基于微多普勒特性分析的地面慢速目標識別與欺騙干擾方法研究.pdf

1、微多普勒效應引入雷達領域以來，在雷達目標檢測、特征提取、分類與識別、參數反演等方面得到了廣泛的應用。行人除了軀干質心運動外，還存在頭、肩、四肢以及手腳等部位的微運動。而車輛除了車體質心運動外，還存在輪子等部件的微運動，這兩類地面運動目標均具有典型的微運動。同時，行人與車輛目標也是地面監(jiān)視雷達的主要監(jiān)視對象。但是，目前的地面監(jiān)視雷達多是窄帶雷達，傳統(tǒng)的基于傅里葉變換與多普勒分析的方法很難實現行人與慢速車輛目標的分類與識別。然而，行人與車輛

2、目標所產生的微多普勒效應是其微運動部件的特有特征，不僅蘊含著目標部件的自身尺寸、材質等固有屬性信息，而且還包含目標的運動信息。因此，研究基于微多普勒分析的地面慢速目標識別方法將能夠提升地面監(jiān)視雷達的識別與信息獲取能力。同時，由于微多普勒信號具有較強的非平穩(wěn)特性，使得地面慢速目標的微多普勒特征提取與識別研究將面臨較多的挑戰(zhàn)。另外，地面慢速目標識別需要的微多普勒信息，也是欺騙干擾所需產生的理想干擾效果。由于地面慢速目標的微多普勒信號中包含了

3、目標部件的精細化運動信息，如何充分地利用目標的微多普勒信息，實現對地面慢速目標精細化的欺騙干擾是目前雷達信號處理與電子對抗領域的研究熱點和難點。本文在國家自然科學基金課題、國家863課題和橫向課題的資助下，結合地面監(jiān)視雷達系統(tǒng)對目標探測與識別的實際應用需求，開展基于微多普勒特性分析的地面慢速目標識別與欺騙干擾研究，將重點研究地面慢速目標的微多普勒特征提取、微運動部件精細化識別以及基于微運動的目標精細化欺騙干擾等問題。主要研究內容概述如下

4、:
　　1、針對目標微運動特性進行分析，建立了振動、旋轉和擺動等典型微運動的普適模型，推導了不同微運動模型對應的微多普勒解析表達式。針對微多普勒非平穩(wěn)性強，常規(guī)傅里葉分析方法分辨率低的難題，利用短時傅里葉變換(Short Time FourierTransform，STFT)、Wigner-Ville變換(Wigner-Ville Distribution，WVD)以及平滑偽WVD等時頻分析方法對不同微運動的微多普勒特性進行了深入

5、研究，并詳細分析對比了不同時頻分析方法的性能，為后續(xù)的行人與車輛等地面慢速目標的微多普勒特征提取與識別及欺騙干擾研究提供理論基礎。
　　2、針對行人和車輛等地面慢速運動目標在窄帶雷達觀測中難以檢測和分類等難題，充分挖掘行人與車輛目標的微多普勒特征差異性，提出了基于時頻譜圖紋理信息的地面慢速目標特征提取與分類方法，并利用行人和車輛目標實測數據，獲得了良好的特征提取與分類結果。首先，針對連續(xù)波雷達數據包含大量背景雜波等問題，建立了地雜

6、波統(tǒng)計模型，研究了有效的雜波抑制方法。其次，基于行人和車輛目標的微運動模型及其微運動特性，利用STFT進行時頻分析以生成譜圖樣本，并通過預處理進一步提高樣本的信雜噪比。接著，提取行人和車輛目標的譜圖熵值、統(tǒng)計直方圖三階矩和方向性等譜圖紋理信息，并形成有效的特征庫。然后，將紋理特征庫分為訓練集和測試集，先后送入支持向量機分類器進行訓練學習，以實現行人與車輛的有效分類。最后，仿真與實測數據處理結果驗證了所提出的方法在信噪比較低和訓練樣本數較

7、少時，具有較好的魯棒性。
　　3、針對行人的微運動部位復雜且難以分離的問題，結合人體各部位回波的統(tǒng)計特性，提出了基于主分量分析(Principle Component Analysis，PCA)的行人微運動部位精細化識別方法，其精細化識別能力優(yōu)于現有的基于復數經驗模態(tài)分解(ComplexEmpirical Mode Decomposition，CEMD)方法。首先，基于行人的微運動特性對行人各微動部位進行精細化建模，并對各微運動部

8、位的統(tǒng)計特性進行詳細分析。其次，采用滑窗技術將行人雷達回波信號進行時間平滑處理，并依據信息理論準則，無需任何先驗知識或主觀閾值的設置，通過最小化AIC準則(Akaike Information Criterion，AIC)確定PCA分解對應的主分量個數。接著，對行人雷達回波信號進行PCA分解，獲得代表行人回波主要能量的特征向量，并采用逆滑窗處理方法重構信號，獲得表示行人微運動部位信息的主分量。然后，結合基于Ixegram的聚類算法對相似

9、主分量進行重新聚類，以實現行人主要微運動部位的精細化識別。最后，仿真數據處理結果驗證了所提出方法的有效性。
　　4、針對目前車輛欺騙干擾因未考慮其微運動造成干擾容易辨識的問題，結合車輛目標微運動部位的微多普勒特性分析，提出了基于微多普勒特性的車輛目標精細化欺騙干擾方法，獲得了高逼真度的虛假車輛運動目標。首先，在分析現有車輛欺騙干擾方法基本原理和缺陷的基礎上，通過干擾機截獲地面監(jiān)視雷達發(fā)射的窄帶信號，并通過電子偵察系統(tǒng)對雷達進行定位