基于匹配追踪理论的超宽带雷达目标散射特性分析及目标识别技术

为了改善基于超宽带雷达的目标识别性能，首先结合匹配追踪算法，提出了一种GTD模型参数提取新方法，并利用该思想对Altes模型参数提取的最小二乘拟合方法进行了相应的改进.然后，利用提出的算法，通过与Altes和扩展Altes模型的对比，分析了GTD模型在超宽带目标全响应散射机理建模中的可行性，并通过实验揭示了目标散射中心超宽带响应存在主散射机理这一物理现象.在此基础上，根据分析的结果，提出了一种基于GTD模型的频域匹配追踪目标识别新方法（简称MPLRT-GTD），并利用超宽带暗室实测目标模型的散射场数据对提出的目标识别新方法、Li的E脉冲法和最优似然比测试目标识别方法的性能进行了仿真.     

基于干涉合成孔径雷达测高原理的雷达散射截面测试杂波抑制方法

针对近场扫描体制电磁散射测量中的杂波抑制问题,提出了一种基于干涉合成孔径雷达测高原理的高度向滤波方法.该方法首先通过在不同高度下的天线两次直线扫描,得到目标的两幅雷达二维像;从雷达图像中提取散射中心的幅相数据后,再利用两次测量得到的散射中心相位差并结合扫描天线高度信息,解算得到该散射中心的高度;根据被测目标的高度范围,设置高度向滤波器,滤除目标高度区以外的散射源杂波;滤波后可以重构得到目标的雷达散射截面,实现抑制杂波、提高测量精度的效果.仿真结果表明,使用该方法处理后目标RCS均值误差小于1 dB.从试验结果来看,使用该方法可从与目标散射量值接近的强杂波背景环境中准确提取目标散射中心.      

窄带雷达网弹道目标微动特征提取

目标微动特征是弹道中段识别的有效特征之一。针对单部雷达获取目标微动信息的局限性,提出了一种利用窄带雷达网进行弹道目标进动特征提取的方法。首先,建立了锥体进动模型和窄带信号模型,得到了散射点微多普勒表达式。然后,在锥体非理性散射点转化为理想散射点的基础上,通过频谱分析,实现了不同视角下散射点的匹配关联。最后,利用锥顶微多普勒信号对锥底进行补偿,在雷达视角方差最小时求得补偿系数。再联立2部雷达的微多普勒信息即可求出参数。仿真结果表明该方法能够精确提取微动参数和结构参数。     

组网雷达弹道目标三维微动特征提取

研究弹道目标中的滑动型散射中心三维微动特征提取问题。分析滑动型散射中心的特点,介绍一种基于半周期时延相乘的散射中心微动特征提取方法,建立滑动型散射中心和理想散射中心微动的数学联系,利用组网雷达的多视角特性,从回波信号中提取参数,通过构造多元非线性方程组,以提取的参数作为变量,求解目标三维微动参数和部分结构特征。仿真实验验证了该方法的有效性。     

基于微多普勒的锥体目标进动和结构参数估计

真假目标识别是弹道导弹防御的一大技术瓶颈,目标识别的正确与否在一定程度上决定了反导系统的成败.微动引起的雷达可观测量微多普勒特征包含了目标的运动、尺寸、形状等大量信息,因此微动特征是当前学术界公认的弹道中段目标识别的有效特征之一,对微动特征的提取为弹道导弹防御目标识别提供了新的解决手段.该文以旋转对称锥形目标为研究对象,根据散射中心理论以及攻防对抗条件,推导了目标两个等效散射中心的位置与回波模型,建立了基于滑动型散射中心的锥体目标进动模型.分析了目标的结构参数与雷达回波微多普勒参数的显式关系,推导出微多普勒随时间变化的解析表达式.结合弹道中段目标识别等应用背景,提出了基于TFDHough变换的联合参数估计的方法.该方法综合两个散射中心的微多普勒参数,联合求解二者的参数空间,对进动和结构参数进行估计.仿真结果表明目标回波的微多普勒时频曲线与解析微多普勒曲线吻合,所提联合参数估计方法可准确估计进动角、进动频率、锥体高度、锥底半径等进动和结构参数.     

基于二维CP-GTD模型的全极化ISAR超分辨成像

针对全极化ISAR成像雷达体制,建立了能够精确描述雷达目标高频电磁极化散射机理的二维相干极化GTD(CP-GTD)模型,提出了基于二维CP-GTD模型的全极化ISAR超分辨成像方法,并在此基础上实现了全极化ISAR散射中心特征提取,从根本上解决了现有方法难以提取散射中心的相干极化信息的难题.与已有方法相比,二维CP-GTD方法的突出优点在于建立了更精确的散射模型,能够准确估计散射中心的相干散射矩阵;此外全极化信息的利用,使得它还具有超分辨成像效果更好、估计精度更高、计算效率更高等优点.通过对实验结果进行非相干性及相干性指标评估分析,验证了二维CP-GTD模型的优越性.     

