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《国防科学技术大学》 2009年
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高速机动目标雷达信号参数估计与成像处理

李文臣  
【摘要】: 随着国内外导弹突防和反突防技术的发展,高速机动已成为目标突防的主要手段之一。高速机动目标具有大的雷达径向速度和加速度,目标高速机动将使防御雷达常规信号处理的分辨性能和信噪比下降,宽带一维距离像展宽,二维像模糊,因此将最终导致防御雷达无法对高速机动突防目标进行探测、跟踪与成像。如何提高防御雷达对高速机动目标的探测、跟踪和成像能力已成为雷达领域的前沿课题和紧迫任务。 以弹道导弹防御为研究背景,论文围绕高速机动目标雷达信号参数估计与成像处理,深入系统地研究了高速机动目标的雷达信号模型、多分量LFM信号调频参数估计方法、基于二次匹配处理的多分量LFM信号分辨力、以及高速机动目标宽带一维像补偿和二维成像及定标。论文研究成果具体体现在以下几个方面: 1.提取了高速机动目标在常规窄带雷达和宽带成像雷达下的回波特征。为了提高高速机动目标的雷达探测性能,需要研究高速机动目标的运动特征及回波模型,以便进一步研究雷达信号处理或补偿方法。为此首先分析了高速机动对雷达径向速度和加速度带来的影响。其次提取了高速机动目标在常规窄带雷达和宽带成像雷达下的回波特征,分析了常规窄带雷达信号处理方法的局限性。提出了用展宽系数来衡量频谱展宽的方法,并定量分析了目标运动各参数对宽带雷达测距和一维像的影响。最后分析了多分量LFM信号的时频分布和模糊图特征,以便选择合理的参数估计方法。 2.研究了多分量LFM信号调频参数估计方法。高速机动目标的雷达回波信号处理均和LFM信号的检测和参数估计有关。为了研究LFM信号的二次匹配处理与参数估计,首次从理论上系统研究了LFM信号Radon-Wigner变换(RWT)、Wigner- Hough变换(WHT)、分数阶傅立叶变换(FrFT)、解线调方法(Dechirp)、Chirp-Fourier变换(CFT)和最大似然(ML)等线性调频参数估计方法的相互转换关系,给出了LFM信号调频参数估计的最佳表述。首次系统地给出了基于RWT的LFM信号快速调频参数估计,提出了利用频率偏差系数和剩余展宽系数分析LFM信号参数估计性能的方法。并提出了基于Radon-Ambiguity变换(RAT)的LFM信号快速调频参数估计。计算量比较分析表明RAT和RWT方法的运算量是相近的,估计性能均能达到了Cramer-Rao门限(CRB)。RWT法能同时估计LFM信号的频率和调频率,适合分析任意多分量LFM信号,由于能够充分利用各分量信号的能量,因此RAT适合估计同调频率多分量信号的调频率。 3.基于RWT方法研究了多分量LFM信号分辨力和多目标分辨力。首次用二次项泰勒级数展开给出了RWT输出的近似解析表达式,从理论上给出了频率和调频率联合分辨数学表达式,以及延迟时间、频率和调频率的联合分辨力,并得到仿真验证。然后给出了脉冲多普勒雷达的速度和加速度联合分辨表达式,表明其联合分辨条件为运动参数不同引起的路径偏差大于半个波长,仿真比较了傅立叶变换和RWT的性能。最后给出了LFM雷达的距离、速度和加速度的联合分辨表达式,表明其分辨条件决定于两目标的径向位置偏差(分辨单元级)和相参时间内径向运动距离偏差(波长级),并仿真比较了匹配滤波和RWT的性能。本研究有助于机动目标的跟踪,以及群目标的分辨与识别。 4.系统研究了高速机动目标的宽带雷达运动补偿、目标连续跟踪测量和ISAR成像与定标。根据速度和加速度的调频频谱展宽特点,提出了机动目标宽带一维距离像回波线性化模型,给出了RAT法线性参数估计与运动补偿方法,并进一步分析了测速和测距误差。仿真表明该方法很好地解决了未知运动参数情况下机动目标的一维距离像频谱展宽问题。其次为了有效利用雷达资源,一旦窄带跟踪到目标后,雷达可以转入宽带一维成像与单脉冲跟踪。给出了宽带一维像的测速、测距和测角模型,并得到仿真验证。目标一维像的连续定位跟踪可以增加目标跟踪数据率,提高雷达对机动目标跟踪能力。 提出了匀加速目标的变尺度RWT成像与定标方法。该方法首先根据多个距离单元信号的调频参数估计,用加权最小二乘法解算出目标转动参数,并利用转动参数对横向信号实施纵向参数补偿;最后利用变尺度RWT实现成像与定标。算法速度较常规RWT成像有大幅度提高,成像性能更稳定,仿真实验和外场数据的ISAR成像处理验证了该方法的有效性。该方法在非合作机动目标ISAR成像与定标方面有很好的应用前景。另外纵向参数补偿法对于匀速运动目标仍然具有很好的应用价值。 另外为了验证变尺度RWT成像,提出了基于外场测试数据的插值变采样机动目标数据产生方法,并进行了仿真验证。最后基于对称目标的对称轴与对称点直线垂直,给出了对称目标转角估计和横向定标新方法,并给出了定标参数估计误差表达式,定量分析了影响定标参数估计误差的各因素,并进行了仿真验证。该方法结构简单,运算量小。 论文研究成果可以应用于脉冲多普勒雷达、LFM连续波雷达、步进频雷达、远程预警雷达和成像雷达等,对于雷达信息处理等诸多领域均提供借鉴和参考,同时对于弹道导弹生存和突防能力等应用领域研究具有十分重大的理论意义和军事价值。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN953

