基于时频集中度指标的多旋翼无人机微动特征参数估计方法

无人机旋翼转动产生的微多普勒调制能够反映此类目标的微动特性,准确估计无人机旋翼长度、转动频率对于无人机的检测与识别具有重要意义。该文针对调频连续波体制雷达,提出一种基于时频集中度指标(CTF)的多旋翼无人机微动特征参数估计方法,推导了无人机旋翼微动特征参数与微多普勒分量信号参数之间的映射关系,在时频旋转域基于时频集中度指标,提高了各微动分量的区分度,相比于传统方法,提高了多分量微多普勒信号的参数估计精度,在低信噪比环境下也具有很好的鲁棒性。通过仿真和实际场景实验验证了方法的有效性。     

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。     

弹道导弹微动特征参数随雷达回波信噪比的变化特性

雷达目标识别是弹道导弹防御系统中的关键技术,利用导弹目标产生的雷达微多普勒频率进行目标判定是先进的目标识别方法之一。在进行弹道导弹的微动特征参数提取时,雷达回波的信噪比将会对其有不同程度的影响,严重时可能无法实现参数提取。在建立弹道导弹弹头运动模型和基于时频分析法的微多普勒特征参数提取方法的基础上,通过不同雷达回波信噪比下弹道导弹微多普勒特征参数提取的仿真,获得了微动特征参数随信噪比的变化特性。仿真结果表明:基于微多普勒的弹道导弹微动特征参数提取效果随着雷达信噪比而提高;只要雷达信噪比大于5,则都可较好地实现微动特征参数的有效提取。     

太赫兹雷达直升机旋翼目标微动特性研究

直升机旋翼微动形成的微多普勒特征对于战场环境下直升机目标探测识别具有重要意义,掌握直升机旋翼的微动特性是雷达目标辨识的前提。太赫兹雷达波长短,多普勒效应显著,迫切需要掌握太赫兹频段旋翼目标微动特性。首先对偶数叶片和奇数叶片的螺旋桨目标进行建模,分别使用微波波段(3 GHz)与太赫兹波段(120 GHz,220 GHz)雷达对目标进行仿真分析,并从目标的回波信号特征出发提取多普勒频移信息,利用短时傅里叶变换进行时频分析,对比分析目标与雷达参数对其多普勒效应的影响及调制关系。仿真结果表明：在转速、视角以及直升机叶片长度均相同的情况下,太赫兹频段下的微多普勒效应比微波频段显著增强,多普勒曲线也更加清晰,叶片细节更加丰富。应用太赫兹雷达提取微多普勒信息能够为直升机目标识别提供重要特征。     

基于PC-OFDM信号外辐射源雷达的低空旋翼目标微动特征提取

相位编码频分复用(PC-OFDM)信号最早应用于通信系统,同时作为外辐射源雷达信号具有低截获、抗干扰、波形灵活等优点,是现有民用外辐射源信号的有效补充.提出将PC-OFDM信号作为外辐射源雷达信号,进而实现低空旋翼目标微动特征的有效提取.基于PC-OFDM信号,建立了低空旋翼目标双基雷达微动回波模型,推导了微多普勒的参数化表达;针对低信噪比条件下微多普勒参数提取困难问题,提出了基于随机共振的低空目标微动特征提取方法.仿真验证了所提方法的可行性和稳健性.     

WLFMCW雷达旋翼转速快速估计方法

针对用于脉冲体制雷达的旋翼转速估计方法不能完全应用至宽带线性调频连续波(WLFMCW)的问题,提出了一种基于WLFMCW的直升机旋翼转速快速估计方法。首先,建立了WLFMCW旋翼目标回波模型,并对回波特点进行了分析。然后,在微动特征骨架曲线上通过搜索相邻峰值的相位差来计算图像周期。最后,基于图像最小熵原理,对旋翼叶片搜索成像并估计出旋翼叶片个数,通过图像周期、旋翼叶片个数、旋翼转速三者的关系估计出旋翼转速。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于闪烁现象的旋翼微动特征提取方法

针对窄带雷达旋翼微动特征参数提取问题,研究了一种基于闪烁现象的旋翼微动特征提取方法。首先通过自相关处理估计出旋翼目标回波的闪烁周期,并利用闪烁周期与叶片数的关系估计得到多种可能的转速,其次通过时频分析及骨架提取方法,判断叶片的奇偶数及估计旋翼目标的最大微多普勒频率,并利用先验区间对估计值进行初步筛选,最后在保持与原始信号中噪声功率相同情况下,利用估计值对回波信号进行重构,从能量差异的角度对估计值进行第二次筛选,将原始信号能量与重构信号能量最接近的估计值输出作为最终的估计值。仿真结果验证了本文方法的可行性和有效性。     

