TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol.12, No.1, Jan uary 20 14 , pp. 388 ~ 3 9 7   DOI: http://dx.doi.org/10.11591/telkomni ka.v12i1.4142            388     Re cei v ed  Jun e  25, 2013; Revi sed Aug u st  26, 2013; Accepted Sept em ber 19, 20 13   Resear ch on Space Target Recognition Algorithm  Based on Empirical Mode Decomposition      Xia Tian, Hou Chengy u*,  and Shen Yiy i ng   Schoo l of Elect r onics a nd Info rmation En gin e e rin g   Harbi n  Institute  of  T e chnolo g y , Harbin, 15 00 01, PR Chi n a   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : houc y@ hit.e du.cn       A b st r a ct   T he sp ace tar g et reco gniti on  alg o rith m, w h ic h is  bas ed  on t he ti me  seri es  of rad a r cross   sectio n   (RCS), is prop osed i n  this p aper to  solv e the pro b le ms  o f  space target  recogn ition i n  the active rad a r   system. In the  alg o rith m, EMD met hod is  a ppli ed for the  fi rst time to extract the eig en o f  RCS time ser i es .   T he nor ma li z e d instanta n e o u s  frequenc ies o f  high-freq ue nc y intrinsic  mo d e  functions  obt ain ed by EMD  are   used  as the  ei gen v a lu es for  the reco gniti o n , and  an  effect ive target rec ogn ition cr iteri on is  establ ish e d .   T he effectiven ess an d the st abil i ty  of the al gorith m  ar e ve rified by  bot s i mulati on data and  r eal data. In   add ition,  the  al gorith m  cou l d  r educ e th esti mati on  bi as  of  RCS c ause d   b y  in accurate  ev alu a tion,  an it is   of great sign ific ance i n  pro m ot ing the targ et re cog n itio n ab ili ty of narrow - band rad a r in pr a c tice.     Ke y w ords : time series of RC S, emp i rica l m ode d e co mposi t ion, target rec ogn ition         Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  Rad a r cross se ction (RCS is  th e avail able info rmat ion for  almo st all types of  eigen  instru mentati on rada rs. Ho w to m a ke th e be st u s e   of  the spa c e ta rget’s  RCS inf o rmatio n i s  v e r y   important to  prom ote the t a rget  recogni tion ab ility  of  narrow-band rada r commissioned  [1]. RCS  is correlate d  with many  factors, such  as the  ta rg et confo r mati on an d structure, the target  attitude, rada r ob se rvation  angle  and  e x ternal env i r onment, et c. A small flu c tuation in the s factors  cha n ges  RCS g r e a tly. For exa m ple, a ti ny  cha nge i n  th e attitude of  a high -fre que ncy  target  woul cau s cha nge in  RCS  of dozen s d e c ibel s, an d th e co mpli cate d environme n t in   pra c tice  wou l d lead to the extremely  complex ch ange s in RCS. These woul d make  the   cal c ulatio n of the target structur e inform ation from th e target RCS  more difficult . Therefore, how  to use the RCS information  is a big pro b l e m in  the field of rada r target recognitio n  [2].  No wad a ys u s ing the ta rget  RCS i n form ation  to reco gnize the ta rget co uld  be  achi eved  by the ta rget  RCS time  serie s Whe n   the g r ou nd  radar  stays  m o tionle s s an d  the ta rget  flies  along a defini t e track, the chang es of the  target  motion  track a nd its attitude are continuo us, an a function i n  whi c h the target ech o  inte nsity fluc tuat es ove r  time is forme d . According to  ra dar  equatio n, the  ech o  inten s it y sequ en ce  could b e  tran sformed i n to  RCS  seq uen ce. Be cau s the   spa c e ta rget  RCS time  se ries in clu de pl enty of  information, its ex isting ei gen  could b e  u s ed  to  recogni ze the  new targ et, whi c h is the  main re se arch conte n t of this pa per.   Two ki nd s of method s are  often used to  extrac t the ei gen of RCS time seri es. O ne is the   traditional  sta t istical a nalytical meth od.  