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 刘峥;张翼;李振;付强;;制导雷达角度测量性能影响因素分析研究[J];弹箭与制导学报;2011年05期
2 刘峥;张翼;付强;;雷达平台运动特性及其对一维距离像影响分析[J];国防科技大学学报;2011年03期
3 郑建成;王党卫;马晓岩;宣泽平;丰孝兵;;基于自旋运动的高速弹头成像方法[J];雷达学报;2013年03期
4 祝依龙;范红旗;卢再奇;付强;;基于特征的雷达目标机动检测算法综述[J];系统工程与电子技术;2011年09期
5 刘峥;张翼;赵宏钟;付强;;制导雷达检测性能影响因素分析研究[J];信号处理;2011年02期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 蔡智富;脉压雷达信号的识别与参数估计算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李宏;雷达侦察与无源定位中LPI信号分析处理技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
3 贺思三;微动目标高分辨雷达信号建模及特征提取[D];国防科学技术大学;2010年
4 李康乐;雷达目标微动特征提取与估计技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
5 祝依龙;特征辅助的目标机动检测技术[D];国防科学技术大学;2011年
6 刘旭波;基于数字信道化接收机LPI雷达信号参数估计与分选[D];哈尔滨工程大学;2011年
7 朱永锋;频率步进雷达运动目标成像的理论与方法研究[D];国防科学技术大学;2009年
8 蒋鹏;雷达信号细微特征分析与识别[D];哈尔滨工程大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 陈文洋;多载频非连续谱信号设计与信号处理方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 谢鼎;Wigner-Ville分布在调频信号处理中应用[D];西安电子科技大学;2010年
3 左衍琴;频率步进雷达高速目标成像中的运动补偿方法研究[D];国防科学技术大学;2009年
4 徐挺;雷达探测仿真系统的研究与设计[D];杭州电子科技大学;2013年
5 赵海刚;高速目标检测与参数估计方法研究[D];西安电子科技大学;2013年
6 肖波;新型ISAR成像技术研究[D];电子科技大学;2013年
7 于小龙;高速运动目标检测算法研究[D];南京理工大学;2014年
8 黄思华;运动目标的毫米波相关辐射计探测技术研究[D];南京理工大学;2014年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 陈建军;王盛利;;基于匹配傅立叶变换的超高速运动目标检测[J];兵工学报;2007年11期
4 赵兴浩,陶然,周思永,王越;基于Radon-Ambiguity变换和分数阶傅里叶变换的chirp信号检测及多参数估计[J];北京理工大学学报;2003年03期
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6 杜雨洺;杨建宇;;基于FRFT的LFMCW雷达加速动目标检测与参数估计[J];电波科学学报;2005年06期
7 刘贵喜;凌文杰;杨万海;;线性调频连续波雷达多目标分辨的新方法[J];电波科学学报;2006年01期
8 李文臣;李盾;王雪松;肖顺平;王国玉;;一种新的外弹道战情数据产生方法[J];弹道学报;2007年03期
9 李艳;肖怀铁;付强;;Radon-Wigner变换改进算法在多目标分辨及参数估计中的应用[J];电光与控制;2006年03期
10 余志舜,朱兆达;逆合成孔径雷达横向距离定标[J];电子学报;1997年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李晶;谷彩连;;小电流接地系统单相接地故障选线的算法研究[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2008年01期
2 杨凡;李祥;涂军;;基于DSP的远程视频监控系统的研究和实现[J];安防科技;2008年01期
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4 朱哲;钟伟红;;非平稳随机信号分析处理方法研究[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2008年06期
5 高清维,程玉林,明军;信号子带分解和重构的小波滤波器系统及边界处理[J];安徽大学学报(自然科学版);1999年04期
