模型约束目标识别

该方法巧妙利用目标极点特征的姿态不敏感性有效减少了基于前时E脉冲目标识别的搜索空间，大大提高了目标识别的性能及速度。

3.雷达目标识别技术发展趋势

（1）雷达目标极化识别技术发展趋势

a.复杂雷达目标多维高分辨极化散射机理建模

雷达目标极化散射特征机理准确建模直接影响着目标极化特征提取和目标识别技术研究的进展。

b.雷达目标几何结构特征的极化反演

雷达目标几何结构反演是人们在雷达信息处理中所长期追求的目标，是极具挑战性和实用性的课题。鉴于极化在揭示目标散射机理及描述目标形状结构等方面具有独特优势，已有研究也对利用极化信息进行目标几何结构反演进行了有意义的尝试。

c.雷达目标多维极化成像、特征提取与识别

通过充分拓展信息维度，实现雷达目标多信息维度高分辨极化成像如全极化干涉合成孔径成像、全极化层析成像技术等，大幅度提高雷达的信息感知和智能化处理能力成为未来发展的重要趋势之一。

（2）雷达目标宽带识别技术发展趋势

目前，宽带雷达的技术已非常成熟，大型地面雷达的带宽达到2GHz～4GHz，距离分辨力可以达到厘米量级，而小型弹载雷达的带宽也能达到0.5GHz～1GHz，距离分辨力达到分米量级。极高的分辨力为目标识别应用提供了较为丰富的信息。基于高分辨距离像进行目标识别还有些实现上的优势，例如相参积累时间短、运动补偿要求不高、能对运动目标成像、能有效抑制杂波等。因此，在一些平台受限、实时性要求高的场合，高分辨距离成像是实现目标识别功能的重要技术途径。

（3）雷达目标超宽带识别技术发展趋势

目前，UWB雷达目标特有的散射特性已通过理论和现象学研究得到了充分的证明和验证，UWB雷达目标识别的理论日趋成熟。然而，UWB雷达目标识别走向实际应用还有很多值得研究的内容。在讨论地基对空、对海UWB雷达目标识别应用之前，首先需要解决制约UWB雷达远距离探测的系统技术。近10年来，UWB信号的高灵敏度接收和高效辐射取得了令人鼓舞的进步，预示着远距离的对空、对海目标的探测正逐渐成为可能。

总结：随着宽带/超宽带、极化测量、组网融合等新型雷达体制的出现和发展，雷达目标识别技术将有望得到实质性的全面跃升，实用化将有望得到根本性的突破。在新型雷达体制下，由于信息来源的大幅度扩展，雷达能够在时域、频域、极化域、空间域获取目标和环境更加完整的电磁散射信息，得到更大的信息处理自由度，根据目标的宽带/超宽带、极化、多基地散射特性，一方面可以更有效地抑制杂波和干扰的影响，另一方面可以用更灵活的信息处理手段提取到更加稳健、可靠的目标特征，从而全面地提高目标识别系统的成功率以及对真实战场环境的适应性，大跨度地推动雷达目标识别技术的实用化进程。

参考文献：

[1]庄钊文. 雷达目标识别. 北京高等教育出版社. 2015

[2]Richards.M.A. 雷达信号处理基础. 北京电子工业出版社. 2008