As in Re f. 3, a po wer  sp ectral den sity function i s  a ppli e d   to obse r ve  RCS time  serie s , but it fails to  extract recogniti on index for its insuffici ent  recogni za ble  ability. In R e f. 4, a fighter and a h e l i copte r  are take n as the  targets, multi p le   distrib u tion m odel s, such a s 2   distri but ion an d lo gn ormal  dist ribu tion are a ppli ed to  study t he  statistical di stribution  chara c teri zation  of  the RCS time  se rie s , but it  need s n u me rous  sa mple to   verify. In Ref. 5 the metho d  of analyzi n g time se rie s  with ARMA  model i s  appl ied to extract  the   pre c e ssi on  p e riod  of balli stic ta rget, b e ca use RC S  time se rie s   of the movin g  sp ace targ et is  often non-sta t ionary time seri es, it is very  difficult to be extract ed and reco gnized by the  conve n tional  time seri es [ 6 , 7] analysis. Therefor e,  the other o ne, i.e.  non-stationa ry sig nal  analytical me thod, is ad o p ted by man y  schol ar s n o w. Fra c tion al Brownian  motion mod e l is  introdu ce d in  Ref. 8 to an alyze the  RCS time seri es. The pre s e n t resea r ch is  mainly ba sed  on   the applicatio n of wavelet tran sform a n d  fuzzy cl a ssifi cation to extract the eigen  and re cogni ze  the sp ace target [9-1 2]. Howeve r, the  wavelet a nal y s is  po ss es se s a p o o r  t i me  re solut i on  in  t h Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
    ISSN: 2302-4 046   TELKOM NIKA   TELKOM NIKA  Vol. 12, No . 1, Janua ry 2014:  388 – 3 9 7   389   low fre quen cy part and a  poor frequ en cy re solutio n  in the high freque ncy pa rt . Furtherm o re, it  depe nd s on the sele ction  of wavelet function, whi c h   limits its application. In  order to se arch  for  the good nat ure of time-freque ncy loca lization,  a ne w method for analyzing th e time-freq u e n cy  of nonline a r,  non-station a r y sign al, i.e. Hilber t-Hu a ng Tra n sfo r m (HHT ), was p r op osed  b y   Norden  E. Huang  et al  i n  19 96 [1 3], modifie d  in   1999  [14].  HHT i s   proved  to p o sse s all  advantag es o f  the wavelet analysi s , an d its spe c tral  stru cture i s  more a c curate. Moreove r , the   results with  clear phy sical meanin g  co ul d be obtai ne d dire ctly from spatial do main. Since the  EMD, the very core of HHT, wa s pro posed,  it has been highly  con c erned  by domesti c and  oversea s  sch o lars sp eci a lizing in such fields  a s  atmo sph e ri c scien c e s , physical oce ano gra p h y remote  sen s i ng, mech ani cal engine erin g and lif e sci ences, etc. T he method h a s bee n wid e ly  use d  in su ch asp e ct s as fa ult diagno stic testing,  noise silen c ing a nd multi-scal e sepa ratio n . For  example, the method is a p p lied by  Loutridis et al to test the fault of machin e roto r and excelle nt  perfo rman ce  is achieved [ 15]. The EMD method i s   proved to po ssess excelle nt filter prope rties  by Fland rin [1 6]. It is also  u s ed  by Lin  Zh enshan  et  al t o  analy z e th e  temperature  cha nge s in t h e   northe r n hem isph ere over the  pa st  400 years and re sults i n  that climate tempe r ature chan g e regul arly in  di fferent time  scale [1 7]. In this  p ape r, E M D a nalysi s   woul d be  pe rformed  on  RCS  time seri es to  explore the e ffect ive method to extract the eige n.      2. Introduc tion to EMD P r inciple  HHT i s  comp ose d  of EMD and Hil bert  Tran sfo r m. In HHT eve r y signal a r e a s sumed to   be  comp ose d  of  several  Intrinsi Mo de Fu nctio n s (IMF), i n   which  IMF  sh ould m eet t w o   con d ition s  bel ow:   Within the en tire time cou r se, the numb e r of cr o s sin g  zero is equ ivalent to the number of the  extreme poi nts or differs by  one at most.   Any point on  the sig nal, th e mea n of b o th the up pe r envelop e an d the lo we r e n velope  are  zero,  namely, the signal s are lo cally symmetri c al alo ng the  time axis.   The EMD a p p roa c wa s p r opo se d by Huang et al  to  resolve any g i ven sign als.  This i s  a   kind of expe ri ence sievin g method.  Its proce s s is de scribed b e lo w:  As for a n y given sig nal  X ( t ), all of the extreme p o in ts on  X ( t are identified a t  first, and th en   quad ratic  spli ne cu rve is p e rform ed on t hem to con n e c t all points of  maximum values to form t h e   uppe r envel o pe, and the l o we r envel op e is devel ope d by the sam e  way. The d i fference of the   data  X ( t and  the mean m 1  of the upper a nd the l o we r envel op es i s  re co rd e d  as  h 1 , then it   sho w s as f o ll ow s:      11 () - hX t m  (1)     The re sidu al   sig nal  r 1  in cludi ng th element s of   the lo wer o r der freq uen cy is give n in  the   following formula:    11 () - rX t h  (2)     r 1  is ta ke n a s  the  ne w si gnal. Th e ab ove sievin steps a r re p eated o n  it, until the resi dual   sign al of the nth orde r be comes m onoto n ic fun c tion a nd fails to sie v e IMF comp onent s.     -1 - nn n rr h  (3)     Mathemati c al ly,  X ( t ) coul be exp r e s sed  as th e sum  of  N   comp on ents of IMF  a nd on e resi d ual  item:    1 () () ( ) N jn j Xt h t r t   (4)       3. Target  Re cognition  Algorithm Ba s e d on EMD  As sho w n in  (4), a n y sig nal could  be  decompo se d into a  sum  of  N  IMF s   and o n e   resi dual  item.  As fo r IMF   i m i  which  represe n ts th e n u m ber of  cr ossing zero coul be   calculat ed,  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
ISSN: 2302-4 046                          Re sea r ch on  Space T a rg et Recognitio n  Algorithm  Based o n  Em pirical Mod e ...   ( H o u  C h en gy u)  390 and it s n o rm alize d  in stant aneo us freq u ency  F i  is d e fined i n  the  pap er to  be  the ratio of  its  numbe rs of crossing  zero to the length  H  of the time seri es, which is expre s sed  as:     /, 1 , 2 , 3 , , ii Fm H i N   (5)     The e nergy ratio  E i  of IMF   i  is  defined   as th e pe rce n tage of th energy  e i  on  the total   sum of ea ch I M F ene rgy, its expre s sion i s  as follo ws:    1 / 1 00% , 1 , 2 , 3 , , n ii j j Ee e i N   (6)     The p r op ertie s  of the ta rg et RCS frequ ency  c oul d b e  often divid ed into two p a rts, the   rapidly va ryin g pa rt a nd th e sl ow on e. T he latte i s  d e termin ed  by the influ e n c e s  of  ob se rvation   angle  an d m easure m ent  errors, et c., while  the fo rmer  i s   relate d to the  chan ges in th e ta rget’s  confo r matio n , stru ctu r an d attitude. Ta ken  the  ac tua l  high -freq u e n cy target a s   an exam ple, t h e   energie s  of th e refle c ted  si gnal s from  th e no se  and  th e win g  of a  pl ane a r e i n  g r eat differe nce ,   a   tiny cha nge  i n  the t a rg et  attitude could  ca us e a  variance in  irrad i ation a r ea  a nd m a ke  RCS  cha nge  by d o ze ns de cibe ls, thu s  it i s   see n  t hat th e  high  freq ue ncy p a rt of  RCS tim e   se ries  rep r e s ent s m a inly the p r o p e rties of the  target. A c cord ingly, if two  RCS time  se rie s  a r e th sam e   target, their n o rmali z e d  instantaneo us freque nci e s (d efined a s   F i  and  F i  re spe c tively) obtai ned   by EMD sho u ld be  simila r on th e hig h  frequ en cy. Based  on t h is  cha r a c teristic, fre quen cy   threshold  D  i s  set in this  p aper to  be th e division  bet wee n  high f r e quen cy an d low fre que ncy  of  IMFs. IMFs  a r e a rra nge d i n  de scendi ng  orde r of  the  instanta neo u s  fre quen cie s , and they are   recorded a s I M F 1 ,I MF2, ,I M F N . If there is    ,1 , 2 , 3 , , j F Dj N   (7)     IMF  j  would  be initially se lected fo r re cogni tion. It is assume d th at there a r M  high  freque nci e s a nd thei r IMF   meets (7 ). In  order to   red u ce  the  neg a t ive effects of  high -fre que n cy  noises, the e nergy thresho l d is set a s   G , if there is    ,1 , 2 , 3 , , j EG j M   (8)     IMF  j  woul d  be sele cted  as the  pa rameter fo r reco gnition, o t herwi se it  woul d be   exclud ed. Suppo se if  K  IMFs meet th e requi rem e n t s and t heir i n stanta neo us frequen cie s  are  taken  as the  eigen frequ enci e s fo r re cog n ition, the  recognitio n  i ndex  R   woul d be defin ed  as  follows     '' ( ) / 1 00% , , 1 , 2 , 3 , . jj j j RF F F j K   (9)      is recog n itio n thresh old, whi c h sh ould  be o ften th e positive nu mber le ss th an 0.5. If th e   above fo rmul a is m e t, the n  there is 1 i S , o t herwi se 0 i S . Th erefo r e, the t o tal re co gnition   coeffici ent  S  is  s h own as  follows   1 /2 K k i SS K   (10 )     If  S  is greater than or e q ual to /2 K , they  woul d be ide n tified to be the sam e  target,  otherwise the  different targ ets. Figure 1 is the flow cha r t of the algori t hm pre s ente d  by this pap er.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