6 武拥军;吴先良;;双站移不变SAR成像的一种通用等效单站RD算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年05期
7 段文亮 ,刘涤尘;发电厂暂态电磁环境的小波分析法[J];安全与电磁兼容;2005年04期
8 唐振;;模拟低通滤波器的设计[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2008年01期
9 谢永乐;李西峰;;模拟集成电路参数型故障定位方法[J];半导体学报;2008年03期
10 田芬,李开成;MEM在铁路UM2000轨道电路信号接收中的应用[J];北方交通大学学报;2003年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄琳;段志生;杨莹;;现代飞行器控制的几个科学问题[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 章大勇;吴文启;吴美平;;低成本MEMS-IMU/GPS组合导航的自适应滤波器设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 王莉;沈捷;;基于减法聚类的模糊神经网络在水处理过程建模中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 李聪颖;韩蕾;于进勇;许晓飞;;反舰导弹末端机动的控制技术比较研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
5 洪蓓;辛万青;;基于hp自适应伪谱法的滑翔弹道快速优化设计[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
6 韦家勇;杜小勇;王壮;胡卫东;;空间目标宽窄带联合测速研究[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
7 杨海粟;磨国瑞;张江华;刘婷;;雷达导引头DBS回波信号模拟仿真[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
8 王海红;郑晋军;何善宝;初海彬;韩治刚;李长江;;基于上注星历导航卫星分布式自主定轨系统[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
9 刘国华;吴宅莲;尚琳;肖寅;王毅;;基于星间链路的自主导航精度分析研究[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
10 王海红;武向军;初海彬;王庆华;迟军;李长江;;导航星座星间链路拓扑构形设计与分析[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 范迪;沉渣厚度超声检测信号处理技术研究及应用[D];山东科技大学;2010年
2 殷复莲;同步CDMA系统NBI识别及抑制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 吴冬梅;基于达芬振子的微弱信号检测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 邓志鑫;基于因子图消息传递算法的伪码快速捕获方法[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 朱广平;混响干扰中的信号检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 刘德铸;声学多普勒流速测量关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 刘文海;水下被动目标瞬态特征检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 宫宇;基于STBC-OFDM技术的海上移动通信新框架体系的研究[D];大连海事大学;2010年
9 苏晓宏;海杂波的特性分析与目标检测处理[D];大连海事大学;2010年
10 赵晓丹;基于非先验函数系的信号识别[D];江苏大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李锦;基于声波的运动车辆行驶状态辨识理论研究[D];南昌航空大学;2010年
2 黄正荣;基于振动波的高速公路车辆行驶状态辨识理论研究[D];南昌航空大学;2010年
3 张亮;基于小波变换与希尔伯特黄变换的心音信号分析[D];山东科技大学;2010年
4 陈磊;激光测风雷达回波信号处理技术的研究[D];长春理工大学;2010年
5 任泉;基于光纤传感的细纱小张力检测技术研究[D];浙江理工大学;2010年
6 崔盈慧;基于障碍物智能识别的人机融合汽车安全预警研究[D];郑州大学;2010年
7 蒋静;基于子空间的二阶统计量盲信道辨识算法研究[D];郑州大学;2010年
8 李卫鹏;正交小波变换支持向量数据描述方法在故障诊断中的应用研究[D];郑州大学;2010年
