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基于高分辨一维距离像的雷达目标识别

谢芳平  
【摘要】:雷达目标识别(RTI-radar target identification)是现代雷达的一个十分重要的发展方向,高分辨雷达技术的日趋成熟使雷达目标识别走向实用成为可能。本文应用现代模式识别技术和现代信号处理技术的方法研究了高分辨雷达一维距离像的目标识别问题,由于高分辨雷达一维距离像能够提供更加精细的目标结构和形状信息,因此,对基于一维距离像的目标识别研究具有较大的理论意义和现实意义。本文主要内容如下: 首先综述了雷达目标识别的基本概念和距离像识别的基本方法,对雷达目标识别技术现状进行分析。介绍了雷达目标散射截面(RCS-radar cross section)的概念以及宽带目标RCS特性及预估的方法。综述了目标多散射中心的概念及其距离像模型,对典型飞机的电磁散射现象做了深入分析。重点研究了高分辨率一维距离像的原理及仿真方法,从目标散射中心模型的数学描述入手,对单个距离像回波特性及对距离像交叉项进行了分析。研究了一维距离像识别的关键问题—方位敏感性、平移敏感性、幅度敏感性及其预处理方法。 在研究了线性调频、步进频率、二相编码无载波超宽带雷达成像算法基础上,分析了多目标和多散射中心分布一维距离像的回波特性。本文针对线性调频宽带数字脉冲压缩收发信号,分析了高分辨率雷达stretch处理的一维距离像目标识别问题。推导了多目标的宽带线性调频信号stretch处理的雷达回波数学模型,分析了依据一维距离像对多目标进行识别方法。讨论了目标运动所产生的距离—多普勒耦合导致距离像平移和展宽特性,并对目标速度的影响进行了补偿。 接下来,简单介绍了步进频率信号的数学模型,给出了一维距离像的外形包络表达式。针对多散射中心高距离分辨率步进频率雷达目标,分析了当目标存在相对运动时的一维距离像数学模型,按照这一模型,通过计算机对实际系统的模拟仿真,深入研究了多普勒效应对目标一维距离像的影响,最后,获得了给定高距离分辨率步进频率毫米波雷达中,用一维距离像匹配识别目标的速度不补偿条件。并对两种体制的雷达做了对比,分析了目标运动的多普勒效应对线性调频和步进频率一维距离像的影响,对运动目标的速度估计与补偿方法进行了分析,并用算法对速度估计与补偿方法进行了验证。 在研究了高分辨雷达一维成像方法的基础上,介绍了基于模式匹配识别的雷达目标结构信息的特征提取方法,同时介绍了两种常用的线性数据降维方法:主成份分析法和规范相关分析法用于对一维距离像的特征进行降维。 最后,总结了本文的研究工作,指出了需要进一步解决的问题。


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