    ISSN: 2302-4 046   TELKOM NIKA   TELKOM NIKA  Vol. 12, No . 1, Janua ry 2014:  388 – 3 9 7   391   j FD j E G / 2 SK     Figure 1. The  flowch art of the al go rithm  pre s ente d  by this pap er      4.The Anal y s is of Simulated  Data  At first, simulated data wo uld be used to veri fy the e ffectiveness and  the stabil i ty of the  algorith m  pre s ente d  by thi s  pa per. Sh o w n a s  Fi g u re  2, RCS Se qu ence 1 i s  the  curve  of a  RC value, whi c h cha nge s with  time, calcula t ed by r ada r RCS fluctu ation statisti cal  model form ul a,  descri bed  as  Ref. 3. Supp o s e if the r e i s   a fixed  ra da station o n  a  certain  gro und  and it s worki n g   wavele ngth is 5cm, a jet levels off in the dire cti on  of the radar  at 30km aw a y  from it, the  flight  height i s   3km the flight  sp eed i s   0.5km/s. Th seq u e n ce  len g th i s   212  point s a n d  the  sp ent ti me   is 32.12  se co nds.           Figure 2. RCS Sequen ce  1       EMD is pe rfo r med o n  the RCS time series  an d obtai ned data is  shown as Fig u r e 3. The   line at the bo ttom is its en velope inform ation,  and IMFs are listed  in desce ndin g  orde r of the   norm a lized in stantan eou s frequ en cie s . The ene rgy  pe rce n tage of the norm a lize d  instantan eo us  freque nci e s o f  each IMF is  sho w n a s  Ta ble 1.  0 5 10 15 20 25 30 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 ti m e /s RC S / d B Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
ISSN: 2302-4 046                          Re sea r ch on  Space T a rg et Recognitio n  Algorithm  Based o n  Em pirical Mod e ...   ( H o u  C h en gy u)  392     Figure 3. EMD of RCS Se quen ce 1       Table 1. No rmalize d  insta n taneo us fre q uen cie s  and  energy ratio s  of Sequen ce  1 and 2   IMF   2 3 4  5 6 7  Instantaneous  frequenc y of  Sequence 1   0.7 453  0.3 821  0.2 028  0.1 415  0.0 755  0.0 472  0.0 283  0.0 189  Instantaneous  frequenc y of    Sequence 2   0.7 547  0.3 538  0.1 981  0.1 085  0.0 472  0.0 283  No ne  No ne  IMF ener g y   ratio(% )  of  Sequence 1   16. 14  11. 05  10. 71  7.9 6.7 20. 00  6.9 20. 45  IMF ener g y   ratio(% )  of  Sequence 2   23. 45  5.3 2.9 1.1 12. 02  54. 98  No ne  No ne      The stability of this algorit hm woul d be analyzed bel ow, it would b e  con s ide r e d  from two  asp e ct s, the pre s en ce of  measurement  erro r and o b s ervatio n  time error.    1) Co nsi d e r in g the pre s en ce of measu r e m ent error    Even if it is  the highly  accurate rada r equip m ent,  the set  of sampled  data  alway s   in c l ud es  1 % ~ 2 % someti mes  even a s  mu ch  as  10%~2 0% (f or exam ple,  whe n  the  high  elevation tra c king i s  p e rfo r med by  rada r) of the d a ta  whi c h d e viat e  seve rely fro m  the target true  value b e cau s e of the  com p reh e n s ive in fluences or  e ffects of  man i fold o c casi o nal fa ctors [1 8].  Hen c e, the e x treme value  of the data is som e ti me s cau s e d  by measure m ent  error, but not  b y   the real extreme poi nt of the data.  In  order to verify  the stabilit y of the algorit h m, suppose if  maximum an d minimum v a lue s  have e rro rs i n  mea s ureme n t, five maximum  values a nd fi ve  minimum val ues  wo uld b e  exclud ed a n d  wo uld b e   re placed  with their m ean s of  two nei ghb oring  points.  The re formed RCS Sequen ce  i s   reco rde d  as S eque nce 2, as sh own in Figure 4.   EMD i s  p e rf orme d o n  t he  RCS tim e  serie s , a n d  the  norm a lize d  in stan taneou s   freque nci e s o f  each IMF a nd the ene rg y perce ntage   are shown a s  Table  1. It is found that the   numbe rs  of   IMF  of RCS Sequen ce   1  and 2 obtain ed  by   EMD are   differe nt and two IMF s  are  missi ng, in t he pa per th e  freque ncy th reshold  D   i s  taken as 0.1 the en ergy  thre shold  G  is   5% the recognition  th re shol d is 10%  (whi ch  is  app lied to all  dat a belo w   and  woul d not  b e   repe ated late r). By cal c ul a t ion four IMF s  in Se que nce 2 a r e id enti f ied to be th e  high -freq uen cy  IMF, but the  ene rgie s of  IMF3 an d IM F4 a r e l e ss t han th e e n e r gy thre sh old, they could   be  0 5 10 15 20 25 30 -0. 2 0 0. 2 ti m e /s IM F 1 0 5 10 15 20 25 30 -0 . 2 0 0. 2 ti m e / s IM F 2 0 5 10 15 20 25 30 -0. 2 0 0. 2 ti m e /s IM F 3 0 5 10 15 20 25 30 -0 . 2 0 0. 2 ti m e / s IM F 4 0 5 10 15 20 25 30 -0. 2 0 0. 2 ti m e /s IM F 5 0 5 10 15 20 25 30 -0 . 2 0 0. 2 ti m e / s IM F 6 0 5 10 15 20 25 30 -0. 2 0 0. 2 ti m e /s IM F 7 0 5 10 15 20 25 30 -0 . 2 0 0. 2 ti m e / s IM F 8 0 5 10 15 20 25 30 -0. 2 0 0. 2 ti m e /s RE S Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
