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...     

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。

     

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。      

外辐射源雷达目标旋转部件微动参数估计

大多数飞机目标具有旋转部件, 对其微动参数进行估计可为雷达目标分类识别提供重要信息.外辐射源雷达因其体制上的特点, 在微多普勒效应探测及其利用等方面具有独特优势.文中结合压缩感知理论提出了一种目标旋转部件微动参数估计新方法, 该方法基于微多普勒信号内在特性来构造字典矩阵, 将常规的微动参数估计问题转化为稀疏信号恢复问题.仿真与实测数据处理结果验证了所提方法的有效性和鲁棒性.     

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。     

基于多普勒与微多普勒联合利用的弱小目标检测与估计方法

近年来,无人机(UAVs)等低慢小目标对现有低空空域管理带来了巨大挑战。这类目标由于其飞行高度低、飞行速度慢及雷达散射截面(RCS)面积小,导致其回波信噪比(SNR)低,传统基于目标多普勒信息的检测估计方法检测概率低,参数估计不准确。对于无人机类低慢小目标的检测估计,除了可以利用目标径向运动产生的多普勒信息外,还可以利用目标微动部件产生的微多普勒信息,通过有效聚集因微动而分散在多个多普勒单元格内的能量,可望实现目标信噪比的提升。该文针对旋翼类低慢小目标,充分挖掘目标回波中蕴含的多普勒信息和微多普勒信息,在随机集框架下对旋翼无人机目标的多普勒和微多普勒信息进行联合建模,提出一种基于(CBMeMBer)滤波器的多普勒和微多普勒联合检测估计方法,利用贝叶斯估计实现了目标多普勒信息和微多普勒信息的有效积累和融合利用,可以提高雷达低慢小目标的检测估计性能。仿真试验表明,该方法可实现对旋翼无人机目标的稳定检测与状态估计,相比于仅利用目标多普勒信息的传统检测方法,检测灵敏度提高了2 dB。     

OFD-LFM MIMO雷达中旋转目标微多普勒效应分析及三维微动特征提取

该文将微多普勒效应引入到多输入多输出(MIMO)雷达技术研究,以旋转运动目标为例,分析了雷达辐射正交频分线性调频信号(OFD-LFM)时目标的微多普勒效应,给出了其参数化表达。在此基础上,进一步将微多普勒理论从目前的雷达视线方向上的微动分量提取扩展到微动部件3维运动和结构特征提取,利用MIMO雷达的多视角特性,提出了构建多元非线性方程组求解旋转部件的3维运动参数的算法,实现了目标3维微动特征的提取。仿真实验验证了算法的有效性和鲁棒性。     

小型无人机雷达特征与分类技术研究

为实现小型无人机目标识别,将雷达技术应用于探测与对抗无人机。首先从目标散射特性方面调研,研究结果表明微小无人机后向散射截面通常与鸟类、昆虫等类似,导致雷达虚警率较高。然后,从无人机回波分析研究,微多普勒信号具备判别飞行目标的可分性。比较多种微多普勒特征提取技术和分类技术,表明利用倒谱、矩阵分解以及多尺度分析能够提高特征精度。另外,为获得表征无人机旋翼部件的微多普勒信号,雷达系统需要解决目标跨波束、跨距离速度单元等问题。     

基于双通道GoogLeNet网络的旋翼无人机分类

针对利用雷达微多普勒效应的旋翼无人机识别问题,提出了一种基于双通道GoogLeNet网络的分类识别方法。首先对旋翼无人机的回波信号进行短时傅里叶变换（Short-Time Fourier Transform,STFT）从而获得信号时频谱,对时频谱沿时间轴进行傅里叶变换得到节奏速度图（Cadence-Velocity Diagram,CVD）。然后将时频图和CVD作为双通道GoogLeNet网络的输入进行特征提取用以获得回波信号的时频域和节奏速度域的特征,最后将所获得的特征输入到Softmax分类器中进而实现旋翼无人机的分类识别。基于实际雷达数据的实验结果表明,所提旋翼无人机分类方法准确率可达到98.9%。     

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...     

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。     

基于逆Radon变换的微动目标重构研究

目标微动对雷达回波的调制效应包括微多普勒调制、高分辨像调制和RCS调制等。根据单频和线性调频信号下典型微动目标的电磁回波模型,分析了微动在单频回波和高分辨距离像上的调制特性,在研究了微动目标的微多普勒时频图以及距离像-时间序列图的调制规律后,提出了基于逆Radon变换重构微动目标二维强散射中心分布的方法,对于微动目标利用回波高分辨距离像序列和时频分布图实现了目标二维重构,通过对仿真实验和暗室测量数据实验验证了该方法的可行性和有效性。     

线性调频步进信号雷达微动目标成像方法

旋转和振动是最常见的微动形式.目标微动会产生微多普勒效应,微多普勒特征对于目标识别与分类具有重要意义.微多普勒的存在使得目标主体的ISAR像受到污染,严重时无法识别.微多普勒对雷达分辨率极其敏感,因此宽带信号下的微多普勒研究十分必要.在线性调频步进信号体制下,引入相消处理的思想,在精分辨谱图域分离并提取微动目标的微多普勒信息,得到较为清晰的目标ISAR像,仿真验证了方法的有效性.     

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.     

卡车目标遮挡效应建模及微多普勒特征分析

微多普勒是微动目标独特的特征,车轮旋转的微多普勒是卡车目标的重要特征,可为卡车的识别研究提供依据。首先基于散射点模型,结合卡车和雷达的位置关系,采用画家算法对卡车进行遮挡效应建模;其次,建立了卡车微动模型,分析了卡车运动时非旋转散射点多普勒及轮毂旋转散射点微多普勒随方位角、掠地角、速度和加速度的变化规律,为卡车微多普勒特征提取及识别研究打下基础。仿真验证了该方法的有效性和理论分析的正确性。     

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...     

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。