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。      

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RSP-CFD方法的小型旋翼无人机微动特征提取

准确地估计小型旋翼无人机的微动参数对无人机的识别具有重要意义,针对小型旋翼无人机弱微动特征的提取问题,本文提出了 RSP-CFD(Reassigned Spectrogram-Cadence Frequency Diagram,RSP-CFD) 的特征提取方法。首先采用高分辨时频分析方法RSP分析旋翼无人机的微动特性,其次在 RSP 的基础上利 用CFD方法提取旋翼无人机的微动特征,最后通过极大值参数估计方法实现对旋翼转速、叶片长度的估计。 结果表明 RSP-CFD 方法对旋翼无人机微动特征的提取具有较高的准确性,弥补了传统方法的不足,进而为旋翼无人机的分类提供理论基础和技术支撑。      

太赫兹双频雷达目标微动特征提取仿真

基于双频太赫兹回旋管设计了双频太赫兹雷达,针对振动、转动、翻滚运动目标建立了包含微多普勒信息的目标回波模型,采用时频分析方法开展了微动特征仿真计算.通过仿真结果可以看出,0.11 THz雷达和0.22 THz雷达对于振动、旋转、翻滚的微动特征都有厘米级的探测能力.在较强噪声条件下,通过自功率谱时频分析,可以抑制噪声,提...     

New EM parameter estimation algorithm for a type of micro-motion SFM signal

Aiming at the problem that the existing method has high computational complexity and high SNR,a novel method of multi-component SFM signals parameter estimation based on EM algorithm was proposed as to spinning tar-get's narrow band micro-motion echoes.The echo model of spinning target and its micro-doppler measurements based on time-frequency analysis were given.The iterative parameter estimation steps based on Gaussian mixture model and EM algorithm to measurements were established.The simulation results demonstrate that when SNR is greater than -3 dB and the SFM components are equal or greater than 2,the method can estimate the target’s micro-motion parameters e.g.projection size accurately in narrow band condition.     

典型复杂微动目标的建模和检测

针对战场典型复杂微动目标的检测问题,提出了一种基于能量聚焦的微动目标检测方法。首先对3种复杂微动目标雷达回波的微多普勒特性进行了建模和仿真,分析了回波多普勒的频域和时频域特性,提取了雷达回波多普勒时频分析数据的能量聚焦特性,并提出了一种基于能量聚焦的广义似然比微动目标检测器。数值仿真表明,在不同的信噪比和虚警概率条件下,该检测器均可实现对3种复杂微动目标的有效检测。     

一种检测悬停直升机的新方法

首先对直升机旋翼的雷达回波进行建模和分析,在此基础上提出一种悬停直升机积累检测新方法即低通滤波和多级假设检验相结合的方法。理论分析和仿真实验表明,该方法简单实用,可以解决低信噪比情况下机载相控阵雷达对悬停典型直升机的检测问题。     

基于双频连续波的微摄动目标探测算法

针对穿墙雷达在灾难救援方面的应用,提出了基于双频连续波体制雷达对诸如废墟下由于呼吸引起轻微起伏波动的人体等微摄动目标进行探测的新方法。首先根据目标特点,将目标回波建立成正弦调频回波模型,并对其进行分析;然后提出FFT比相法测距算法,检测出废墟下人体目标到探测雷达的距离;接着通过将两个通道信号互相关,在低信噪比环境下检测出有生命目标(废墟下人体)的呼吸频率,实现对有生命体目标的探测。通过仿真实验,验证了该方法的可行性。并且该方法也可运用于对其他微摄动目标的探测。     

基于Hough变换改进的悬停直升机检测方法

基于Hough变换的悬停直升机常规检测方法,要求直升机主旋翼多个扫描周期的回波经过排列后严格位于同一直线上,而实际中直升机主旋翼旋转频率存在抖动,不能满足这一条件。文中通过对主旋翼旋转频率抖动的分析和建模,提出了一种改进的悬停直升机Hough变换检测方法。理论分析和仿真实验表明,该方法相对改进前的方法可以有效克服直升机主旋翼旋转频率抖动对检测性能的影响。