【摘要】：雷達(dá)自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別(Radar Automatic Target Recognition,RATR)能通過雷達(dá)回波信號(hào)確定目標(biāo)屬性,能全天時(shí)、全天候地獲取目標(biāo)類別、型號(hào)等信息,在眾多領(lǐng)域被廣泛使用。當(dāng)雷達(dá)照射運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí),目標(biāo)除質(zhì)心平動(dòng)外,其重要部件往往還存在旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)等復(fù)雜的微運(yùn)動(dòng)形式。這些微運(yùn)動(dòng)將會(huì)對(duì)目標(biāo)的回波信號(hào)產(chǎn)生頻率調(diào)制,致使多普勒譜邊緣出現(xiàn)邊帶,此即為微多普勒效應(yīng)。由于目標(biāo)具有的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)形式將會(huì)對(duì)RATR性能造成嚴(yán)重的影響,RATR系統(tǒng)迫切需要進(jìn)一步提升目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)精細(xì)描述的能力,因此運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的微多普勒特征分析成為了一種最為有效的途徑。為此,本文圍繞微動(dòng)目標(biāo)微多普勒特征的提取和分析等問題展開研究和討論,主要工作包含以下幾個(gè)方面:1.以運(yùn)動(dòng)目標(biāo)電磁散射特性為切入點(diǎn),建立運(yùn)動(dòng)目標(biāo)雷達(dá)回波模型,并進(jìn)一步得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的時(shí)變多普勒理論模型。利用振動(dòng)與旋轉(zhuǎn)兩種常見微運(yùn)動(dòng)與雷達(dá)平臺(tái)間的幾何關(guān)系,通過數(shù)學(xué)建模的方式建立微多普勒頻率的理論表達(dá)式,并分析微動(dòng)參數(shù)對(duì)微多普勒頻率的影響,建立了目標(biāo)微運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與其微多普勒特征的對(duì)應(yīng)關(guān)系。2.分析了線性時(shí)頻表示、雙線性時(shí)頻分布、自適應(yīng)時(shí)頻分布和小波分解類時(shí)頻分析四大類主要的時(shí)頻分析方法并簡(jiǎn)單介紹了其在微多普勒特征提取中的應(yīng)用。通過仿真實(shí)驗(yàn)定性地分析各類時(shí)頻方法的優(yōu)缺點(diǎn),同時(shí)還選取均方根誤差(Root Mean Square Error,RMSE)定量地評(píng)價(jià)各類時(shí)頻算法的性能。3.利用時(shí)頻分析技術(shù),針對(duì)海面漂浮浮標(biāo)、四旋翼無(wú)人機(jī)葉片和雷達(dá)天線三類典型目標(biāo)的復(fù)雜微運(yùn)動(dòng)所引起的微多普勒特征進(jìn)行分析。從非線性動(dòng)力學(xué)建模入手,利用散射點(diǎn)模型建立微動(dòng)目標(biāo)后向散射RCS模型,從而建立其微動(dòng)目標(biāo)雷達(dá)回波信號(hào)模型,最后應(yīng)用時(shí)頻分析技術(shù)分析了這三類不同微動(dòng)目標(biāo)的微多普勒特征。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN957.51
【圖文】：

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文34圖3.4 固定頻率的調(diào)頻信號(hào)參考時(shí)頻分布圖 3.5 是運(yùn)用了高斯窗、Hanning 窗和 Kaiser-Bessel 窗對(duì)固定頻率的調(diào)頻信號(hào)截取后的 STFT 結(jié)果。圖 3.5 中的三種窗函數(shù)的 STFT 均展示出三條清晰的直線結(jié)構(gòu)。同時(shí)，依賴于 STFT 的線性可加特性，時(shí)頻分布圖畫面清晰，三個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的直線特征間并不存在交叉項(xiàng)干擾的情況。然而，與圖 3.4 中的參考分布相比，STFT 的時(shí)間和頻率分辨率相對(duì)較差，而以時(shí)間分辨率尤甚。圖 3.5 中 STFT 沿時(shí)間軸方向上的時(shí)頻能量分布較為模糊，很難分辨某一時(shí)刻的時(shí)頻能量。這是由于 STFT 滿足 WernerHeisenberg 測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系，當(dāng)頻率分辨率較高時(shí)，時(shí)間分辨率則會(huì)相應(yīng)降低。圖 3.6 中反應(yīng)了 Kaiser- Bessel 窗函數(shù)的寬度對(duì) STFT 的影響

而時(shí)間分辨率較差，導(dǎo)致信號(hào)時(shí)頻能量的強(qiáng)弱在時(shí)間上的變化很難被準(zhǔn)確表現(xiàn)。(a) 高斯窗 (b) Hanning 窗 (c) Kaiser-Bessel 窗圖3.5 固定頻率的調(diào)頻信號(hào) STFT 時(shí)頻圖

(a) 65 點(diǎn) (b) 257 點(diǎn)圖3.6 Kaiser-Bessel 窗寬對(duì) STFT 的影響圖3.7 固定頻率的調(diào)頻信號(hào) CWT 時(shí)頻圖圖 3.7 中 CWT 充分展現(xiàn)了其多尺度分析的特點(diǎn)，CWT 分布中表現(xiàn)出了核函數(shù)通帶寬度逐漸變化的過程。在頻率較低處，窗函數(shù)表現(xiàn)為窗寬較寬高度較矮的低頻窗的

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