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10 李帆;基于LMS的离散分数阶Fourier变换移动算法研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄绣坤;;高阶谱估计技术概述[J];北方交通大学学报;1991年02期
2 邹汝平;张延风;;旋转导弹自旋频率设计[J];兵工学报;2007年02期
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4 陈建军;王盛利;;基于匹配傅立叶变换的超高速运动目标检测[J];兵工学报;2007年11期
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6 蒙志君;吕明云;武哲;;动态桨叶RCS特性的实验研究[J];北京航空航天大学学报;2006年09期
7 田进军;刘林;薛明华;;一种频率步进雷达目标径向速度估计方法[J];北京航空航天大学学报;2008年06期
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10 徐成发;高梅国;原浩娟;;基于搜索的步进频雷达信号速度补偿算法[J];北京理工大学学报;2008年04期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李晋;太赫兹雷达系统总体与信号处理方法研究[D];电子科技大学;2010年
2 杨予昊;自旋目标运动成像与静止目标凝视成像方法及关键技术研究[D];中国科学技术大学;2011年
3 高磊;压缩感知理论在宽带成像雷达Chirp回波处理中的应用研究[D];国防科学技术大学;2011年
4 张正明;辐射源无源定位研究[D];西安电子科技大学;2000年
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6 刘峥;脉冲合成高分辨雷达目标运动补偿与成像[D];西安电子科技大学;2000年
7 张家树;混沌信号的非线性自适应预测技术及其应用研究[D];电子科技大学;2001年
8 黄春琳;基于循环平稳特性的低截获概率信号的截获技术研究[D];国防科学技术大学;2001年
9 张军;弹载毫米波脉冲多普勒雷达制导信息处理研究[D];国防科学技术大学;2001年
10 郭福成;基于运动学原理的单站无源定位与跟踪关键技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曹攀;高分辨ISAR成像中运动补偿技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 杨琦;多频多相编码信号及其在非连续谱下的波形优化设计与处理[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 张涛;光电雷达目标模拟器控制算法研究[D];沈阳航空航天大学;2012年
4 安晓冬;雷达敌我识别侦察干扰仿真技术[D];江南大学;2012年
5 赵鹏;军事演习指挥效能评估模型设计与实现[D];大连海事大学;2012年
6 蒋润良;相位编码雷达信号处理及其应用研究[D];南京理工大学;2003年
7 刘东霞;脉内调制信号的分析与自动识别[D];西安电子科技大学;2003年
8 赵长虹;重频分选与跟踪算法的研究[D];西安电子科技大学;2003年
9 张华;低信噪比下线性调频信号的检测与参量估计研究[D];电子科技大学;2004年
10 刘承禹;雷达模拟器系统软件研究[D];国防科学技术大学;2003年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 贺峰;刘承兰;朱国富;黄晓涛;周智敏;;基于距离和差值序列的复杂运动目标微动特征提取[J];电子学报;2012年03期
2 霍凯;姜卫东;黎湘;毛钧杰;;一种新的OFDM相位编码频率步进雷达信号及其特性[J];电子与信息学报;2011年03期
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4 张仕元;;基于三角函数拟合的RCS序列进动周期估计[J];电子与信息学报;2014年06期
5 刘峥;张翼;付强;;雷达检测性能试验等效推算方法[J];航空学报;2012年05期
6 刘永祥;李康乐;黎湘;姜卫东;庄钊文;;雷达目标微动特性研究[J];科技导报;2011年22期
7 刘开元;周剑雄;朱永锋;付强;;基于多散射中心对齐的距离像抽取方法[J];雷达科学与技术;2013年05期
8 寇鹏;刘永祥;李康乐;霍凯;;基于通用复时频分布的进动目标微多普勒提取[J];系统工程与电子技术;2011年07期
9 朱得糠;刘永祥;霍凯;黎湘;;基于游标测距的微动参数估计[J];信号处理;2011年08期
10 徐少坤;刘记红;付耀文;黎湘;郭桂蓉;;弹道中段微动目标宽带回波模拟[J];宇航学报;2012年03期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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8 张敬帅;海量数据稀化算法研究及软件设计[D];中北大学;2012年
