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扩展目标的雷达检测技术及其应用研究

李军  
【摘要】:雷达目标检测是雷达信号处理研究领域的经典问题。传统的研究通常针对低分辨率雷达,将目标视为点目标。当目标尺寸大于雷达空间分辨率,即目标表现为扩展目标时,基于点目标假设的检测技术难以充分利用目标回波特性,获得最优检测性能。近年来,宽带雷达的广泛应用以及雷达应用领域的拓展对扩展目标检测器设计和检测器的稳健性、适应性提出了新的要求。论文面向扩展目标雷达探测的需求,以提高检测器的稳健性和适应性为目标,针对典型的应用场景,开展扩展目标的雷达检测新技术、新应用研究。 在扩展目标雷达检测新技术方面,论文首先分析了扩展目标回波特性,建立了扩展目标回波模型;在此基础上,针对噪声、杂波背景中的扩展目标检测问题,研究了扩展目标的参量、非参量检测新技术。具体工作包括: ·扩展目标回波特性及建模:建立了基于几何绕射理论的扩展目标散射中心回波模型;推导了典型扩展目标回波的幅度、极化分布;分别针对高速、低速扩展目标建立了频域、时域回波模型。 ·扩展目标的参量检测技术:设计并分析了五种不同目标先验信息(目标回波幅度、极化、相位以及目标散射中心分布等)条件下扩展目标的单脉冲参量检测器;提出了一种高效、稳健、实用的准最优多通道单脉冲极值检测器及其检测性能的高精度近似分析方法;针对低速扩展目标,设计并分析了具有时-频-空域和极化域联合处理结构的多脉冲参量检测器,基于此检测器提出并分析了均匀、非均匀目标多普勒谱条件下扩展目标的多脉冲极值检测器;针对高速扩展目标在雷达多脉冲观测期间容易发生跨距离单元走动的问题,提出并分析了基于keystone变换的多脉冲参量检测方法,显著改善了高速扩展目标的检测性能。 ·扩展目标的非参量检测技术:针对未知杂波环境下的点目标检测应用,提出了Blind-CFAR(恒虚警率)非参量检测器,分别设计并分析了基于Padé逼近方法、最大熵方法的两种Blind-CFAR检测方案;在此基础上,分别基于非相参积累、极值积累和二进制积累等脉冲积累方法,提出并分析了三种扩展目标Blind-CFAR检测器。上述Blind-CFAR检测器克服了现有CFAR检测器过度依赖于参量估计精度的缺点,可适用于多种类型杂波背景下的目标检测。 在扩展目标检测器设计、分析的基础上,论文面向航空安全、反隐身等应用领域,研究了扩展目标检测技术在飞机尾流雷达探测中的新应用,分析了典型大气条件下飞机尾流的雷达可探测性。具体工作包括: ·分析了晴空、降水条件下飞机尾流的电磁散射机理和雷达目标特性;分别基于飞机尾流雷达探测实验、理论分析,获得了晴空、降水条件下飞机尾流的RCS(雷达散射截面)和多普勒谱;建立了飞机尾流的雷达回波模型和检测模型,导出并分析了飞机尾流的局部最大势(LMP)检测器以及均匀、非均匀飞机尾流多普勒谱条件下的广义似然比检验(GLRT)检测器,为飞机尾流雷达探测提供了理论基础。 ·导出了晴空、降水条件下飞机尾流探测的雷达方程;分析了典型雷达系统的飞机尾流探测距离,并将其与隐身飞机探测距离进行了比较研究。研究结果表明,在降水条件下,飞机尾流探测距离可望大于隐身飞机探测距离。 论文在目标检测方面的研究成果对宽带雷达和分布式雷达目标检测具有重要的理论意义,在飞机尾流检测方面的研究成果在航空安全、反隐身等应用领域具有很大的应用潜力。


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