基于波束形状的体目标回波空间特征提取

摘要

受自身内部结构和外部形状的影响，体目标回波在近场中会携带目标本身的结构和形状信息，表现出不同于点源目标回波的特性。相应地，其回波经过阵列处理后得到的波束形状中必然也含有相关信息量，与点源目标回波的波束形状不同。如果能从波束形状出发，提取合适的表征目标的特征量，这对于水下目标探测和识别无疑是一种新的解决思路。本文试图从水下复杂目标回波预报理论出发，进行基于波束形状的体目标回波空间特征提取研究。
　　 首先，应用水下复杂目标回波预报理论，对三亮点体目标模型和用ANSYS软件建立的Benchmark模型回波信号进行了仿真。利用均匀线列阵的指向性函数，基于指向性函数的叠加原理，推导并给出多个窄带目标下的波束表达形式。
　　 其次，根据多目标窄带常规波束形成理论，得到三亮点体目标模型的回波波束表达形式，并分析了与波束形状相关的目标参数。根据不同照射角度下的回波波束形状，提出了四个可能的空间特征表征量。在此基础上，对这四个回波空间特征表征量进行了理论分析，研究了它们与照射角度、目标与基阵的距离和目标尺度之比等参数的关联性。分析结果表明，在一定的照射角度范围和距离范围内，波束匹配度和波束宽度比这两个特征量可以有效表征体目标回波波束形状和点目标回波波束形状的区别。
　　 最后，给出了基于回波波束匹配度或波束宽度比的目标识别方法。通过对Behchmark模型仿真回波数据及其缩比模型的试验数据的特征量提取，验证了波束匹配度和波束宽度比这两个特征量的有效表征性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文内容和安排

第二章 体目标回波预报理论和阵列信号处理理论

2．1 引言

2．2 回波信号的形成和特性

2．3 体目标回波预报

2．3．1 基于亮点模型的回波预报

2．3．2 基于板块元法和频域间接法的回波预报

2．4 阵列信号处理理论

2．4．1 均匀线列阵常规波束形成理论

2．4．2 多目标窄带常规波束形成理论

2．5 本章小结

第三章 体目标回波波束形状空间特征理论分析

3．1 引言

3．2 三亮点体目标模型的回波波束表达

3．3 体目标回波波束形状的空间特征表征

3．3．1 体目标回波波束形状

3．3．2 体目标回波空间特征表征量

3．4 三亮点体目标模型回波空间特征理论分析

3．4．1 回波波束形状空间特征量的计算

3．4．2 回波波束形状空间特征量与目标参数的关联性分析

3．5 本章小结

第四章 基于回波波束形状空间特征量的目标识别方法

4．1 引言

4．2 基于回波波束匹配度的目标识别方法

4．2．1 目标回波波束匹配度的提取方法

4．2．2 Benchmark模型预报回波的仿真验证

4．2．3 Benchmark缩比模型实际试验数据的仿真验证

4．3 基于回波波束宽度比的目标识别方法

4．3．1 目标回波波束宽度比特征提取方法

4．3．2 Benchmark模型预报回波的仿真验证

4．3．3 Benchmark缩比模型实际试验数据的仿真验证

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 研究总结

5．2 研究展望

致谢

参考文献