基于高分辨成像的毫米波雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)研究

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1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文時(shí)和波束方向性信息,而將探測(cè)對(duì)象視為“點(diǎn)”目標(biāo)來處理。雷達(dá)的作用就是通過其接收系統(tǒng)監(jiān)測(cè)(發(fā)現(xiàn))并識(shí)別和跟蹤該“點(diǎn)”目標(biāo)。然而,寬脈沖雷達(dá)的測(cè)距精確度較差,當(dāng)兩個(gè)目標(biāo)間的距離很近時(shí),要想使寬脈沖雷達(dá)對(duì)它們具有良好的距離分辨能力,幾乎是不可能的。這說明普通的低分辨雷達(dá)的功能是有限的。因此,為了增加雷達(dá)對(duì)距離很近的不同目標(biāo)的分辨能力,或獲得對(duì)相同目標(biāo)的沿徑向分布的多強(qiáng)散射點(diǎn)回波信號(hào)的細(xì)微特征,就導(dǎo)致了高分辨雷達(dá)(HRR)的產(chǎn)生。假設(shè)雷達(dá)發(fā)射波形的等效帶寬為B,則雷達(dá)的分辨率?R一般定義為:c?=R(1-1)2B8其中,c=3.010×m/s稱為電

2、磁波的傳播速度。在簡(jiǎn)單矩形脈沖時(shí),即脈內(nèi)載波不存在任何頻率或相位調(diào)制,脈沖等效帶寬B與其脈沖寬度τ滿足Bτ≈1的關(guān)系,因而,雷達(dá)分辨率又可以表示為:cτ?=R(1-2)2因此,寬脈沖的使用必然會(huì)降低雷達(dá)的距離分辨率。如果在寬脈沖內(nèi)的載波上采用附加的頻率或相位調(diào)制以增加信號(hào)等效帶寬B,當(dāng)接收時(shí)匹配濾波進(jìn)行處理,將寬脈沖壓縮到1/B寬度,這樣既可使雷達(dá)用寬的脈沖去獲得大的能量,同時(shí)又可以得到鍛脈沖所具有的距離分辨率。這種信號(hào)稱為脈沖壓縮信號(hào)或稱為大時(shí)寬帶寬積信號(hào)。因?yàn)槊}內(nèi)有附加調(diào)制后,其脈沖寬度τ和帶寬B的乘積大于1,一般采用Bτ?1。一般來說,縱向距離的高分辨可以通過窄脈

3、沖技術(shù)(也稱時(shí)間編碼)或[1]綜合脈沖技術(shù)(也稱頻率編碼或相位編碼)來獲得。通常使用窄脈沖技術(shù)時(shí),為了保證雷達(dá)的平均發(fā)射功率,可以通過增加脈沖峰值功率或脈沖重復(fù)頻率(PRF)的方法來獲得。但是,脈沖峰值功率的增加受到技術(shù)條件的限制,而脈沖重復(fù)頻率的增加勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致不模糊距離的下降,因此,通過時(shí)間編碼的方法構(gòu)成的高分辨雷達(dá),只能在近距離處使用,如地面勘測(cè)或礦物開采等。使用脈沖綜合的方式來獲得縱向距離的高分辨率,通常采用相位編碼和頻率編碼的脈沖壓縮技術(shù),這種脈壓技術(shù)既能通過寬脈沖保證雷達(dá)所需要的作用距離的要求,又能通過接收端的匹配濾波,獲得徑向距離的高分辨率,從而解決了雷達(dá)探