基于一维散射中心模型的RCS频率全角度外推

目标RCS频率外推是减小目标RCS数据存储的有效手段之一。利用FEKO电磁仿真软件得到目标回波数据,结合经典谱估计算法,提出了一种基于GTD散射中心模型的目标RCS频率全角度外推方法。以弹头目标为例,首先利用1～2GHz频率后向电磁散射数据,提取GTD散射中心模型参数;其次利用RCS频率全角度外推方法,实现了弹头目标在3GHz、4GHz频率上的RCS全角度外推;最后通过将外推数据与FEKO仿真数据进行对比,验证了外推方法的准确性与可靠性。仿真实验表明,外推结果与FEKO的仿真结果在整体趋势及强散射点对应的位置上具有较高的吻合度,可有效描述雷达目标的散射特性。     

基于多散射中心联合抽取的步进频雷达成像方法

针对步进频雷达复杂目标抽取一维距离像时存在的多散射中心幅度损失问题,提出了一种基于多散射中心的联合抽取算法.方法根据目标最强散射中心,利用逆向舍弃法得到参考距离像,然后提取目标多散射中心峰值,并由强到弱得出能抽取到相应散射中心峰值的多组抽取起始点集合,依次对这些集合取交集,作为最佳抽取起始点.该方法确定的抽取起始点能够抽取到尽可能多的散射中心峰值,并且各散射中心的测距精度更高.经计算机仿真和实测数据验证,该方法抽取效果优于逆向舍弃法等传统抽取方法.      

米波雷达低仰角目标多路径模型在测角中的应用

针对米波雷达低仰角跟踪目标过程中,由于多路径效应引起的目标仰角估值性能变差这一问题,该文通过对米波雷达低仰角目标多散射中心多路径模型的分析,提出一种基于反射波对消的低仰角目标角度估值方法.该方法采用搜索的方式获得反射波矢量估计,结合矢量对消算法以及谱估计技术实现低仰角目标角度信息的提取,有效地降低了多路径效应对目标仰角估值造成的偏差.理论分析和实验数据的处理结果都证实了该方法的有效性和稳健性.     

基于局部密度聚类的雷达目标散射中心区域分割

散射中心是描述雷达目标高频散射机理的重要特征,准确提取雷达目标散射中心参数对解析雷达目标有着极其重要的研究意义。为了提高散射中心参数计算速度,通常将整幅SAR图分解为多个包含散射中心的小区域,对每个小区域分别进行特征提取和参数计算。根据雷达目标散射中心的特点,本文提出了一种基于局部密度聚类的雷达目标散射中心区域分割技术。首先,首先对雷达图像进行Frost滤波、LSM图像分割和面积滤波的一系列图像预处理获得目标ROI区域,然后对预处理后的图像利用局部密度聚类算法检测散射中心并进行区域分割。实验中,采用模拟数据和真实数据对本文方法和传统图像分割算法展开数值实验,实验结果验证了本文方法在雷达目标散射中心区域分割的有效性和优越性。     

基于极化不变量的谐波雷达导引头目标识别算法

为解决基于目标谐波散射系数的FFT识别算法无法有效识别目标全弹道谐波散射特性的问题,采用了基于极化不变量的目标识别算法.根据目标的半导体模型拟合出目标的谐波散射系数,用卡尔曼滤波器对谐波散射系数进行估计.将估计结果作为酉矩阵的对角元素,建立了目标谐波极化散射矩阵及与其对应的功率矩阵,通过就不同的目标进行谐波散射极化计算得到了仿真结果.结果表明,与基于目标谐波散射系数的FFT识别算法相比,目标谐波极化散射矩阵行列式的值及功率矩阵的迹能反映出目标的全弹道谐波散射特性,二者可以作为有效的目标识别特征量.      

基于FEKO的引信目标近场动态散射特性实时仿真

引信目标的近场散射特性受到天线方向图、目标局部照射、弹目交会状态等因素的影响,计算过程复杂。首先提出了一种基于FEKO的目标近场散射特性实时仿真方法,然后根据引信作用段的特点建立了弹目交会模型,对引信目标的近场动态散射特性进行了实时仿真,仿真结果表明近场散射强度与导弹脱靶量和目标照亮区有直接关系,脱靶量越小,散射强度相对越大,且弹目距离较近时,由于照亮区的不同散射强度将出现较大起伏。     

