雷達(dá)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特征分析與提取.pdf

1、隨著電磁特征控制技術(shù)對(duì)目標(biāo)非運(yùn)動(dòng)特征控制能力的提升，目標(biāo)的形狀、結(jié)構(gòu)和表面材料電磁參數(shù)等非運(yùn)動(dòng)特征在非合作目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別中的應(yīng)用受到限制，而運(yùn)動(dòng)特征的可控性較低，并且運(yùn)動(dòng)特征提取可為獲取更為精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)特征創(chuàng)造條件，因此，運(yùn)動(dòng)特征在目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別中的重要性日益突出，對(duì)雷達(dá)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特征提取已成為目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。目標(biāo)運(yùn)動(dòng)可分為整體運(yùn)動(dòng)與微動(dòng)，整體運(yùn)動(dòng)是指目標(biāo)質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)，包括平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，這里的轉(zhuǎn)動(dòng)是指轉(zhuǎn)速較小，產(chǎn)生的多普勒頻率可近

2、似恒定；微動(dòng)是指目標(biāo)或目標(biāo)組成部分除整體運(yùn)動(dòng)以外的小幅、非勻速運(yùn)動(dòng)，微動(dòng)產(chǎn)生的微多普勒頻率隨時(shí)間變化而變化。本文所研究的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特征是指平動(dòng)特征和微動(dòng)特征。目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特征可以從時(shí)域、頻域以及時(shí)頻域來(lái)描述。在時(shí)域，一維高分辨距離像反映了目標(biāo)上各散射點(diǎn)沿雷達(dá)視線的投影分布，體現(xiàn)了散射點(diǎn)的相對(duì)幾何關(guān)系，包含了目標(biāo)重要的結(jié)構(gòu)特征，然而，目標(biāo)平動(dòng)會(huì)使得高分辨距離像產(chǎn)生距離走動(dòng)、幅度下降和寬度展寬，從而使得距離像分辨率下降，甚至無(wú)法得到距離像，因而

3、必須對(duì)目標(biāo)平動(dòng)進(jìn)行精確補(bǔ)償，這就涉及到平動(dòng)參數(shù)的估計(jì)問(wèn)題，即平動(dòng)特征提取；在頻域，微多普勒從頻率上描述了目標(biāo)微動(dòng)的雷達(dá)特征，反映了多普勒頻移的瞬時(shí)特性，表征了目標(biāo)微動(dòng)的瞬時(shí)徑向速度；在時(shí)頻域，微動(dòng)會(huì)對(duì)ISAR成像產(chǎn)生調(diào)制，在ISAR圖像中表現(xiàn)為沿多普勒方向的調(diào)制干擾帶，導(dǎo)致ISAR成像結(jié)果出現(xiàn)模糊，因此，必須對(duì)微動(dòng)特征進(jìn)行提取，并將其從原始回波中剔除，從而改善微動(dòng)目標(biāo)的ISAR成像質(zhì)量，為獲取結(jié)構(gòu)特征創(chuàng)造條件。本論文針對(duì)空間空中目標(biāo)的運(yùn)

4、動(dòng)特征分析與提取，從時(shí)域、頻域以及時(shí)頻域三個(gè)基本層次展開(kāi)對(duì)雷達(dá)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特征提取的相關(guān)理論與技術(shù)問(wèn)題的研究。
　　論文內(nèi)容可概括為如下五部分：
　　第一部分，從時(shí)域、頻域以及時(shí)頻域?qū)走_(dá)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行了分析。在時(shí)域，以調(diào)頻步進(jìn)信號(hào)為例，推導(dǎo)了其合成距離像的數(shù)學(xué)模型，并定量分析了目標(biāo)運(yùn)動(dòng)對(duì)合成距離像的影響，得出了合成距離像平動(dòng)補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)；在頻域，以四種典型的微動(dòng)——振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、錐動(dòng)和翻滾為例，利用時(shí)頻分析方法對(duì)這四種微動(dòng)產(chǎn)生

