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微动目标特征提取时频分析方法研究

赵小纳  
【摘要】:随着制导系统的不断完善,假目标和诱饵能够表现出和真实目标几乎相同的特性,包括运动轨迹、雷达散射截面积、表面材料和几何特征等,使对非合作目标的识别变得越来越困难,这就使得雷达信号处理从尺度测量等单一功能转变为目标精细结构和运动特征测量。对雷达回波信号中提取目标的结构信息或者几何形状已经不能完全提取出有用的识别信息,需要利用目标独一无二的微运动特性(包括目标的振动、转动、翻滚和摆动等微小运动),微动对雷达信号的调制作用逐渐被重视,利用调制信号提取微多普勒特征参数,进而反演出目标的信息。我们知道,目标微动在雷达回波中表现出相位调制和频率调制现象。这种调制现象在时域中表现为信号有一定的边带,这些边带被称为微多普勒频率。通过一定的时频分析方法,将微动目标的频率与时间的关系反映在时频图上,而后在对时频面进行分析和处理,提取和分离出目标的瞬时频率,利用这些瞬时频率或者可以反演出目标的形状、结构、姿态、表面材料电磁参数、受力状态等。本文首先阐述了目前微动目标不同角度提取进动和章动参数的研究现状,然后根据微动目标单一运动模式下的运动特点,分析了由单一运动状态组合而成的复合运动状态即进动和章动的运动特点。针对不同的运动情况建立了相应的雷达回波模型,并给出了微多普勒信号理论表达式。随后针对目前常用的几种时频分析方法,以非平稳信号为例进行了仿真分析,得到了不同时频分析方法的优缺点以及应用范围,在此基础上提出了改进型CTD瞬时频率提取方法,并通过仿真实验验证了该改进方法的的有效性、实用性,以及在噪声情况下的稳定性。最后,探究了改进型CTD瞬时频率提取方法在弹道中段多目标微多普勒特征提取和组网雷达中微动特征信息提取两方面的实际应用。


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