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弹道中段目标微动特性及综合识别方法

马梁  
【摘要】:反导防御系统作为弹道导弹的对立面,既为己方提供全方位、多层次的防御,又对敌方产生强大的威慑作用,确保战争中“先发制人”的军事打击无后顾之忧。雷达是反导防御系统中的核心传感器,其目标识别能力很大程度上决定着整个系统的性能。微动特征则是当前学术界公认的弹道中段目标雷达识别的有效特征之一,在诸多识别技术途径中,基于微动的特征提取与识别具有至关重要的作用。论文面向宽带全极化雷达,对弹道中段目标的雷达特性、中段目标微动特征的可测量性、微动特征提取方法以及弹道目标综合识别策略等热点问题进行了研究,并通过暗室测量数据、外场实验数据对部分研究成果进行了验证。本文的主要研究成果包含以下三个方面。 在中段目标雷达特性方面,针对典型几何外形的弹道目标,将其运动特性和散射特性相结合,深入分析了弹道目标独有的雷达特性和全极化雷达回波建模方法。 1.针对弹体不同位置散射中心的微动特性建立了数学模型,获得了滑动型散射中心微多普勒的数学表达式,并揭示出滑动型散射中心微多普勒的非正弦特性。设计了进动目标暗室动态测量实验,首次通过实验验证了散射中心的滑动现象,为中段弹头微多普勒分析提供了更为精确的物理模型。 2.针对旋转对称和非旋转对称两类典型外形的弹道目标,建立了目标微动参数与雷达测量/发射极化基变换之间的相互关系,分析了典型参数下主极化分量和交叉极化分量的变化规律,为基于极化特性的弹道目标识别提供了理论基础。建立了弹道中段目标动态全极化雷达回波的仿真模型,修正了现有文献将偏航、俯仰、横滚等三个欧拉角直接应用于进动目标姿态角计算的方法,并指出雷达单极化通道回波的仿真同样需要目标全极化测量数据的支撑。 在微动特征可测量性和特征提取方面,系统分析了雷达部署位置、雷达性能参数、目标运动参数对微动特性测量的影响,并提出了两种弹道中段目标微动特征提取新方法。 1.以典型反导目标识别雷达为例,分析了雷达的脉冲重复频率、相参积累时间、测速精度、发射信号带宽、雷达部署位置、目标进动角、进动频率以及进动轴指向等诸因素对微动特征提取性能的影响。这为导弹攻防对抗条件下,弹头目标微运特征的测量提供了有价值的理论依据。 2.提出了基于窄带测距信息的微动特征检测与参数估计新方法,在窄带跟踪的同时测量目标的微动特征,该算法运算量小、检测概率高。通过理论分析与导引头的静态外场试验,发现了旋转目标距离像长度一般不等于目标径向几何投影长度的现象,并据此提出了基于距离像时变特性的微动特征提取新方法。实测数据分析表明,该算法比建立在“距离像长度等于径向几何投影长度”假定下的常见方法更准确、稳健。 在弹道目标识别器设计方面,设计了弹道目标综合识别的解决方案及流程框架。在此框架下,提出了一种基于威胁偏好的综合识别策略,从理论上推导了综合识别率与各个单特征分类器性能之间的依存关系。在目标群数目为100,单特征分类器性能不高的情况下,该综合识别器仍能保持较优且稳健的识别效果。分别设计了中程、远程、洲际等三种不同射程弹道导弹的仿真实验,实验结果表明,在单特征分类器无法找出真目标的情况下,综合识别率能保持在80%以上。 论文选题紧密联系结合当前反导雷达目标识别技术发展的现实需求,综合采用理论推导、仿真实验、暗室静态/动态实验和外场实验等方法,提出了新理论和新算法,并进行了验证,研究成果对弹道导弹防御具有重要的理论指导意义。部分成果已成功应用于具体的工程项目中,并取得了良好效果。


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