    ISSN: 2302-4 046   TELKOM NIKA   TELKOM NIKA  Vol. 12, No . 1, Janua ry 2014:  388 – 3 9 7   393   rega rd ed a s  high-f r eq ue ncy noi se and  would  b e  exclu ded.  Sequen ce  2  relative to  th e   recognitio n  i ndex of Seq uen ce 1  R 1 =1 .2 6% ,   R 2 =7.41%  are bot h less tha n  the re cog n i t io n   threshold S =2.  Whe n   S  i s  m o re  than   or  equal  to t he h a lf of th e reco gnition  index  amou nt  ( K /2= 1 ) they coul d be determined to  be the  sam e  ta rget. Therefore, the al gorithm can  still work  whe n  the se q uen ce s have  abno rmal val ues  cau s e d  b y  some mea s urem ent errors.          Figure 4. RCS Sequen ce  2 after the ab norm a l value s  are ex clud e d       5. Consideri ng the Pres e n ce of Ob ser v a tion Time  Error  In order to  ensure the  successful compl e tion of  some t a sks, flight ve hicles in the  military  field are  req u i r ed to a pproa ch the ta rget i n  the def inite  dire ction o r  di rectio n inte rval to maximize  the redu ction  of  RCS  and   to co nceal th emselve s In  the  civil aviation system,  t he  le g whi c h is  expecte d to b e  pa ssed in t he flight plan  is pre- plann e d  and eve r y l eg is  a direct ed flight, so t h e   track line of the space ta rget possesses ce rtai n predictability. Howeve r, the current RCS ti me  seri es o b tain ed by observ a tion and the  previou s  one s have a  cert ain error i n  time be cau s of a  tiny cha nge  i n  ra da r o b se rvation time   or in   the  sp ace  targ et at titude. Co nsi derin g that t h e   algorith m  sho u ld posse ss a  definite stabil i ty in  the time, the middle section from 5 1  to 150 points  is cut off fro m  the sequ e n ce  with the  total length o f  212 poi nts  and i s  u s ed  as the  refe re nce   seq uen ce,  re corded  a s  S eque nce 3.  Comp are it  with Se quen ce  whi c h  i s  tran slation a l  over  time, then th e  re sult s a r e  shown a s   Figu re  5. Fo r exa m ple, if Seq u ence 4  ma ke s the  tra n sl ation   motion by 1 0   points  rig h tward s   relative t o  Sequ en ce  3, it makes th e tran slatio na l motion by  1 0 relative to the original  seq u ence.          Figure 5. The  reco gnition  result s of Sequen ce 4 rel a tive to Sequen ce 3   0 5 10 15 20 25 30 -1 5 -1 0 -5 0 5 10 15 20 25 ti m e / s RCS / d B -3 0 -2 0 -1 0 0 10 20 30 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 1. 2 1. 4 1. 6 1. 8 2 ti m e /% 2S / K Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
ISSN: 2302-4 046                          Re sea r ch on  Space T a rg et Recognitio n  Algorithm  Based o n  Em pirical Mod e ...   ( H o u  C h en gy u)  394 The ratio  2/ SK of the total  re co gnition  coeffi cient s of Se q uen ce  4 relati ve to Sequ en ce   3 to its total reco gnition th resh old K/2 is  cal c ulate d  to  cha nge  with t i me, sh own  a s  the  solid li ne   in Figu re  5. If there i s   2/ 1 SK the  same  target would  be  deter mined,  so  it is th corre c t   recognitio n   whe n  the  so lid line  is a bove the  da sh li ne. Se e n  from  the   above fig u re,  the  recognitio n  ef fects  of this  a l gorithm  is  co mparat ively stable  when  th e overl appi ng  time of the s e   two  seq uen ces i s  m o re than  75% of  the total len g t h of the  se q uen ce s, exce pt for the  da ta   who s e time transl a tion are betwe en 8% and 16%.       