微动目标OFDM雷达回波调制机理分析

 微动目标对雷达回波产生调制,不同的信号形式调制效应也不同.正交频分复用(OFDM)雷达信号同时具有宽带距离分辨和窄带多普勒分辨能力,能更全面深入地揭示微动的调制效应.本文在建立微动散射点目标OFDM雷达回波模型的基础上,从高分辨距离像和微多普勒两个方面推导了微动对OFDM雷达回波的调制机理,并分析了调制效应与雷达参数、微动参数之间的关系,指出OFDM雷达信号结合了线性调频信号与脉冲多普勒雷达信号在微动分析方面的优势,为微动特征提取与目标识别提供了更有利的条件.仿真试验和暗室测量数据分析验证了结论的合理性.     

一种空间微动目标宽带雷达干涉三维成像方法

空间微动目标3维成像在目标特征信息感知方面具有优势,对于实施空间目标成像、分类、识别等任务具有重要现实意义。据此,该文针对L型天线阵列成像系统,提出一种基于改进的粒子群优化的空间微动目标宽带雷达干涉式3维成像方法。首先,分析了目标回波信号的微多普勒特性,建立参数化表征模型。其次,基于所提优化算法重构各天线回波信号的微多普勒相位项,通过对各回波信号相位项的干涉处理,获得干涉相位差,并推导干涉相位差与目标空间坐标的关系,从而重构真实3维坐标,获得微动目标3维图像。相较于已有方法,所提方法基于干涉式成像思想,在无遮挡和有遮挡效应的条件下,均可重构微动目标真实空间坐标和3维图像,并且具有较好的鲁棒性。最后,仿真计算验证了该方法的有效性。     

基于块稀疏的空间碎片群目标成像方法

针对星载雷达空间碎片群目标回波无法分离问题,该文利用回波在距离向表现出的块聚集特性,提出一种基于块稀疏的高分辨ISAR成像方法。基于块稀疏压缩感知理论,通过利用空间碎片群目标特性,抽取出各个碎片的高分辨1维距离像数据,并结合平动补偿和距离多普勒(RD)算法得到各碎片的ISAR像。在小样本条件下,该方法能够有效实现空间碎片的数据分离和高分辨ISAR成像。仿真实验表明,该方法的重构精度以及运算速度均优于非结构类的稀疏ISAR成像方法。     

调制状态下目标超分辨成像研究

给出了一种调制状态下目标的超分辨逆合成孔径雷达成像方法,不仅解决了调制等因素对目标成像的影响,而且还提高了对目标的二维分辨能力.首先,利用复数经验模态分解算法将雷达回波分解,并弃除影响成像的调制成份,同时重构目标刚体回波;其次,利用回归模型和Burg算法对目标回波建模和估计;再次,基于估计的回归模型,对刚体回波的距离向和方位向外推来提高对目标的二维分辨能力;最后,利用经典的距离多普勒算法对目标稳健成像.基于仿真和实测数据,给出了文中方法与其他方法的成像结果.     

最大相关系数准则下的子带域宽带雷达杂波抑制与距离像增强

针对宽带雷达回波存在目标多普勒色散问题,该文提出了一种子带域宽带雷达杂波抑制与目标距离像增强的方法。过采样DFT调制滤波器组将宽带雷达回波分为若干子带,每个子带内的多普勒色散可以忽略,从而可以通过对相参回波序列的加权处理实现杂波抑制和目标回波的增强,然后将各子带的处理结果通过综合滤波器组重构得到增强的目标距离像。以重构距离像与参考距离像的Pearson相关系数最大为准则(MPCC),导出了最优权矢量;最优权矢量与目标距离像有关而无法实现,在高信噪比条件下对其简化得到可实现的最小方差无失真响应(MVDR)权矢量。理论分析和仿真实验证明了该文提出的方法在抑制杂波的同时可实现目标距离像的增强。     

弹道目标高分辨一维距离像运动补偿研究

弹道中段目标运动形式复杂,高速运动的同时伴随自旋、进动、翻滚等微动,该文首先针对弹道目标运动特点,建立了去斜率处理的宽带雷达回波模型,定量分析了高速运动和微动对一维距离像的影响;然后针对高速运动严重影响一维距离像质量的问题,提出了一种新的一维距离像运动补偿方法,该方法将自适应时频变换技术和粒子群优化算法相结合,通过在二维时频平面内跟踪单个散射点的多普勒变化来估计目标速度,从而实现一维距离像运动补偿。仿真实验表明,该方法估计精度高、计算量低、对噪声有很强的鲁棒性,能有效补偿高速运动对弹道目标一维距离像的影响。     