9 郭玉霞;雷达导引头角跟踪回路研究及实现[D];上海交通大学;2012年
10 郝鑫;雷达信号调制方式识别的研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 杜雨洺;杨建宇;;基于FRFT的LFMCW雷达加速动目标检测与参数估计[J];电波科学学报;2005年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王根原;机动目标的逆合成孔径雷达成像研究[D];西安电子科技大学;1998年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张居凤;弹道导弹目标动态雷达特性仿真与识别研究[D];国防科学技术大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 陈玲,李少洪;基于无源时差定位系统的机动目标跟踪算法[J];系统工程与电子技术;2005年01期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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10 李晓峰;徐军;王洪水;徐利国;;非线性滤波在光电跟踪中的应用及仿真研究[A];2007年光电探测与制导技术的发展与应用研讨会论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 古田月;美军如何对付机动目标?[N];中国国防报;2003年
2 美国《空军》杂志 本报特约编译 何适;美军酝酿6倍音速战机弥补结构失衡[N];世界报;2008年
3 李译;“阿皮拉斯”:击穿两米厚“铁墙”[N];中国国防报;2004年
4 彭光谦 郑艳平;现代战争的发展特点和规律[N];中国国防报;2003年
5 罗山爱;美“全球鹰”赶考“高空间谍”[N];中国国防报;2007年
6 章一煦;南非“矛”导弹武装芬兰导弹艇[N];中国国防报;2005年
7 王宝财;穿越“生死线”[N];中国国防报;2006年
8 王绍国杨宏伟;“千分制”绩效考核推动全市农机化事业发展[N];菏泽日报;2007年
9 张莹;俄罗斯S-400防空导弹性能优良[N];中国航天报;2008年
10 本报专稿 陈光文;远空惊雷[N];世界报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王根原;机动目标的逆合成孔径雷达成像研究[D];西安电子科技大学;1998年
2 刘钦;多传感器组网协同跟踪方法研究[D];西安电子科技大学;2013年
3 党莹;强杂波下机动目标跟踪技术研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2001年
4 谷志军;拦截机动目标末制导技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
5 杨秀华;预测滤波技术在光电目标跟踪中的应用研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
6 李文臣;高速机动目标雷达信号参数估计与成像处理[D];国防科学技术大学;2009年
7 郑义明;SAR/ISAR运动补偿新方法研究[D];西安电子科技大学;2000年
8 李禹;SAR图像机动目标检测与鉴别技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
9 姜正林;低分辨ISAR成像及干涉技术应用研究[D];西安电子科技大学;2001年
10 杨柏胜;被动多传感器探测目标跟踪技术研究[D];西安电子科技大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孔令坤;机动目标和多目标逆合成孔径雷达成像技术研究[D];电子科技大学;2011年
2 樊友友;高速高机动目标跟踪算法及应用研究[D];西安电子科技大学;2013年
3 涂超;基于DSP的机动目标跟踪滤波的研究[D];大连海事大学;2013年
4 曾东;强机动目标自适应变结构多模型跟踪算法[D];杭州电子科技大学;2013年
5 黄翔宇;基于变结构多模型的强机动目标跟踪算法[D];杭州电子科技大学;2011年
6 张幸;声网络机动目标无源跟踪算法研究[D];杭州电子科技大学;2012年
7 侯俊林;高机动目标Jerk模型跟踪算法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
8 陆晶莹;高速高机动目标IMM跟踪算法研究[D];南京理工大学;2010年
9 孙哲;高速高机动目标主/被动联合跟踪算法研究[D];南京理工大学;2010年
10 谭姗姗;基于S-Method时频分解后的高频雷达机动目标信号检测算法[D];哈尔滨工业大学;2011年
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