6. The Analy s is of the  Da ta from the  Real Tes t   The effectiveness and stabilit y of the a l gorithm presented  here would be verifi ed by a  grou p of data  from the re al  test in the followin g In the actual flight,  the high e nd  of the fluctua n time spe c tru m  of the  ai rpl ane’ RCS  would  be  mu ch hig h e r . Wh at is sho w a s  Fi gure  6 i s   the   RCS time  se ries in  real te st, reco rde d  a s  Sequ en ce  5, given addit i onally by  Ref .  3, its length  is   217 poi nts an d the total time is 2.58 second s.  Considering that the algorit hm  should possess a defini t e st ability in  the time, the  middle  se ction f r om  51 to  150  poi nts i s   cut  off from S eque nce 5  with t he t o tal len g th of  217  poi nts  a n d   is used a s  the refe ren c e  sequ en ce, whi c h is  re corde d  as Se quen ce 6. Compa r e it wi th  Sequen ce  whi c h i s  tran slation a l over time, and  th e re sults  are  sho w as Fi g u re 7. Se en f r om  the figure, the  longer the ov erlap p ing tim e  of t hese two sequ en ce s, which i s  gre a t er than 70% o f   the sequ en ce ’s total length ,  the better the simila rity,  the more sta b le the algori t hm. Therefo r e,  this alg o rith m coul d be  con c lu ded to  posse ss a  def inite sta b il ity by the verificatio n  of  the  simulate d dat a and the re al  data.          Figure 6. RCS Sequen ce          Figure 7.   The  reco gnition  result s of Sequen ce 7 rel a tive to 6   0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 -1 5 -1 0 -5 0 5 10 15 20 ti m e /s RC S / d B -4 0 -30 -2 0 -10 0 10 20 30 0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 ti m e / % 2S / K Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
    ISSN: 2302-4 046   TELKOM NIKA   TELKOM NIKA  Vol. 12, No . 1, Janua ry 2014:  388 – 3 9 7   395   In the followi ng a group of data from t he real  test  woul d be used to illust rat e  that the   algorith m  po sse s ses th e a d vantage s, such  as it  co ul d re du ce  so me erro rs i n  t he calculatio n of  RCS which a r e ca used by  inaccurate e v aluation.  Th e data is com posed of poin t  track data a n d   energy info rmation o b tai ned  by the  si gnal  dete c tio n  of a  rada system. T he  RCS  co uld b e   derived from the mono stati c  rad a r p r op a gation eq uat i on given by kerr [19], and i t  is describ ed  as    3 4 222 (4 ) / ( ) rt t r t r P RP G G F F   (11 )     In the eq uatio n,  r P   and  t P   are resp ectively th e po we r of th e re ceive d  si gnal a nd  of th e   transmitted signal,  r G   and  t G   are the po wer g a in of the  receivin g antenna a nd of the  transmitting antenn sep a rately;    is the wavelen g t h,  t F   is the p r opa gation fa ctor  of the  dire ctional di agra m  from the tran smittin g  antenn a to the target,  r F   is the propa gat ion factor of  the dire ction a l  diagram fro m  the targ et to the re ceivin g anten na, a nd R i s  the  di stan ce fro m  the  rada r to the target.   The ra dar  eq uation is p e rf orme d on re al time  comp utation of the RCS of the target,   resulting  in th e RCS  se que nce  ne ede d.  A pul se  Do p p ler processi ng i s   perfo rm ed o n   every  30  pulses,  what  we  got fro m  this fo rm s a  p o int on th seque nce of 1 17 p o ints i n  t o tal. The ta rg et  fails to be d e tected  whe n  sign al to noise rati o i s  co mpa r atively low, then velocity su per- resolution  alg o rithm  woul be ap plied to  re con s tru c t t he lo st targ et [20] in orde r to com p leme nt  the data. The  target is the  civil airpla ne  whi c flies in  the spe ed of  0.26 km/ s  fro m  about 78  km.  The  RCS  se quen ce of the ai rpla ne s on th sam e  flight, sho w as Figu re 8  and  Fig u re  respe c tively, are  obtain e d  by dete c tin g  at di ffe rent  time a nd  re corded  a s  S eque nce 8  a nd  Sequen ce 9.            Figure 8. RCS Sequen ce  8     Figure 9. RCS Sequen ce  9       EMD is  perf o rme d  on th ese t w RCS sequ en ce s respe c tively. Thro ugh th e re sults  sho w n a s  Ta ble 2, the re cognition in de x of the data  from the real rest is  foun d to be greater t han  the previo us  data. If the total re cog n ition co efficient  meets the e quation  S =2 the sam e  targe t   woul d be still  identified.   It is kn own th at the rada r e quation  given  by  ke rr is  not  com p re hen si ve for n o t re ckoni ng  in som e  un certain rada para m eters.  