谐振区雷达目标特征提取与目标识别研究

论文摘要

谐振区雷达目标散射特性携带了目标的形状、尺寸等本原信息,是可供雷达目标识别使用的最为有效的电磁频谱特性。开展谐振区雷达目标识别研究可对重点防御目标进行早期预警、有效跟踪和精确打击;可充分发挥现役高频地波超视距雷达的特点,提高系统的整体性能。在高频地波超视距雷达工作频率范围内,舰船目标和飞机目标的散射特性基本处于谐振区。这一特点为高频地波超视距雷达目标识别提供了重要依据。针对这样的研究背景,本文从雷达目标散射特性的获取与分析,谐振区雷达目标特征的提取,谐振区雷达目标识别等三个方面进行了逐步深入的研究。首先,改进了在以往矩量法计算目标RCS中采用的线框几何建模方法,提出了一种适合谐振区复杂目标RCS计算的基于有限元建模软件FEMAP的曲面几何建模方法,实现了通过仿真计算手段获取更准确的目标RCS。提出利用一阶海杂波获取准确的高频地波超视距雷达舰船目标实测RCS的方法。利用实测RCS验证了曲面建模方法的准确性。利用仿真计算的手段研究舰船目标和飞机目标的在高频波段的RCS的变化特点,分析了目标尺寸和典型部件对RCS的贡献。其次,深入研究了利用仿真计算的频域数据提取复杂目标极点特征需要解决的问题。提出了一种基于谐振区频域散射数据的复杂目标极点特征提取方法。分析了由于频域数据截断造成的时域入射波形展宽和由此带来的对时域瞬态响应数据获取的影响;详细分析了入射波和目标相互作用产生瞬态响应的过程,定义了更加合理的晚期响应开始时间。提出基于晚期响应恢复误差最小化原则的改进总体最小二乘矩阵束方法,实现了飞机和舰船目标极点特征的可靠提取,首次给出了飞机和舰船目标各方位一致的极点特征。实现了用较少的极点和留数准确恢复目标的时域响应和目标频域响应。然后,研究了对目标频域响应数据进行有理逼近的问题。深入研究了以往的有理逼近方法对目标频域响应进行逼近存在的问题。将正交矢量拟合方法引入目标频域响应逼近问题中,运用迭代策略克服线性化误差,用正交部分分式代替多项式作为基函数解决法方程矩阵病态问题。对简单目标和复杂目标的仿真均获得了极好的频域响应逼近效果;同时可获得目标极点特征。与改进整体最小二乘矩阵束方法的效果相比,该方法获得的简单目标极点也更加准确。方法既实现了直接对目标频域数据进行有理逼近获得目标极点特征,又得到了目标频域响应的精确逼近。最后研究了谐振区雷达目标识别问题。在宽带雷达目标识别中,实现了利用极点特征匹配方法识别复杂目标。重点研究了噪声对极点提取以及对识别的影响。针对窄带雷达多频RCS特征目标识别中存在的问题,着重开展了雷达工作频率优化选择方面的研究。提出了基于平均分类错误概率最小准则的频率优化选择方法,实现了在较少的工作频率情况下实现较高的目标识别率。提出了一种基于门限技术的近邻分类器扩展方法,实现了在对库中舰船目标可靠识别的基础上,对非库中舰船目标有效拒判。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 雷达目标识别方法综述
• 1.2.1 基于目标回波起伏的目标识别方法
• 1.2.2 基于调制谱特性的目标识别方法
• 1.2.3 基于多频特征的目标识别方法
• 1.2.4 基于极点的目标识别方法
• 1.2.5 基于极化特征的目标识别方法
• 1.2.6 基于一维距离像的目标识别方法
• 1.3 极点提取方法综述
• 1.3.1 Prony 方法
• 1.3.2 矩阵束方法
• 1.3.3 E 脉冲方法
• 1.3.4 迭代方法
• 1.3.5 国内的研究状况
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 谐振区目标RCS 计算与分析
• 2.1 雷达散射截面理论
• 2.1.1 RCS 的定义和性质
• 2.1.2 谐振区RCS 预估计方法
• 2.2 复杂目标曲面几何建模方法
• 2.2.1 目标几何建模
• 2.2.2 基于FEMAP 软件的几何建模与剖分处理
• 2.2.3 实测数据验模比较
• 2.3 实测RCS 获取与验证
• 2.3.1 利用一阶海杂波获取实测RCS
• 2.3.2 实测RCS 与计算结果的比较
• 2.4 复杂目标的RCS 计算和分析
• 2.4.1 瑞利区划分与RCS 估计
• 2.4.2 飞机目标RCS 分析
• 2.4.3 舰船目标RCS 分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于频域数据的极点特征提取
• 3.1 奇点展开法理论
• 3.2 基于频域数据的复杂目标极点提取
• 3.2.1 晚期响应获取
• 3.2.2 改进的总体最小二乘矩阵束法
• 3.3 极点提取仿真实验
• 3.3.1 细导线目标极点提取与验证
• 3.3.2 导体球目标极点提取实验
• 3.3.3 飞机目标极点提取实验
• 3.3.4 舰船目标极点提取实验
• 3.4 复平面上多方位极点位置调整
• 3.4.1 基于滑动窗的多方位极点位置调整方法
• 3.4.2 晚期响应的恢复
• 3.5 时域瞬态响应恢复
• 3.5.1 瞬态响应的极点近似展开
• 3.5.2 仿真结果
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于有理逼近的特征提取和响应恢复
• 4.1 目标频域响应有理逼近的理论基础
• 4.2 目标频域响应的有理逼近算法
• 4.2.1 最小二乘有理逼近算法
• 4.2.2 极大极小有理逼近算法
• 4.3 正交矢量拟合
• 4.3.1 正交化部分分式基函数
• 4.3.2 分母的零点获取
• 4.3.3 迭代实现过程
• 4.4 OVF 方法仿真试验
• 4.4.1 细导线目标
• 4.4.2 导体球目标
• 4.4.3 飞机目标
• 4.4.4 舰船目标
• 4.5 本章小结
• 第5章 谐振区雷达目标识别
• 5.1 基于极点特征提取的复杂目标识别
• 5.1.1 噪声对极点特征提取的影响
• 5.1.2 飞机目标识别仿真实验
• 5.2 基于频率优化选择的多频目标识别
• 5.2.1 基于MER 的频率优化选择
• 5.2.2 频率优化选择算法
• 5.2.3 飞机目标识别仿真
• 5.2.4 舰船目标识别仿真
• 5.3 基于门限技术的近邻分类器扩展
• 5.3.1 拒判门限的设置
• 5.3.2 舰船目标识别仿真实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历