基于多项相位变换的FMCW-ISAR微多普勒特征提取方法

主要研究了调频连续波逆合成孔径雷达(FMCW-ISAR)目标的微多普勒特征及其提取方法。在FMCW-ISAR系统中,脉冲持续时间内微动目标的连续运动将导致一维距离像产生走动和主瓣展宽,由此引入的误差将影响到后续的微多普勒特征提取以及成像,利用现有的微多普勒特征提取方法不能得到真实的目标微动特征。针对该问题,本文首先详细分析了FMCW-ISAR目标微多普勒效应的具体表现形式及其特点,应用多项相位变换的方法对导致一维距离像主瓣展宽和走动的误差相位进行了补偿,结合扩展Hough变换,提出了一种基于多项相位变换的FMCW-ISAR微多普勒特征参数提取方法。论文所提方法在微多普勒曲线产生展宽和走动的情况下,能准确提取出旋转目标的微多普勒特征参数,最后仿真实验验证了理论分析结果及所提方法的有效性。     

越肩发射空空导弹发射条件

越肩发射的使用是有条件的,只有在保证安全的前提下才能使用越肩发射导弹攻击尾后目标,因此,载机攻击时要考虑目标威胁。通过威胁因子法分析空战中威胁载机安全的几个因素,确定各因素在目标总的威胁中所占权值,为载机正确决策提供依据;简要阐述了航迹正切规避法,并说明了使用场合;提出了越肩发射空空导弹的发射时机,基本原则是既能保证载机处于目标威胁区域之外,还要确保目标处于载机导弹的全向攻击区之内。仿真结果表明:载机被目标尾追攻击时做出正确决策可以在保证自身安全的同时将其击落。     

超宽带雷达引信电磁散射特性

分析了超宽带雷达引信在动态作用下的目标散射特性。应用瞬态电磁散射理论和电磁波叠加原理,根据多点散射模型,引入雷达引信动态作用下的传递函数,分析了超宽带雷达引信在动态作用下的目标散射特性,建立了目标冲击响应函数,仿真分析了目标电磁波的辐射方向与脉冲宽度关系,得出高斯窄脉冲经一维超宽带阵列辐射后形成的合成脉冲波如何才能选择合适的阵列参数的结论。研究结论对于设计超宽带雷达引信具有重要的应用价值。     

基于激光三维成像数据的车辆目标方位估计

对目标方位进行精确估计是提高目标匹配识别效率的重要前提,而车辆目标的地面投影轮廓近似于矩形,为此提出了基于激光三维成像数据的车辆目标方位估计方法.首先依据激光成像数据的高程值对数据进行分类,从激光成像区域的三维数据中提取出车辆目标数据进而获取目标的投影轮廓数据,然后采用向量积异号排除法求解车辆目标投影轮廓数据的凸边界,在此基础上采用直接求解凸边界最小外接矩形的方法对车辆目标的方位进行初步估计,最后利用与目标投影轮廓数据邻近的地面数据,并依据最小二乘原理拟合优化凸边界的最小外接矩形,校正车辆目标初始估计方位,从而实现车辆目标方位的精确估计.仿真结果表明,该方法可实现车辆目标方位的快速准确估计.     

对称三角线性调频连续波雷达目标微动特征分析与提取

建立了对称三角线性调频连续波(STLFMCW)雷达目标的微动模型,通过对微动目标回波信号的分析,推导了微动目标的微多普勒表现形式,分析表明微动目标在扫频周期内的连续运动会导致目标的微多普勒曲线出现走动和展宽现象。针对该问题,进一步提出了一种微多普勒曲线展宽抑制及距离走动补偿的方法,完成了对相位的校正,并利用扩展Hough变换提取出了目标的微动参数。最后通过仿真实验验证了文中所提方法的有效性。     

一种GrabCut分割边缘的优化方法

针对GrabCut分割精度不够以及边缘不平滑的问题,提出一种目标边缘优化方法.首先使用GrabCut算法获取目标的α掩像,然后对α掩像进行形态学处理而获取目标边缘区域,再将目标边缘区域内的像素与已知的绝对背景和绝对前景的部分像素进行颜色信息比较,根据比较结果重新分割边缘区域像素,最后对重新分割的目标边缘进行平滑处理.实验结果表明,本文的方法对边缘分割的精准性和平滑度都优于GrabCut算法.     

改进Camshift算法的DSP硬件实现目标跟踪方法

针对Camshift算法只对前一帧预测而导致的目标像素脱靶现象,以及目标像素在帧间位移较大的问题,本文提出一种改进Camshift算法的目标跟踪方法.该算法将加权背景直方图和贪心算法融入Camshift算法,利用贪心算法对前两帧图像信息进行处理,预测出目标在当前帧图像中的位置,再根据目标颜色概率,用Camshift算法找到目标的真实位置,最后在TMS320DM642(数字媒体应用的定点DSP)上对该文算法进行硬件系统的实现,并使用EDMA(增强型直接内存访问)方式和Cache技术对系统进行优化.实验结果表明,与传统Camshift算法相比,该文方法在背景与目标相近的情况下跟踪效果更佳,具有很好的鲁棒性和稳定性,适用于复杂环境下的目标跟踪.在系统实现上,优化后的系统平均帧率提升在3帧/s以上,增强了算法的速度.