Therefore, a  certai erro r wo uld exist in the RCS  seq uen ce we got. The  errors in  the  co mputati on  of RCS  ca used  by these  pa rameters  sho u ld  be a fixed val ue or  at mo st a fluctuatin slo w ly  varyin g functio n  rel a tive to RCS,  whi c woul not  signifi cantly affect the normali zed in stantane ou s freque ncy on  high ban d extracted by EMD.   Suppo se if the experim ent  is made  und er the  c onditi on that the o t her pa ram e ters  rem a in th same, an d th e distan ce fro m  the rada r to the tar get d e tected i s  not  pre c ise e nou gh to use, th en   the data we o b tained i s  onl y as follows:    4 3 222 /( 4 ) / ( ) rt t r t r RP P G G F F                                                                                                         (12)  0 1 2 3 4 5 6 7 0 2 4 6 8 10 12 14 16 ti m e /s RCS / d B 0 1 2 3 4 5 6 7 -5 0 5 10 15 20 ti m e /s RCS / d B Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
ISSN: 2302-4 046                          Re sea r ch on  Space T a rg et Recognitio n  Algorithm  Based o n  Em pirical Mod e ...   ( H o u  C h en gy u)  396 Table 2.   Data  colle ction of RCS sequ en ce s from the real test   IMF   1 2 3  Instantaneous fr equenc y  of Se qu ence 8  0.6686   0.2674   0.1337   0.0622   0.0267   Instantaneous fr equenc y  of Se qu ence 9  0.6436   0.2348   0.1453   0.0513   0.0256   Energ y   percenta ge (% ) of Sequ e n ce 8  33.12   44.96   8.38  8.52  5.02  E n er gy  per centage ( % ) of Sequence 9  54. 85   28. 56   6. 61   6. 55   3. 43   Sequence 9 r e lativ e to Sequence 8  R1  R2  R3  K/2   3. 74%   12. 19%   8. 68%   1.     As far as Se quen ce 8 is concern ed,  4 / R   is seen a s  a whole, re corde d  as Seque n c 10 after the  modificatio n . The algo rith m is appli e d  to extract the no rmali z e d  instanta n e ous  freque ncy of Sequen ce 1 0 .  Its results a r e co mpa r ed  with the origi nal data, sho w n a s  Table  3.  The valu es  of their  re co gnition in dex,  R 1 R 2  an R 3  a r e ve ry small, a nd t hey are in  h i gh  simila rity an d co uld b e   determi ned t o  be the  sa me targ et. Accordi ngly, the erro rs in  the   cal c ulatio n of RCS cau s ed  by some ina c curate ev alua tion of slowly  varying pa ra meters co uld  be   ignored in the  algorithm, which  woul d be  valuable for the appli c atio n in engin eeri ng pra c tice.      Table 3. Experime n tal dat a colle ction b y  ignoring the  distan ce  R   IMF   1 2  3 4  Instantaneous fr equenc y  of Se qu ence 8  0.6686   0.2674   0.1337   0.0622   0.0267   Instantaneous fr equenc y  of Se qu ence 10  0.6410   0.2564   0.1282   0.0598   0.0256   Energ y   percenta ge (% ) of Sequ e n ce 8  33.12   44.96   8.38  8.52  5.02  Energ y   percenta ge (% ) of Sequ e n ce 10  33 76  44 99  8 56  8 05  4 64   Modification relative to the original  sequence  R1 R2  R3  K/2   4.13%   4.11%   4.11%   1.5      Finally, in order to verify the effectivenes s of the  algorith m , three group s of  data of  Sequen ce  1,  5 a nd  8 a r e  co mpa r ed  la terally an d th e data  obtai n ed i s   colle cte d  a s  T able  4.  Shown  as  Ta ble 4, Sequ e n ce  1, 5 an 8 belo ng to  di fferent types  of target s, an d the re co gnit i on   index obtaine d by matchin g  two of them are  very great, almo st greate r  than  the recogniti on  threshold . All  S of theirs are all less than /2 K , so they are reco gni zed a s  the different target s.       Table 4. Re cognition p a ra meters coll ection of Seque nce 1,5 ,an d  8   R1  R2  R3  K/2  Same Targ et   8 relative to 1  10.29%   30.02%   34.07%   1.5  No  5 relative to 1  0.46%   17. 98%   22.73%   1.5  No  8 relative to 5  9.88%   14.68%   14.68%   1.5  No      7. Conclusio n   The pa per i s  the first to propo se th at EMD is u s ed  to analyze  RCS time se ries. Th effectivene ss  and stability of  the  propo sed alg o rithm  are ve rified b y  a gro up of  simulate d d a ta   and t w gro ups of  data  from the  rea l  test. Th i s   algorith m   co uld ig nore th e e rro rs in  the  cal c ulatio n of RCS cau s e d  by some ina c curate  eval u a tion of slowl y  va rying parameters, whi c h   is of great si gnifica nce to explore the  ability of  the  active narro w-ban d ra dar t o  recogni ze t he  target.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
