旋翼飞行器微多普勒特征提取技术研究

摘要

微多普勒效应是指目标微动对雷达回波产生调制的现象。回波中包含的微动特征反映了目标的几何结构和运动特性，这为雷达的自动目标识别提供了新的思路。近几年，微多普勒效应得到广泛关注，但其相关技术还未发展成熟。本文针对旋翼飞行器，构建了旋翼微动回波模型，并基于S变换对目标微动特征的提取开展研究。主要工作如下: (1)在微多普勒效应理论基础上，推导旋翼叶片的回波参数模型，对旋翼飞机的雷达回波进行分析。构建了多旋翼无人机的微动模型，分析不同飞行状态下无人机回波信号的微动特征。 (2)提出了改进广义S变换。针对S变换窗函数对高频和低频分量时频适配有限的问题，构建反正切窗函数，将窗长控制在一定范围内，并实现窗长随频率的自适应调整;同时引入控制因子，进一步改善算法的适应性，提高了时频分析性能。仿真结果表明，改进广义S变换能够更好地提取旋翼回波中的微多普勒特征。 (3)提出改进广义S变换的快速实现算法，推导其离散化实现的具体步骤。在频域实现过程中，通过限定分析频率范围来减少计算冗余，并进一步通过倍频采样降低计算量。 (4)提出基于同步压缩联合改进广义S变换的微多普勒特征提取方法。将同步压缩与时频分析相结合，在改进广义S变换过程中沿频率轴对时频分布进行能量重排;通过对窗函数偏导数进行时频变换实现瞬时频率求解，降低算法复杂度，提高计算效率。仿真证明，该算法能有效解决S变换中时间分辨率和频率分辨率无法兼顾的难题，在提高分辨率的同时实现了能量的有效聚集。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．3论文主要工作及内容安排

2旋翼飞行器的微多普勒效应及回波建模

2．1引言

2．2微多普勒效应理论基础及回波建模

2．2．1单散射点回波模型

2．2．2水平旋翼回波模型

2．2．3垂直旋翼回波模型

2．3旋翼飞机的微动特性分析及其仿真

2．3．1飞机旋翼特征及桨叶角调制

2．3．2仿真分析

2．4旋翼无人机的微动模型及仿真分析

2．5本章小结

3时频分析方法及其在微多普勒特征提取中的应用

3．1时频分析基础

3．2常用时频分析方法

3．2．1短时傅里叶变换

3．2．2小波变换

3．2．3魏格纳-威尔分布

3．3本章小结

4基于改进广义S变换的微多普勒特征提取

4．1 S变换

4．2广义S变换

4．3改进广义S变换

4．3．1改进广义S变换原理

4．3．2改进广义S变换的快速实现

4．4改进广义S变换的仿真分析

4．4．1与常规算法的对比分析

4．4．2稳健性验证

4．4．3基于改进广义S变换的旋翼微多普勒特征提取

4．5本章小结

5基于同步压缩联合改进广义S变换的微多普勒特征提取

5．1同步压缩小波变换

5．2同步压缩联合改进广义S变换

5．2．1算法原理

5．2．2快速实现算法

5．3同步压缩联合改进广义S变换的仿真分析

5．4本章小结

6总结与展望

6．1本文总结

6．2工作展望

致谢

附录

参考文献

硕士期间取得的学术成果和参与的科研项目