雷达目标微多普勒特征分析及其应用

摘要

随着目标识别技术的快速发展，各种反探测、反识别的技术也获得了快速发展，为目标的探测与识别带来了新的困难，同时也对目标探测与识别提出了更高的技术要求，越来越要求对目标细节的描述及运动状态的精细刻画。雷达目标微运动产生的微多普勒特征包含着目标的运动和结构信息，从中可提取出微动目标固有的特性。自从雷达目标微多普勒特征被发现以来，其在目标探测、分类与识别领域的重要价值已经引起了国内外学术界和工程界的广泛关注。因此，深入研究雷达目标的微多普勒特征及其在军事和民用领域的应用具有重要的理论及应用价值。
　　本文主要围绕雷达目标的微运动产生的微多普勒特征数学分析、微多普勒特征提取方法、微动信号分离及微多普勒特征在微动参数估计和目标识别中的应用等方面展开研究，论文主要工作有以下几个方面：
　　1．研究了微多普勒特征的产生原理，建立了加速、振动、旋转、锥旋、摆动等典型微动模型，推导了其产生的微多普勒特征的数学表达式及其与微运动参数之间的对应关系；针对目标微运动特征的复杂性和差异性，以有旋翼和无旋翼目标识别为研究背景，建立了具有平动、加速与振动运动特征的复合运动微动模型和具有平动、加速、振动及旋转运动特征的复合运动微动模型，推导了两种复合运动产生的微多普勒特征及其与目标结构和微运动参数的关系，比较了其微多普勒特征的差异性，为识别这两类目标奠定了理论基础。
　　2．针对微多普勒特征的提取问题，研究了从微动目标雷达回波中提取微多普勒特征的常用方法，并分析了各自的优缺点，提出了使用重排平滑伪Wigner-Ville分布提取目标微多普勒特征的方法，该方法能够有效地提取微动信号的微多普勒特征；研究了运动目标的平动速度、加速度、雷达的载频和雷达PRF对提取微多普勒特征的影响及相应对策，为有效提取雷达目标微多普勒特征提供了理论指导。
　　3．提出了基于Radon变换的目标主体信号与微动信号的分离方法,首先对回波信号进行时频变换，然后在时频平面上通过Radon变换来分离目标主体信号与微动信号，再通过逆Radon变换得到分离信号的时频分布；针对常见微动信号表现为正弦调频信号的特点，提出了基于时频分析和相关搜索法的正弦调频信号的分离方法，首先在时频域采用时频分析的方法预估计信号的类别和相关参数范围，进而在时域通过相关法搜索参数对多分量正弦调频信号进行分离。
　　4．提出了利用提取时频分析矩阵频率向最大值的峰值提取和最小二乘拟合直线相结合估计目标微动参数的方法，通过该方法有效地估计了加速与振动目标的加速度、振动频率和振动幅度；估计了加速与旋转目标的加速度、旋转角速度及旋转半径；在此基础上，建立了线性旋转刚体目标的微动模型并分析了其产生的微多普勒特征，估计了线性旋转刚体目标的旋转角速度及刚体长度；进而，建立了直升机旋翼目标的微动模型，分析了其产生的微多普勒特征，估计了直升机旋翼旋转角速度、旋翼长度和旋翼叶片数，为对目标进行精确识别奠定了基础。
　　5．针对真假弹头的辨识问题，建立了锥体弹头进动、章动和诱饵目标摆动的微动模型，分析了它们产生的微多普勒特征，比较了弹头的进动、章动和诱饵摆动所具有的不同的微多普勒特征，提出了依据微多普勒特征的差异性对真假弹头进行辨识的方法；针对轮式车和履车带车辆的辨识问题，建立了轮式车和履带车的微动模型，分析了轮式车和履车带车辆产生的微多普勒特征及其差异性，提出了依据微多普勒特征的差异性对轮式车和履车带车辆进行辨识的方法。

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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 需要研究的问题及论文的主要内容

本章参考文献

第二章 微运动模型及微多普勒特征分析

2.1 引言

2.2 微运动及微多普勒特征

2.3 典型微运动模型及微多普勒特征分析

2.4 复合运动模型及微多普勒特征分析

2.5 本章小结

本章参考文献

第三章 微多普勒特征提取方法比较及影响因素分析

3.1 引言

3.2 微多普勒特征提取常用方法及比较

3.3 目标平动速度和加速度对微多普勒特征提取的影响

3.4 雷达参数对微多普勒特征提取的影响

3.5 本章小结

本章参考文献

第四章 目标主体与微动信号及多分量正弦调频信号的分离

4.1 引言

4.2 基于Radon变换的目标主体信号与微动信号的分离

4.3基于时频分析和相关搜索法的正弦调频信号的分离

4.4 本章小结

本章参考文献

第五章 基于微多普勒时频特征的微动参数估计

5.1 引言

5.2 加速和振动复合微动目标特征分析及参数估计

5.3加速和旋转复合微动目标特征分析及参数估计

5.4 线性旋转刚体目标微动分析及参数估计

5.5 直升机旋翼微动特征分析及参数估计

5.6 本章小结

本章参考文献

第六章 基于微多普勒时频特征差异性的两类目标的辨识

6.1 引言

6.2 基于微多普勒特征差异性的真假弹头辨识

6.3基于微多普勒特征差异性的轮式车和履带车辆的辨识

6.4 本章小结

本章参考文献

第七章 结束语

7.1 全文内容总结

7.2 工作展望

致谢

攻读博士学位期间的研究成果