基于ISAL的含旋转部件目标成像及微动特征提取

逆合成孔径激光雷达能实现对目标的高分辨2维成像,但如果目标中包含旋转部件,旋转部件回波带来的微多普勒效应会对目标的成像造成干扰。该文提出一种含旋转部件目标微多普勒特征提取及成像方法,首先利用匹配参考信号的方法对回波信号进行一定程度的非线性补偿,然后通过二值数学形态学方法提取频率-慢时间谱图中微多普勒特征曲线的信息,并利用微多普勒特征曲线的周期性进行曲线分离,实现对目标旋转部件微动参数的快速提取。在此基础上,对主体回波信号和旋转部件回波信号进行分离,完成对目标主体的2维成像。仿真实验验证了该文算法不仅能有效剔除目标旋转部件对逆合成孔径激光雷达成像的干扰,还能通过微多普勒特征的提取为目标识别提供新的途径。     

逆合成孔径激光雷达鸟类目标压缩感知识别方法

鸟类目标的实时探测与准确识别具有重要意义。提出一种基于压缩感知的逆合成孔径激光雷达鸟类目标探测、成像与识别方法。该方法先利用光外差手段和压缩感知采样来大幅降低鸟类目标逆合成孔径激光雷达回波信号距离向上的采样率,再利用时频分析方法来判别鸟类目标运动状态,然后利用压缩感知重构算法来获得鸟类目标高分辨二维像以及利用拟合算法来提取鸟类目标微多普勒特征。结合获得的高分辨二维像和微多普勒特征可共同进行鸟类目标的鉴别和识别。仿真结果验证了文中方法的有效性。     

基于PCA-CLEAN的噪声稳健激光微多普勒特征提取方法

雷达回波中的微多普勒效应能够反映目标的几何结构和运动特性,作为目标独一无二的特征,能够用来实现对目标类别和属性的判断。波长的优势使激光雷达相对于微波雷达具备更好的微多普勒探测精度。针对空中飞机目标(直升机、螺旋桨飞机)回波中微多普勒调制能量较弱,易被噪声污染的问题,提一种基于PCA-CLEAN的噪声稳健激光微多普勒特征提取方法,首先利用PCA对回波信号进行噪声抑制,然后利用CLEAN算法将回波中的机身分量和微动分量区分开,进而提取反映不同目标微动差异的三维特征进行目标分类,基于仿真和实测数据的实验结果表明,所提方法能够获得较好的分类性能,同时在低信噪比条件下能够获得较好的噪声抑制性能。     

一种变步长的微动目标参数高精度提取方法

针对窄带雷达旋翼微动特征参数提取问题,研究了一种变步长的微动目标参数高精度提取方法。首先提取出脉压后旋翼目标所在距离单元内的回波,通过时频分析和骨架提取,对旋翼最大瞬时微多普勒频率进行估计;然后利用最大瞬时微多普勒频率等先验信息,对转速搜索矩阵进行降维处理,将微动目标尺寸参数和转速参数的二维联合估计转化为独立估计,并采用变步长搜索过程实现参数的精确估计;最后,通过能量积累的方法估计出旋翼转速,再进一步提取出目标的尺寸信息。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

微多普勒理论建模与仿真研究

微多普勒被认为是雷达目标的"惟一"特征,"惟一"是指不同的微运动会有不同的微多普勒,从而基于目标微动差异提取相应的微多普勒特征可用于雷达目标识别.在介绍微多普勒相关概念的基础上,建立了刚体目标的一般微动模型及其微多普勒理论模型,并具体研究了锥体弹头和诱饵的微多普勒.最后通过仿真对雷达回波基带信号采用时频分析方法提取出弹头和诱饵的微多普勒特征,从而为真假目标的识别提供了新的依据.     

飞鸟与旋翼无人机雷达微多普勒测量实验研究

针对飞鸟和旋翼无人机目标识别的迫切需求,开展微多普勒测量实验研究. 首先对飞鸟翅膀扑翼运动、无人机目标主体运动和旋翼转动进行建模分析与参数化表征,从雷达动目标回波中提取多普勒频移信息;然后利用短时傅里叶变换转换为时频图,对目标微多普勒特征进行精细化描述,并从雷达参数、目标类型、观测条件等多个角度重点分析了微动特征的影响因素;最后利用K波段线性调频连续波雷达开展飞鸟和两款典型旋翼无人机（“御MAVIC Air 2”和“悟Inspire 2”）微动测量实验,对微动参数进行估计,验证了理论模型的正确性. 实测数据分析表明:目标旋翼叶片长度越大、转速越高,微多普勒频率越大;叶片数目增多导致微动特征重叠;雷达观测角度、调制周期以及时频分析的时间窗长均会对微动特性产生重要影响.     

基于高斯短时分数阶Fourier变换 的海面微动目标检测方法

海上目标随海面颠簸导致姿态变化,引起回波功率调制效应,导致回波多普勒体现时变和非平稳特性.为此,本文将微多普勒理论应用于海杂波中弱目标检测,提出一种基于高斯短时分数阶Fourier变换(GSTFRFT)的海面微动目标检测方法.首先,建立海面目标的平动和三维转动回波模型;然后,基于海尖峰判别方法对回波信号进行数据筛选,改善信杂比,并采用GSTFRFT对微动信号进行增强处理,利用海面目标与海杂波的微动特征差异设计恒虚警检测方法;最后,通过GSTFRFT域滤波,提取信号的微动特征并得到瞬时频率.实测雷达数据仿真结果验证了算法的有效性,具有在强海杂波中检测微弱目标的能力.     