    ISSN: 2302-4 046   TELKOM NIKA   TELKOM NIKA  Vol. 12, No . 1, Janua ry 2014:  388 – 3 9 7   397   Referen ces   [1]   Nazih  NY.  Rad a r Cross Secti on of Co mp lex  T a rgets . Proce edi ngs of the IEEE. 2004; 77( 5): 722-7 34.   [2]    Domin g o  M, R i vas F .  C a lcu l a t ion  of the  RC S Interactio o f  Edges  a n d  F a cets.  IEEE Trans. on A P 199 4; 42(6): 36 -47.  [3]    Hua ng Pe ika n g , Yin Ho ngc hen g, Xu  Xia o jia n,  Ra dar t a rget ch aracte ristics . Publis h i ng H ous e of   Electron ics Ind e str y , Beij in g. 200 5.  [4]    Lin G ang,  Xu  Jiad on g. Stu d y  of th Stat istical Char act e rizati on of  T a rgets  RCS D y namic   Dat a Moder n Rad a r . 2006; 2 8 (6): 1 8 -20, 39.   [5]    Rao Bin, Qu L ong hai,  Xia o  Shun pin g , Wang  Xues on g. Precessio n  peri od  extracti on of b a llistic targ ets   base d  on time  series a nal ys is Chines e Jour nal of Ra di o Scienc e . 201 1; 26(2): 291- 29 6.  [6]   W ang  H o n g y u.   Nonstati on ary  Ran d o m  S i g n a l Proc essi ng  and  Ana l ysis National Defence Industry   Press, Beiji ng. 199 9.  [7]    Z hang   Xia n d a , Bao Z h en g.  N onstatio nary R and o m   Si gna l Processi ng an An alysis . N a tion al D e fenc e   Industr y  Pr ess, Beiji ng. 19 99.   [8]    Hua ng  Xiao ho ng, Qiu  Z haok un, C hen  Z e n gpi ng, Z h a n g   Z henzh o n g T he F r acta l F e a t ure of S p a c e   Object RCS . C h in ese Sp ace  Scienc e an d T e chn o lo g y . 200 5; 2(1): 33-36.   [9]    Xu   Xin, Z h ao  Anju n, Ji Sh as han. R e co gni ti on T e chni ques  for Spac e T a rgets bas ed  o n  RCS.  Fire  Contro l & Co mma nd C ontrol 201 0; 35(1 0 ): 134-1 36.   [10]    Jung uo, Z hao  Hon g zho ng, F u  Qiang. Sp ac e ta rget reco g n itio n al gorit h m  based  on R C S sequ enc e .   Aerosp ace El e c tronic W a rfare . 2007; 26( 6): 14-16.   [11]    T i anxu Ya ng, J i an w e i W a n g , Xi ao gua ng H u .  Sour ce: T e lkomnika, Res ear ch on the m e c han ical stat e   param eter e x tr action m e tho d  of hig h  volta g e  circuit  break ers.  T E LKOMNIKA Indon esi an Jo urna l of   Electrical E ngi neer ing . 2 013;  11(5): 27 71- 27 79.   [12]    Gupta Ma noj,  Kumar R a j e sh,  G upta  Ram A w t a r.  Ne ural  n e t w o r base d  i nde xing  a nd r e cog n itio o f   po w e r qu alit disturb ances.  T E LKOMNIKA T e leco mmu n i c ation C o mp uting El ectron ics  and C ontro l 201 1; 9(2): 227 -236.   [13]    Hua ng NE, Sh en Z ,  Long SR , et al.  T he Empirica l Mod e  Deco mp ositio n a nd the Hil bert Spectru m  for   Nonl in ear a nd  Nonstati on ary T i me Ser i es A nalysis . Proc R. Soc. Lond. A. 199 8.  [14]    Hua ng  NE, Sh en Z  , L ong  S R  et a l . A Ne w Vie w   of N onl i near W a t e r W a ves : the  Hi lb ert Spectrum.   Annu al Rev i ew  of F l uid Mech anics . 19 99.   [15]    Loutri dis SJ. Damag e  Detecti on in Gear  S y s t ems Using E m pirica l Mod e  Decom positi o n .   Engine erin g   Structures . 200 1; 26: 183 3-18 41.   [16]    F l andri n  P,  Ril ling  G, Gonca l ves P. Emp i ric a l Mo de  Dec o mpositi on  as  a F ilter B ank.  IEEE Signal  Processi ng Let ters . 2004; 11:  112- 114.   [17]    Lin Z h ens ha n, W ang S h u g u ang. EM D An al ysis  of Nort hern  Hemis p h e re T e mperat ure V a ria b il i t duri ng Last 4 C enturi e s.  Journ a l of T r opica l Meteoro l ogy . 2 004; 20: 9 1 -96.   [18]    He Y ou,  Xi u Ji anj uan,  Z h an g  Jing w e i, G u a n   Xi n.  Ra dar  Data Pr ocessi ng w i th A ppl ic ations . S e cond   ed. Publ ishi ng  Hous e of Electronics Ind e str y ,  Beiji ng. 20 09.   [19]   MI Skolnik.  Ra dar Ha ndb ook, S ection e d .  Pu blish i n g  Hous e  of Electronics  Indestr y ,  Be iji n g . 2003.    [20]    X i a T i an, Shen Yiy i ng, Hou Y uguan, Hou  Chengy u .  Applic ation  of Veloci t y  Super-resolution Algor ithm   to Lost T a rget Veloc i t y  S pectr um Rec onstruc tion.  11th I n ter natio nal  Co nfer ence  on S i gn al  Processi ng   (ICSP 12) . 20 1 2 ; 3: 1741- 174 5.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.