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。      

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。     

闪烁现象下基于微动补偿的旋转叶片参数估计方法

目标旋转叶片的微动特征对雷达目标识别有重要意义,但当雷达回波中存在强闪烁现象时难以测量微动参数。针对此问题,提出了一种调频连续毫米波雷达在闪烁现象下的微动补偿参数估计方法。首先建立了调频连续波雷达的旋转散射点回波模型,由线积分得到旋转叶片雷达基带回波信号的解析形式,分析了闪烁现象产生机理和特征。然后,考虑到回波信号所具有的周期性脉冲特征,构造了基于周期脉冲模型的微动参数补偿算子对回波信号进行参数补偿。最后,检测补偿后信号能量峰值完成了旋转叶片微动参数的估计。仿真和实测数据的实验结果表明,所提方法在强闪烁现象下对旋转叶片的旋转频率、旋转长度和初始旋转角具有较高的参数估计精度。     

低信噪比条件下直升机微动特征提取方法

直升机旋翼转动产生的微多普勒调制能够反映其微动特性,准确估计出目标的叶片数量、旋翼长度和转动频率对直升机的识别具有重要意义。本文针对窄带脉冲体制雷达,提出一种低信噪比条件下的旋翼直升机微动特征快速高精度提取方法,推导了微动特征参数之间的内在联系,在时频域通过对时频图幅值进行积累获取目标闪烁参数,并将其作为先验信息对稀疏字典进行降维处理,降低正交匹配追踪算法的运算量,提高了微动特征参数的估计精度,在低信噪比条件下具有较好的鲁棒性,仿真和实验结果验证了方法的有效性。     

基于相干化处理的步进频率ISAR成像算法研究

在步进频率高分辨ISAR成像中,传统的参数估计方法往往不能准确地估计出运动目标的速度和加速度值,其补偿后存在的相位误差对宽带合成ISAR图像有较大的影响。因此,该文提出了一种基于相邻相关法和相位相干化的步进频率高分辨ISAR成像技术,即通过相邻相关法估计运动目标的径向运动参数,在对回波数据包络进行补偿后,利用相位相干化对各子脉冲的相位误差进行校正,再利用频带拼接技术获取目标的合成高分辨1维距离像。之后,利用RD算法实现目标的高分辨ISAR成像。该方法具有精确相位误差补偿精度和高运算效率的优点。仿真和实测数据验证了该方法的有效性。     

基于自相关-倒谱联合分析的无人机旋翼转动频率估计方法

准确估计无人机旋翼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雷达的无人机目标回波模型,提出一种自相关-倒谱联合分析的无人机旋翼转动频率估计方法,推导了无人机旋翼转动频率与雷达回波倒谱输出中周期性时延的映射关系,通过加权均衡能够更有效地估计多旋翼无人机旋翼转动频率,弥补了传统方法的不足。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。     

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.     

一种旋翼叶片微动特征提取新方法

利用旋翼目标的旋转运动引起的微多普勒效应,实现目标微动特征的准确提取,可为目标的精确识别提供重要依据。该文以旋翼叶片为例,提出一种基于自相关函数和图像域的微动特征快速提取方法。首先基于目标的回波信号的周期性,利用回波自相关函数的图像峰值位置与目标旋转频率的关系,实现旋转频率的快速提取。然后在图像域提取目标微多普勒特征的边缘信息,通过边缘信息获得叶片散射点位置和初相信息。仿真结果验证了该方法的有效性。     

MDI训练样本集构建对雷达探测旋翼无人机分类的影响分析

利用卷积神经网络对目标微多普勒特征进行深度学习是目前雷达探测无人机分类的重要手段.实际应用中,无人机参数如叶片转速、叶片长度、叶片初始相位、无人机方位角、无人机俯仰角、无人机径向速度等参数变化大,导致训练样本变化大.该文分析训练样本集对旋翼无人机分类结果的影响.首先建立单旋翼无人直升机、四旋翼无人机和六旋翼无人机雷达回...     