5、的微多普勒進(jìn)行了分析；在時(shí)頻域，對(duì)微動(dòng)目標(biāo)ISAR成像存在的問(wèn)題進(jìn)行了討論。
　　第二部分，研究了調(diào)頻步進(jìn)信號(hào)的參數(shù)設(shè)計(jì)和平動(dòng)參數(shù)估計(jì)。在分析調(diào)頻步進(jìn)信號(hào)各參數(shù)所對(duì)應(yīng)的參量基礎(chǔ)上，給出了具體的參數(shù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；針對(duì)高速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的合成距離像移位和失真問(wèn)題，提出了兩種平動(dòng)參數(shù)估計(jì)方法：分別是基于最優(yōu)代價(jià)函數(shù)搜索的平動(dòng)參數(shù)估計(jì)方法和基于復(fù)合測(cè)速的平動(dòng)參數(shù)估計(jì)方法，其中，基于最優(yōu)代價(jià)函數(shù)搜索的平動(dòng)參數(shù)估計(jì)方法針對(duì)最小脈組誤差法測(cè)速時(shí)存在的局部

6、極小值問(wèn)題，提出首先用包絡(luò)相關(guān)法粗測(cè)速、再在一個(gè)速度周期內(nèi)利用最小脈組誤差法精測(cè)速的兩步法，提取的平動(dòng)特征可用于對(duì)高速目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)一維高分辨距離成像；基于復(fù)合測(cè)速的平動(dòng)參數(shù)估計(jì)方法通過(guò)在調(diào)頻步進(jìn)體制中引入PD體制進(jìn)行實(shí)時(shí)速度測(cè)量供運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償環(huán)節(jié)使用，對(duì)三種可能的復(fù)合方式進(jìn)行了可行性論證，給出了一種可滿足高速運(yùn)動(dòng)環(huán)境下運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償精度要求的復(fù)合波形設(shè)計(jì)。
　　第三部分，研究了旋轉(zhuǎn)目標(biāo)的微動(dòng)特征提取。以典型的轉(zhuǎn)動(dòng)為例建立了微動(dòng)

7、模型，針對(duì)單散射點(diǎn)微動(dòng)目標(biāo)，提出了基于平滑偽Wigner-Ville分布的微多普勒頻率估計(jì)方法，包括峰值檢測(cè)法和歸一化一階矩法；針對(duì)多散射點(diǎn)微動(dòng)目標(biāo)，基于非線性的微多普勒頻率在較短的時(shí)間間隔內(nèi)可以近似為線性調(diào)頻信號(hào)這一先驗(yàn)信息，將微多普勒頻率估計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為分段線性調(diào)頻信號(hào)的頻率估計(jì)問(wèn)題，提出了基于Radon-WVD變換的微多普勒頻率估計(jì)方法。
　　第四部分，研究了彈道導(dǎo)彈目標(biāo)的微動(dòng)特征提取。首先建立了彈道導(dǎo)彈目標(biāo)的微動(dòng)模型，包括進(jìn)

8、動(dòng)模型、擺動(dòng)模型和章動(dòng)模型，并推導(dǎo)了微動(dòng)產(chǎn)生的微多普勒頻率的數(shù)學(xué)表達(dá)式；其次針對(duì)誘餌未采用姿態(tài)控制和誘餌運(yùn)用姿態(tài)控制這兩種情況下的微動(dòng)特征提取問(wèn)題進(jìn)行了研究，提取了微動(dòng)周期和微多普勒帶寬作為識(shí)別彈頭和誘餌的特征，利用仿真試驗(yàn)表明所提取的微動(dòng)特征在信噪比較低時(shí)仍可區(qū)分彈頭和誘餌；最后分析了速度對(duì)微動(dòng)特征提取的影響，得出本文所提出的微動(dòng)特征提取方法無(wú)須直接速度補(bǔ)償而只需周期延拓和滑窗處理，因此，大大減小了運(yùn)算的復(fù)雜度。
　　第五部分，

9、研究了微動(dòng)旋轉(zhuǎn)目標(biāo)ISAR成像中的微動(dòng)特征提取。首先介紹了ISAR成像原理，通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)模型分析了距離-多普勒成像原理，并給出了常用的平動(dòng)補(bǔ)償方法，包括包絡(luò)對(duì)齊和初相校正；其次研究了微動(dòng)旋轉(zhuǎn)目標(biāo)的特征提取及ISAR成像，分析了微動(dòng)對(duì)ISAR成像的影響，基于旋轉(zhuǎn)散射點(diǎn)與剛體散射點(diǎn)在時(shí)頻平面上的分布差異，提出了低頻濾波算法提取微動(dòng)特征，從而實(shí)現(xiàn)了微動(dòng)部件回波與剛體部件回波的分離，進(jìn)而獲得了剛體部件的聚焦ISAR像；最后利用仿真數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明