【摘要】：研究和開發(fā)高速、加速運動目標(biāo)的雷達(dá)檢測技術(shù)以及微動目標(biāo)雷達(dá)特征提取技術(shù)，對提高雷達(dá)性能、擴展雷達(dá)功能具有重要意義。高速、加速目標(biāo)產(chǎn)生的距離徙動和多普勒頻率徙動，給雷達(dá)探測帶來了新的挑戰(zhàn)，必須在目標(biāo)檢測前進(jìn)行相應(yīng)的徙動補償。目標(biāo)在運動過程中復(fù)雜的姿態(tài)變化，如擺動、旋轉(zhuǎn)、進(jìn)動等微動，更加提高了雷達(dá)檢測的難度。然而由微動產(chǎn)生的微多普勒也因其“唯一性”，為其目標(biāo)識別提供了一種新的途徑。本文在相關(guān)科研項目支持下，主要圍繞窄帶線性調(diào)頻脈沖體制雷達(dá)，對高速、加速目標(biāo)的相參積累檢測算法、目標(biāo)微多普勒時頻特征提取算法等關(guān)鍵技術(shù)難題進(jìn)行了深入的研究。具體研究內(nèi)容如下： 1、首先對導(dǎo)彈、彈丸等高速目標(biāo)運動軌跡及回波信號進(jìn)行了建模；其次，分析了距離徙動和多普勒頻率徙動與雷達(dá)參數(shù)、目標(biāo)參數(shù)之間的關(guān)系，并就徙動對分辨率和積累增益的影響給出了定量分析，數(shù)值仿真表明當(dāng)距離徙動或多普勒頻率徙動跨越兩個以上分辨單元時，回波積累增益損失在3dB以上，積累檢測前需要進(jìn)行相應(yīng)的徙動補償。相關(guān)結(jié)論可為雷達(dá)探測高速、加速運動目標(biāo)的研究提供理論幫助，為適時選取合理的徙動補償算法提供指導(dǎo)。 2、針對高速目標(biāo)出現(xiàn)的距離徙動問題，給出了距離徙動補償算法的三種結(jié)構(gòu)，通過分析包絡(luò)移位算法的優(yōu)勢與不足，提出了一種基于包絡(luò)移位和變標(biāo)處理的距離徙動補償算法：利用包絡(luò)移位算法獲得目標(biāo)速度的粗估計值，在此基礎(chǔ)上利用變標(biāo)處理算法獲得速度的精估計值，兩者結(jié)合可降低算法運算量，提高算法的檢測性能。另外，在較高信噪比條件下，考慮實際工程對算法實時性的嚴(yán)格要求，提出了一種基于并行霍夫變換的高速目標(biāo)檢測算法，對回波矩陣進(jìn)行子矩陣分解，分段霍夫變換處理后利用疊加原理實現(xiàn)整個回波矩陣的霍夫變換，該方法可采用數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)并行處理，能減小運算時間，同時分解子矩陣的任意組合，可提高算法的局部抗干擾性能。最后，通過仿真分析，驗證了所提算法的性能改善。 3、針對加速目標(biāo)出現(xiàn)的多普勒頻率徙動問題，在分析離散多項式相位變換（DPT）和分?jǐn)?shù)階傅立葉變換（FRFT）算法的基礎(chǔ)上，首先提出了一種基于DPT和FRFT結(jié)合的LFM信號檢測算法：由改進(jìn)的DPT算法獲得調(diào)頻率參數(shù)的粗估計值，然后在此基礎(chǔ)上由FRFT算法完成調(diào)頻率參數(shù)的快速搜索和精確估計，兩者結(jié)合可提高算法的運算效率和檢測性能。在較高信噪比情況下該方法估計性能接近克拉美羅（Cramer-Rao）下界，但當(dāng)輸入信噪比較低時，檢測性能將下降。為此，提出了一種基于分段DPT（SDPT）的LFM信號檢測算法，對輸入信號進(jìn)行分段相參積累后，再在段間進(jìn)行DPT或FRFT處理。理論和仿真分析表明該算法的運算量較小，且在低信噪比下的檢測性能高于DPT與DPT-FRFT方法，有利于提高雷達(dá)對微弱加速目標(biāo)的檢測性能。其次，針對高速、加速目標(biāo)，給出了距離徙動、多普勒頻率徙動共存時的聯(lián)合徙動補償方法，在滿足目標(biāo)檢測性能的同時，減少了復(fù)乘運算量。最后，給出了基于“多活性代理”理論思想的高速、加速目標(biāo)多幀信號檢測方法，并通過實測數(shù)據(jù)驗證了該方法的有效性和穩(wěn)健性。 4、首先，建立了彈丸、直升機等目標(biāo)的微動模型，并給出了不同微動特征下的微多普勒頻率數(shù)學(xué)表達(dá)式。其次，分析了兩種經(jīng)典的微多普勒時頻分析方法，，發(fā)現(xiàn)基于魏格納-威爾分布（WVD）的分析方法由于自相關(guān)函數(shù)交叉項而影響了其時頻分析的效果；而基于短時傅立葉變換（STFT）的時頻分析方法，雖不受交叉項影響，但不能同時獲得時間域和頻率域的高分辨率。為此，采用了基于短時分?jǐn)?shù)階傅立葉變換（STFRFT）的時頻分析方法，并給出一種STFRFT時頻分辨率的數(shù)學(xué)計算表達(dá)式，有利于時頻分辨率的量化比較。其次，考慮實際中微動目標(biāo)常含有多個微動分量，提出了一種多階次STFRFT方法進(jìn)行微多普勒信號時頻分析的算法，通過多階次匹配，完成多微動分量信號的時頻曲線擬合，提高了微動頻率估計精度。最后，通過仿真實驗驗證了所提算法的有效性及優(yōu)越性。 5、搭建試驗系統(tǒng)，利用實測數(shù)據(jù)分析算法性能。首先，對2、3中所提徙動補償算法性能進(jìn)行驗證。實測數(shù)據(jù)表明：對民航機、某火箭彈數(shù)據(jù)進(jìn)行徙動補償后，信噪比較動目標(biāo)檢測（MTD）方法分別提高約5dB、11dB；針對兩種不同口徑的榴彈炮彈丸數(shù)據(jù)分別進(jìn)行聯(lián)合徙動補償后，信噪比較MTD方法最高提高約5dB。其次，驗證采用4中所提時頻分析算法對目標(biāo)微動特征進(jìn)行提取的有效性。實測數(shù)據(jù)表明：針對榴彈炮、迫擊炮、火箭彈三種目標(biāo)的彈丸，提取到的微動特征可實現(xiàn)對不同彈丸的初步分類；針對直升機和風(fēng)扇實測數(shù)據(jù)，提取到的微動特征可幫助確定目標(biāo)的葉片個數(shù)，并完成其旋轉(zhuǎn)頻率的估計。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN957.51

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2382645