正弦調(diào)頻傅里葉變換方法及雷達(dá)目標(biāo)微動特性反演技術(shù)研究.pdf

1、微動是目標(biāo)或目標(biāo)部件除了質(zhì)心平動之外的一種具有小幅、往復(fù)特點的運(yùn)動分量，反映了目標(biāo)的精細(xì)特征，在雷達(dá)目標(biāo)識別和成像技術(shù)領(lǐng)域占有獨特的重要作用。當(dāng)前，微動參數(shù)估計面臨一些技術(shù)瓶頸，傳統(tǒng)時頻分析方法估計精度低，基于模型的方法對不同微動形式的適應(yīng)性差，給以上述兩類方法為主體的微動參數(shù)估計理論的實用性帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。本文圍繞雷達(dá)目標(biāo)微動特性反演問題展開，提出了正弦調(diào)頻傅立葉變換等一系列微動參數(shù)估計方法，大幅度提高了微動參數(shù)估計精度和微動模型的適

2、用范圍，研究成果對目標(biāo)微動特性反演、雷達(dá)成像等問題具有指導(dǎo)意義。
　　第一章為緒論，闡述了論文的研究背景及意義，綜述了微動特性反演領(lǐng)域的發(fā)展概況和研究現(xiàn)狀，并介紹了論文的主要工作。
　　第二章從微動模型出發(fā)，將微動分為簡諧微動與復(fù)雜微動、普通微動與小幅微動，基于多正弦調(diào)頻信號建立了囊括上述微動形式的微動目標(biāo)雷達(dá)回波模型。研究了時頻分析方法與基于模型的方法的局限性，以偽魏格納分布為例，分析了基于時頻分布估計正弦調(diào)頻信號瞬時頻率

3、的偏差和隨機(jī)誤差，從理論上揭示了時頻分析方法在正弦調(diào)頻信號分析中面臨的技術(shù)瓶頸。最后，指出了時頻分析方法在微動參數(shù)估計中的適用條件。
　　第三章建立了正弦調(diào)頻信號空間，提出了正弦調(diào)頻傅立葉變換。與時頻分析采用短時窗做瞬時近似不同，正弦調(diào)頻傅立葉變換通過微多普勒調(diào)制信息的長時間積累，顯著提高了微動參數(shù)估計精度，并從模型角度，根本上解決了多正弦調(diào)頻信號參數(shù)多、估計算法復(fù)雜的難題。研究了正弦調(diào)頻傅里葉變換估計精度與可估計的微動幅度范圍，

4、提出了微多普勒噪聲比的概念，分析了正弦調(diào)頻傅里葉變換中的相位纏繞問題與相位解纏方法，并研究了多分量多正弦調(diào)頻信號正弦調(diào)頻傅里葉變換的特點，得到了新方法在估計多正弦調(diào)頻信號參數(shù)時的歸一化均方根誤差經(jīng)驗公式以及多分量信號變換結(jié)果的經(jīng)驗公式。接下來，提出了兩種相應(yīng)的解決具體問題的算法：基于正弦調(diào)頻傅立葉變換的瞬時頻率估計方法以及車輛振動譜估計方法。理論分析和仿真實驗結(jié)果表明，正弦調(diào)頻傅立葉變換能夠精確估計調(diào)制微弱的多正弦調(diào)頻信號參數(shù)，較現(xiàn)有方

5、法大幅提高了估計精度和抗噪性能，降低了可估計的微動幅度下限，能夠估計未知微動形式、多微動頻率成分的目標(biāo)微動特性。
　　第四章提出了正弦調(diào)頻稀疏恢復(fù)算法，在正弦調(diào)頻信號空間建立傅立葉調(diào)頻字典，并引入稀疏恢復(fù)方法，借用正弦調(diào)頻信號空間分析正弦調(diào)頻信號的優(yōu)勢，以及稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)對非均勻欠采樣的適應(yīng)能力，能夠分析低數(shù)據(jù)率、非均勻采樣的正弦調(diào)頻信號，實現(xiàn)微動參數(shù)估計。較現(xiàn)有基于稀疏恢復(fù)的正弦調(diào)頻信號參數(shù)估計方法，正弦調(diào)頻稀疏恢復(fù)算法將參數(shù)維

6、數(shù)降至1維，具有更高的穩(wěn)健性、估計精度和算法效率。分析了正弦調(diào)頻稀疏恢復(fù)算法的微動譜模糊問題，分析了傅立葉調(diào)頻字典的相干性和網(wǎng)格劃分問題。研究了遠(yuǎn)程低頻段雷達(dá)中段目標(biāo)進(jìn)動參數(shù)估計問題，針對遠(yuǎn)程低頻段雷達(dá)估計中段目標(biāo)進(jìn)動參數(shù)受限于數(shù)據(jù)率低、采樣非均勻、目標(biāo)微多普勒效應(yīng)弱等難題，基于正弦調(diào)頻空間稀疏恢復(fù)算法，采用美國鋪路爪雷達(dá)參數(shù)仿真，通過約5分鐘的跟蹤數(shù)據(jù)積累，可實現(xiàn)進(jìn)動頻率的精確估計。
　　第五章提出了可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)角下不同散射中心類

7、型的清晰成像的微動目標(biāo)非理想散射中心成像方法。將正弦調(diào)頻傅立葉變換與HRRP序列結(jié)合，先提取不同散射中心的微動信息，實現(xiàn)其位置的粗估計。建立了散射中心復(fù)合模型，進(jìn)而，通過散射中心類型判別、基于微動譜的滑動型散射中心參數(shù)估計等一系列處理方法，實現(xiàn)散射中心位置的精估計，并反演相應(yīng)的目標(biāo)結(jié)構(gòu)特征。目標(biāo)非理想散射中心成像方法能夠反映目標(biāo)不同類型散射中心的空間分布，給出目標(biāo)主要結(jié)構(gòu)的尺寸角度信息，相比傳統(tǒng)成像方法，更加直觀、全面。
　　第六