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.     

锥柱体弹道目标遮挡效应分析

针对锥柱体弹道目标观测过程中存在的遮挡效应,探究遮挡区与可视区分界线在弹道目标上的具体位置,提出一种判断散射中心是否处于遮挡状态的方法。在窄带雷达观测的条件下,建立锥柱体弹道目标滑动散射中心模型,分析各散射中心的微多普勒特性。通过对目标遮挡成因进行研究,分析遮挡区与可视区分界线的具体位置,并提出一种判断散射中心是否处于遮挡状态的方法。仿真结果表明:理想散射中心与滑动散射中心微多普勒存在一定差异,遮挡效应会导致微多普勒出现截断现象且不同观测视角下遮挡效应对散射中心的影响不同。     

光纤Raman散射对类明孤子传输特性的影响

应用类明孤子在单模光纤中非线性传输特性的微扰理论，研究了光纤Raman散射对类明孤子传输特性的影响，导出了类明孤子参数演化的动力学方程。结果表明：光纤Raman散射微扰对类明孤子脉冲位置、频率和相位参数有影响，而对类明孤子脉冲振幅、脉宽、啁啾参数无影响。     

基于压缩感知的高分辨距离像散射中心参数估计

提出利用压缩感知理论实现高分辨距离像散射中心参数估计。该方法首先将散射中心参数估计转化为信号的稀疏表示,然后重点研究测量矩阵的设计和稀疏参数的选取。为了提高解的鲁棒性,在构造字典矩阵时将采用位置错开以降低测量矩阵原子之间的互相关性。在算法求解过程中,采用贝叶斯信息准则确定模型阶次和稀疏参数。数据实验表明,算法能够稳定精确地估计散射中心参数。     

基于宽窄带微多普勒融合的锥体目标三维重构

目标三维特征包含更为精细的结构和微动信息,以锥体弹头为研究对象,提出了一种基于宽、窄带混合体制雷达组网的锥体目标三维重构方法。首先建立锥体目标进动模型,详细分析了目标在不同体制雷达回波中的微多普勒调制特性,然后,使用改进的viterbi算法和最小二乘法对各散射中心的幅相信息进行提取和估计,并通过灰色关联度分析实现非理想散射中心的匹配。在此基础上,构建宽、窄带微多普勒信息融合方程组,解算出锥体目标的进动和结构参数,进而确定目标空间位置,实现三维重构。仿真结果表明,在信噪比为5dB情况下,目标的三维重构精度在91%左右。     

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。     

粗糙面散射对太赫兹雷达成像的影响

传统毫米波安检雷达成像基于点目标假设而忽略了散射的影响,但随着频率提升至太赫兹(THz)频段,目标表面应视为粗糙而须考虑散射的影响。该文采用微扰法(SPM)求解粗糙表面的后向散射系数,在传统安检雷达成像模型的基础上模拟了不同粗糙度下的成像结果。通过与Lambert表面和理想镜反射表面的模拟成像结果对比,分析了粗糙度和频率等散射关键参数对太赫兹成像结果的影响。结果表明:在太赫兹安检雷达成像场景下,材料表面后向散射角越宽,成像质量越好;后向散射特性曲线的角宽度和形状共同影响成像分辨率和峰值旁瓣比;提高电磁波频率有利于粗糙表面成像。     

基于谱聚集度的旋翼微动特征提取方法

针对无闪烁条件下多分量周期性微多普勒信号的参数估计问题,提出了一种基于谱聚集度指标的微动目标特征提取方法．首先通过散射点模型分析了目标的微多普勒调制特性,然后利用目标回波慢时间维的相位信息构建微多普勒信号的解调算子,并引入奇异值比谱法估计微多普勒信号中的主周期分量,实现搜索空间的降维优化处理,最后通过计算微多普勒信号与解调算子乘积的谱聚集度来实现目标叶片数、叶片长度和初相的参数估计．仿真结果表明：该方法估计精度高、运算速度快,且在低信噪比和搜索网格失配条件下具有较好的鲁棒性．     

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。     

动态海面与运动球形目标后向复合电磁散射及Doppler谱研究

应用物理光学近似和Mie理论分别求解了导体海面的表面电流及球形目标的一次散射场,利用Kirchhoff近似求解了海面的后向散射场．同时借助互易性原理降低了求解球形目标和海面之间二次耦合散射场的难度,讨论了球形目标尺寸、位置等对二次后向耦合散射场的影响,对不同入射角下后向复合散射场的Doppler频谱特性进行了详细分析．     

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。     

微波多普勒雷达海浪参数提取算法

根据海浪混合表面散射理论和线性波理论,利用3种规模波对微波多普勒谱的不同贡献,推导出海浪谱与径向速度转换函数,得到了一种适用于多普勒雷达的海浪谱以及海浪参数提取算法．该算法从海洋回波的多普勒谱中获取径向速度序列,根据海浪速度谱与海浪谱之间的转换关系推导海浪谱,再用谱矩法计算相应的海浪参数．运用该算法分别对微波多普勒谱雷达的模拟与实测数据进行处理,实现了有效浪高和平均海浪周期的高精度提取,证实了该算法在微波段多普勒雷达的海浪参数反演中的准确性．     