毫米波雷达旋翼回波的多普勒调制效应研究

在毫米波雷达体制下,针对直升机旋翼旋转对雷达波的多普勒调制效应进行了研究,引入旋翼面模型并推导了旋翼回波公式,并对根据面模型仿真的旋翼回波信号的时频域特性进行了分析.结果表明,旋翼回波可等价地看作由旋翼中心点绕转轴旋转所得回波为载频,其幅度包络是旋翼中线旋转包络与旋翼底边旋转包络的乘积.与线模型仿真结果比较,主闪烁脉冲幅度大大消弱,在主闪烁脉冲之间出现了幅度较小的闪烁脉冲.     

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。     

毫米波雷达对直升机旋翼回波检测研究

 针对毫米波雷达直升机旋翼回波信号能量低以至检测困难的问题,本文根据旋翼回波数学模型分析了旋翼回波、地杂波和目标杂波的时域及频域特性,提出频域杂波滤除后时域检测的思路.针对直升机识别应用的现状,提出通过旋翼回波恒虚警检测保证直升机检测和识别结果信度的思想,研究了频域杂波滤除后杂波剩余和噪声的统计分布,引入滑窗检测将观测向量分为检测单元和杂波干扰参考单元以完成旋翼回波的恒虚警检测.仿真结果表明杂波滤除方法可以有效滤除地杂波和目标杂波,提高检测时的旋翼回波信杂噪比.本文设计的旋翼回波时域检测器可以在信杂噪比较低的情况下完成旋翼回波检测.     

基于多频段DVB-T信号的无源ISAR成像研究

利用多频段地面数字电视广播信号作为外辐射源,进行了无源逆合成孔径雷达成像算法研究。通过获取非相邻通道的信号,巧妙地扩展了信号频带,使之频带宽度足够宽而能在成像中获得足够高的分辨率。在传统的雷达成像方法中需要花大力气做回波的距离对准和相位对准的运动补偿。文中提出利用时频分析的方法,避免复杂的运动补偿,只要在距离向上对准,多普勒即可认为是非时变的,这在很大程度上减少对运动补偿的依赖,使目标在做较为复杂的运动时也能得到清晰的成像结果。并且,针对噪声较大的情况下的成像,在短时傅里叶变换(STFT)的时频分析法成像的基础上,利用CLEAN算法,通过对图像的解卷积滤波,去掉噪声带来的干扰,提取出散射点的位置信息。对比一般的成像算法,仿真实验表明,文中提出的STFT+CLEAN算法的成像结果更为清晰准确。     

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。     

Calculation and analysis of electromagnetic scattering by helicopter rotating blades

This paper describes an application of physical optics and the method of equivalent currents to the calculation of radar cross section (RCS) of a helicopter rotor. The problem is treated using a quasi-stationary approach. The calculation can be parameterized as a function of the locations of the radar transmitter and receiver in relation to the rotor center. Therefore, this offers the possibility of monostatic and bistatic simulations in the far field and near field. Blade geometry is taken into account using a triangular meshing generated by the I-DEAS meshing software. Digital applications are presented and the effects on the RCS spectrum of incidence, frequency, blade number, and the near field are analyzed.     

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...     

典型旋翼形状参数微多普勒激光探测计算方法

为实现旋翼的遥感探测分类与识别，对基于微多普勒效应的扩展旋翼面目标激光回波特征开展研究。采用物理光学面元法构建了运动扩展旋翼的相干激光探测微多普勒回波模型，分析计算了旋翼激光角度散射特性，证明远场条件下旋翼各处回波反射率一致。对三种典型形状旋翼的激光探测回波进行了仿真，通过平滑伪魏格纳维利（SPWV）变换得到了扩展旋翼的时频特征。电磁散射机理证实各频率带的产生与旋翼结构形状相关，且桨叶数量以及整体平动速度并不影响旋翼形状在时频图中的特征表达。据此提出了旋翼形状参数的激光探测求解方法，通过仿真验证了展弦比、根梢比以及桨尖后掠角三种参数算法的正确性，为后续的旋翼探测识别奠定了基础。