4、測(cè)能力與距離分辨率的矛盾。所以,脈沖綜合的方法是高分辨雷達(dá)波形設(shè)計(jì)最常用的方法。-2-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文寬脈沖綜合的方法一般包括:線性頻率連續(xù)波雷達(dá)(LFMCWR)、步進(jìn)頻率雷達(dá)(SFR)、線性頻率脈沖波雷達(dá)(LFMPWR)和相位編碼雷達(dá)(PCR)等等。其中,最常用的兩種高分辨雷達(dá)波形包括線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)信號(hào)和步進(jìn)頻率雷達(dá)信號(hào)。在本文中采用的正是步進(jìn)頻率雷達(dá)信號(hào)。1.2.2雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)模型概述雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別需要從目標(biāo)的雷達(dá)回波中提取目標(biāo)的有關(guān)信息標(biāo)志和穩(wěn)定特征并判明其屬性。它根據(jù)目標(biāo)的后向電磁散射來鑒別目標(biāo),是電磁散射的逆問題。利用目標(biāo)在雷達(dá)遠(yuǎn)區(qū)所產(chǎn)生的

5、散射場(chǎng)的特征,可以獲得用于目標(biāo)識(shí)別的信息,回波信號(hào)的幅值、相位、頻率和極化等均可被利用。對(duì)獲取的目標(biāo)信息進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理,與己知目標(biāo)的特性進(jìn)行比較,從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)的[2]目的。識(shí)別過程分成三個(gè)步驟:目標(biāo)的數(shù)據(jù)獲取、特征提取和分類判決。相應(yīng)模型如圖1-1所示。目標(biāo)空間參數(shù)空間映射空間屬性空間實(shí)測(cè)傳感器特征信特征空目標(biāo)分?jǐn)?shù)據(jù)變換號(hào)提取間變換類識(shí)別輸出訓(xùn)練目標(biāo)測(cè)特征信特征空樣本樣本數(shù)據(jù)量號(hào)提取間變換存儲(chǔ)學(xué)習(xí)圖1-1雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別框圖1.2.3雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)概述雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別(RadarTargetRecognition,RTR)是指從接收到的目標(biāo)散射回波中提取目標(biāo)雷達(dá)信號(hào)特征和

6、反映目標(biāo)屬性的穩(wěn)定特征,并對(duì)目標(biāo)的類[3]別、真假和屬性等做出某種判決,本質(zhì)上它屬于模式識(shí)別的范疇。其研究?jī)?nèi)容主要包括目標(biāo)特征分析和提取方法,以及基于目標(biāo)特征的分類方法。-3-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文經(jīng)過多年的發(fā)展,雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別在目標(biāo)特征信號(hào)的檢測(cè)和分析、特征提取、分類識(shí)別、目標(biāo)成像及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)等方面都有一定程度的突破。不同類型的雷達(dá)所獲取目標(biāo)的散射信息會(huì)不同,從而出現(xiàn)了多種目標(biāo)識(shí)別方法。1.2.3.1目標(biāo)回波起伏特征和動(dòng)態(tài)目標(biāo)回波調(diào)制特征識(shí)別對(duì)目標(biāo)散射特征的研究表明,只要目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)運(yùn)動(dòng)或姿態(tài)變化,則目標(biāo)回波幅度的時(shí)間經(jīng)歷將出現(xiàn)強(qiáng)弱起伏,回波相位的時(shí)間經(jīng)歷將表現(xiàn)

7、為劇烈抖動(dòng)變化,產(chǎn)生所謂回波起伏。例如,飛機(jī)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)及機(jī)身的顫動(dòng),都會(huì)引起回波調(diào)制。直接利用回波起伏特征識(shí)別目標(biāo)的研究可以追溯到1958年。當(dāng)時(shí),Barton從精密跟蹤雷達(dá)所跟蹤到的前蘇聯(lián)第二顆人造衛(wèi)星SputnikII的回波起伏中發(fā)現(xiàn),有與角反射器回波相似的周期分量存在,當(dāng)即斷言衛(wèi)星上有角反射器,從此[4]開創(chuàng)了雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別的新方向。后來,Borden對(duì)目標(biāo)有限方位多頻回波數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行研究表明:在雷達(dá)視線的垂直平面內(nèi),目標(biāo)回波的方位梯度的投影呈自由度為2的學(xué)生分布,其分布方差與目標(biāo)本身在這一平面內(nèi)的[5]投影有關(guān),這一特點(diǎn)為目標(biāo)

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