基于DirectX的弹头进动3D视景及微多普勒特征仿真软件的实现

利用VC++6.0,基于短时傅里叶变换对弹头回波进行时频分析,得到弹头回波微动信息,利用兼容位图将回波微动信息进行可视化显示,采用DirectX三维显示技术,开发出弹头进动微多普勒特征分析及相应的弹头运动形态三维视景仿真软件。软件可提供弹头目标在不同雷达载频、自旋频率、锥旋频率、进动角等参数下的弹头理论微多普勒曲线,以及对回波时频分析得出的微多普勒曲线,实现了弹头目标三维视景与弹头微多普勒曲线的同步实时显示。软件运行表明:该软件运行流畅、理论推导结果与通过时频分析进行仿真验证的结果一致,软件对操作人员的响应迅速,三维视景显示与微动显示相一致。     

正弦水面平面波高斯波束散射回波谱峰特征分析

展示平面波/高斯波束照射时正弦水面电磁散射回波的多普勒谱峰分布特征.基于Bragg共振散射理论可知,水面电磁散射回波多普勒谱峰所对应的频率由水波相速度决定,然而,最近相关水槽实验发现:正弦水面散射回波的多普勒谱不仅包含与水波相速度相对应的Bragg共振峰,而且还存在等频率间距的谐波峰.为了能更好地解释这一现象的物理或数学本质,文中基于粗糙面电磁散射一阶小斜率近似理论(SSA-I)分别推导给出了平面波/高斯波束照射时正弦水面后向电磁散射回波的频谱模型.理论模型结果显示,谐波峰是由于频谱分析过程中频率泄漏效应导致的,而不是水面回波真实的物理现象.     

94 GHz频率下冰晶粒子多次散射特性的研究

为了认识冰晶粒子群在94 GHz频率下的散射特性,利用互散射、相干Mie散射以及简单叠加法进行研究.结果表明,这3种方法得到的粒子群散射结果明显不同,目前的雷达气象方程使用简单叠加法计算粒子群的散射时不能精确地反演云的微物理特征,如冰水含量及有效半径等.利用3种方法比较了不同位置、不同复折射指数、不同尺度参数以及不同数量的粒子群散射强度特性后发现云的多次散射特性不能被忽略.     

微扰法分析躯干散射对近场头相关传输函数的影响

本文提出微扰与多极展开相结合的方法,近似计算雪人模型近场头相关传输函数（HRTF）,并利用此方法定量分析躯干散（反）射声波对HRTF的影响。计算结果表明,躯干散射对HRTF的影响与微扰近似的阶数、频率、声源位置（包括方向和距离）等有关。在一级微扰近似下,躯干散射对HRTF的影响整体上随频率的升高、或声源距离的减小、或仰角的降低、或声源相对受声耳方向的偏离角度的增大而增大。随着微扰级数的增加,高阶微扰项对计算结果的贡献迅速减少。在声源距离不小于0.02 m 以及仰角不小于135°的条件下,对 20 kHz 以下的频率范围,采用三阶微扰近似的计算误差在 ± 1.0dB 以内。 由于 n 阶微扰在物理上是和头部和躯干之间的 n 重散射相对应的,因而本文的结果表明,在雪人模型的条件下, 头部和躯干的前三阶多重散射对 HRTF 是重要的,四阶及以上散射可以忽略。     

躯干散射对近场HRTF影响的微扰法分析

提出微扰与多极展开相结合的方法,近似计算雪人模型近场头相关传输函数(HRTF),并利用此方法定量分析躯干散(反)射声波对HRTF的影响.计算结果表明:躯干散射对HRTF的影响与微扰近似的阶数、频率、声源位置(包括方向和距离)等有关.在一级微扰近似下,躯干散射对HRTF的影响整体上随频率的升高、声源距离的减小、仰角的降低、或声源相对受声耳方向的偏离角度的增大而增大;随着微扰阶数的增加,高阶微扰项对计算结果的贡献迅速减少;声源距离不小于0.02m以及仰角不小于135°时,在20 kHz以下的频率范围内,采用三阶微扰近似的计算误差在±1.0 dB以内,四阶及以上的散射可以忽略.     

基于FDD-OFDM信号外辐射源双基雷达的低空目标微动特征提取

作为当前一种广泛使用的民用移动通信信号,LTE信号是低空目标探测的一种重要外辐射源信号。开展基于LTE信号的低空目标特征分析与提取研究,对于低空监视与要地防护等具有重要意义。LTE移动通信信号的核心技术之一是多载频正交频分复用技术, OFDM,分为时分双工TDD和频分双工FDD 2种模式。针对FDD-OFDM信号,首先建立了带旋翼低空目标雷达回波模型,推导了目标散射点的多普勒和微多普勒参数化表达,并分析了其微多普勒频率的影响因素。在此基础上,使用时频分析和Hough变换结合的方法对目标的微动特征参数进行提取,验证基于FDD-OFDM信号外辐射源双基雷达的低空目标微动特征提取的可行性和有效性。     

卫星干扰源定位理论研究

研究卫星干扰源的卫星定位理论.通过测量两颗相近位置卫星的时间差和多普勒频率差,可以确定地面干扰源的位置.在文中分析了卫星轨道参数与定位坐标之间的关系,给出了计算结果并进行了讨论.     

运动规律已知的目标脱靶量测量方法

研究运动规律已知的目标脱靶量测量问题.根据多普勒频率和脱靶量的参数方程,提出了一种脱靶量测量的新方法:首先通过时频变换,将目标回波信号表示为以频谱强度为灰度值的图像;然后通过门限检测把灰度图像变为二值图像;最后利用基于随机Hough变换(RHT)的曲线检测,通过求解多普勒频率和脱靶量参数方程获得脱靶量的估计值.打靶实测试验结果表明,该方法能够有效地克服多普勒频率测量误差对脱靶量测量的影响,提高了脱靶量的测量精度.