谐振区自旋目标微多普勒效应研究

微多普勒模型建立在散射中心假设基础上,将目标抽象为散射点集,适用范围局限于光学区电磁散射。文中针对谐振区目标微多普勒效应进行研究,利用电磁散射方法对典型几何体的微多普勒进行仿真计算,模拟了典型散射体在典型运动模式下的微多普勒瞬时频谱分布,发现瞬时微多普勒呈现一定频谱分布,与光学区的微多普勒特征呈现本质区别。     

外辐射源雷达直升机旋翼参数估计方法

外辐射源雷达是一种基于第三方非合作照射源的新体制雷达系统,在微多普勒效应目标分类和识别方面具有独特的优势,而其特点也决定了微多普勒效应参数估计方法需要具有良好的抗噪性能且计算量要小。针对上述问题,该文依据外辐射源雷达直升机旋翼微动信号模型,提出了利用时频域中回波闪烁特征进行直升机旋翼参数估计的新思路。通过对时频图中正负频率轴数据的幅值分别进行累加,提取出回波闪烁参数,同时,依据微动信号内在特性构建字典矩阵,利用正交匹配追踪算法实现了叶片长度、叶片数量、旋翼转速等参数的估计,相比常规Hough变换参数估计方法,该文方法更准确,更迅速。仿真和实测证明了该文方法的有效性。      

雷达微多普勒特征提取和目标识别研究现状

自从雷达目标微多普勒现象被发现以来,雷达目标的微动特性在雷达目标探测与识别中受到越来越多的关注,对目标微动特性的测量和分析正在成为当前目标探测与识别领域的新兴研究方向。文中主要介绍了目标微动和微多普勒效应的概念,比较分析了目前目标微动的测量与分析处理技术,并且着重从几个方面分别介绍了目前微动特征提取的应用现状,接着就目前较常用的几种微多普勒目标识别分类器的识别率进行了比较和分析,最后对目标微动特性研究的发展趋势和技术难点进行了预测和总结。     

基于循环谱的外辐射源无人机微动特征检测

为了降低无人机微多普勒特征信号检测难度,提出了一种基于无源雷达与循环谱相结合的微多普勒特征检测算法。首先,建立基于数字电视地面广播(Digital Terrestrial Multimedia Broadcast,DTMB)的无源雷达回波信号模型,分析各成分信号的循环谱,并提取循环谱的等高图获得二维特征信息;然后,将无人机旋翼对DTMB信号的微动调制作为检测目标,在此基础上进行循环谱检测和理论仿真。该算法在不进行复杂的杂波抑制的前提下直接对接收信号做循环平稳处理,实测结果验证了该算法能较准确地检测到无人机的微多普勒特征。     

基于AM-LFM分解的微动信号提取

该文针对微多普勒信号与目标主体回波信号分离的问题,分析了包含微动结构的雷达回波模型,指出目标主体信号分量多普勒频率是固定的,而微多普勒信号的多普勒频率是时变的,且可用分段的线性调频信号拟合。在此基础上,提出了一种基于调幅-线性调频(AM-LFM)分解的微动信号分离算法,该算法根据调频率来判定各调幅-线性调频分量的对应结构,实现微多普勒信号提取。仿真及实测数据处理结果验证了算法的有效性。     

Duffing振子在低信噪比雷达目标微动特征提取中的应用

雷达目标部件的旋转运动引起的微多普勒效应为目标精确识别提供了新的技术途径,近年来获得了广泛研究。该文以含旋转部件目标为例,提出了一种利用Duffing振子在低信噪比条件下提取雷达目标微动特征的方法。由于经参考信号共轭相乘后的旋转散射点回波信号是由多个正弦分量组成的,因此采用Duffing振子系统对回波信号中的正弦分量进行检测,并对该正弦分量频率所对应的距离单元在距离-慢时间平面上进行能量增强,最后结合Hough变换完成对雷达目标微动特征的提取。仿真实验验证了该方法的有效性。     

高速目标雷达微多普勒特征提取

目标组成部件的机械振动或旋转(微运动动力学)会在目标的雷达回波上产生频率调制,人们将由振动或旋转产生的调制称为微多普勒现象。微多普勒特征可以被认为是运动物体的独特现象,能够提供用于目标分类识别的附加信息。文中关注高速目标的微多普勒特征提取,讨论了高速带来的距离走动补偿、平动多普勒位移校正、雷达信号条件和微多普勒特征提取方法,仿真了一种高速目标微多普勒分析方法,仿真结果验证了该方法的有效性。