超宽带雷达目标电磁特征抽取与识别方法研究

论文摘要

超宽带雷达是一种新体制雷达,已成为现代雷达系统发展的重要方向之一。在这种新体制下,雷达获取目标和环境信息的能力在频域大幅度扩展,可同时激励目标瑞利区、谐振区及光学区散射特性,进而使提取目标和环境更为丰富的电磁波谱信息成为可能。UWB雷达目标电磁特征抽取与识别方法的研究对于探求雷达目标识别的新机理、新方法,提高精导武器和战场侦察系统目标识别能力具有重要理论意义和实用价值。本文系统研究了UWBR导体目标识别的理论和技术,主要工作包括:①开展了基于UWBR导体目标散射回波数学模型特征提取方法的研究。本文深入分析了导体目标散射回波后时、前时以及整体回波的数学模型,分别给出了导体目标散射回波后时的精确表示方法和散射回波的统一模型;接着,针对传统极点提取方法存在的前后时回波分割问题,通过对目标整体散射回波的ARMA模型逼近,结合SVD和TLS技术提出了一种基于ARMA模型目标极点提取算法,有效改善了极点提取的精度;随后,基于给出的散射回波统一模型开展了UWBR导体目标散射中心特性分析以及特征提取的研究,提出了一种GTD模型参数提取新方法,通过实验手段揭示了UWBR导体目标散射中心存在主散射分量这一物理现象,并分析了利用GTD模型提取导体目标主散射分量和散射回波建模的可行性。②针对基于模型特征抽取方法存在的不足,开展了基于UWBR导体目标散射回波稀疏特性的无模型约束特征抽取方法的研究。本文定义了信号的欠完备原子库稀疏表示问题,理论证明了欠完备原子库对信号空间的二元划分能力,给出了欠完备原子库的几点重要性质以及求解具有最小分解残差能量欠完备原子库的训练算法;随后,根据欠完备原子库的有关特性,提出了一种目标识别新特征——原子库特征、相应的抽取方法以及原子库特征最优原子库个数的搜索方法,并通过大量实验证明了该新特征的有效性。③利用导体目标极点特征开展了基于UWBR散射回波后时目标识别方法的研究。本文首先理论分析了导体目标回波后时的互相关特性,推导了回波后时互相关处理后信号交叉项不产生新极点分量的条件,给出了一种新的信号互相关函数估计方法,并针对Blanco等人提出的渐近无偏E脉冲目标识别方法存在的缺陷,结合新的互相关算法,提出了MAUAE目标识别方法;随后,针对低信噪比目标识别问题,理论分析了BE脉冲识别方案具有的优势及存在的问题,分别研究了BE脉冲方案的改进方法、实现技术以及快速目标识别方法,相继提出了MBE脉冲识别方法、E脉冲发射端合成技术以及BEGLRT快速目标识别方法,形成了基于极点特征的目标识别理论与系统实现框架,为基于目标回波后时的低信噪比目标识别提供了理论基础和工程化实现的初步方案。④针对基于回波后时目标识别存在的不足,分别使用提出的导体目标散射中心特征和原子库特征开展了基于目标整体散射回波目标识别方法的研究。基于似然比检测和匹配追踪理论,本文分别使用第二、三章提出的回波散射中心主散射分量GTD模型参数和原子库作为特征,提出了两种不同的目标回波重构方法以及相应的目标识别方案,并利用电磁计算和实测数据证实了这两种方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 UWB 雷达技术及发展现状
• 1.3 UWB 雷达目标电磁特征抽取及识别方法研究进展
• 1.4 论文主要工作
• 第二章 基于UWBR 目标散射回波数学模型的电磁特征抽取
• 2.1 引言
• 2.2 UWBR 导体目标散射回波数学模型
• 2.2.1 UWB 雷达导体目标散射回波
• 2.2.2 导体目标散射回波后时的数学模型
• 2.2.3 导体目标散射回波前时的数学模型
• 2.2.4 导体目标散射回波的数学模型
• 2.3 基于ARMA 模型的目标极点特征提取方法
• 2.3.1 基于ARMA 模型的极点提取方法
• 2.3.2 实验验证与结果分析
• 2.4 GTD 模型建模UWBR 导体目标散射回波适应性分析及特征提取
• 2.4.1 基于匹配追踪的模型参数提取算法
• 2.4.2 导体目标UWB 散射回波GTD 建模与特征抽取分析
• 2.5 小结
• 第三章 基于UWBR 目标散射回波的无模型约束特征抽取
• 3.1 引言
• 3.2 信号的欠完备原子库表示
• 3.2.1 信号的稀疏表示及匹配追踪算法
• 3.2.2 欠完备原子库信号稀疏表示的定义及性质
• 3.3 最小分解残差欠完备原子库求解
• 3.3.1 信号欠完备原子库稀疏表示优化模型
• 3.3.2 最小分解残差欠完备原子库求解
• 3.4 目标原子库特征及构造方法
• 3.4.1 匹配度目标识别准则的线性表达式
• 3.4.2 原子库特征及构造方法
• 3.5 目标原子库特征最优原子数搜寻方法
• 3.6 仿真实验及结果分析
• 3.6.1 基于数值计算散射回波数据的仿真实验
• 3.6.2 基于实测散射回波数据的仿真实验
• 3.7 小结
• 第四章 基于UWBR 目标散射回波后时的识别方法
• 4.1 引言
• 4.2 修正的渐近无偏E 脉冲目标识别方法
• 4.2.1 目标回波后时的互相关特性
• 4.2.2 渐近无偏E 脉冲识别方法分析
• 4.2.3 修正的渐近无偏E 脉冲识别方法
• 4.2.4 仿真实验及结果分析
• 4.3 MBE 脉冲识别方法及实现技术
• 4.3.1 MBE 脉冲雷达目标识别方法
• 4.3.2 E 脉冲波形实现技术
• 4.3.3 仿真实验及结果分析
• 4.4 基于广义似然比测试的快速BE 脉冲目标识别方法
• 4.4.1 目标识别二元检验模型的建立
• 4.4.2 广义似然比目标识别检测量
• 4.4.3 广义似然比目标识别方法性能分析
• 4.4.4 仿真实验与结果分析
• 4.5 小结
• 第五章 基于UWBR 目标整体散射回波的识别方法
• 5.1 引言
• 5.2 多目标识别的似然比判决器
• 5.3 基于GTD 模型参数特征的UWBR 目标识别方法
• 5.3.1 变步长时移参数估计方法
• 5.3.2 基于GTD 模型参数的目标散射回波重构
• 5.3.3 基于似然比测试的多目标识别
• 5.3.4 仿真实验及结果分析
• 5.4 基于原子库特征的UWBR 目标识别方法
• 5.4.1 基于原子库的波形重构方法
• 5.4.2 目标识别的似然比判决
• 5.4.3 仿真实验及结果分析
• 5.5 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 作者攻读博士学位期间参与的项目及完成的工作