双基地雷达弹道目标成像与特征提取方法研究

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雷达作为弹道导弹防御系统的核心传感器,在弹道导弹防御的预警探测、跟踪、成像、特征提取与识别、制导、拦截以及毁伤评估等各个环节均发挥着不可替代的作用。攻防对抗的竞争日益激烈,突防措施的不断更新,使单基地雷达面临前所未有的挑战。双/多基地雷达因具备反隐身、抗干扰、信息融合等天然优势,而重新受到重视,特别是随着数字通信、高速运算、频率综合技术的进步,双/多基地雷达的优势逐渐得以实现。本文以双/多基地雷达在弹道导弹防御中的应用需求为背景,深入研究了双基地雷达弹道目标成像与特征提取技术,重点开展了弹道目标双基地散射特性分析与动态回波建模,双基地一维成像与特征提取,二维成像与特征提取三方面的工作:1.弹道目标双基地散射特性分析与动态回波建模采用等效电磁流法求解了高频条件下旋转对称弹头目标的双基地散射特性,证实旋转对称目标双基地散射中心与双基地角平分线上单基地雷达观测的散射中心位置是一致的,采用快速多层多极子电磁计算方法获得了几类弹头模型的宽带双基地散射幅度,验证了上述结论;进一步研究表明旋转对称目标的双基地散射中心随着目标运动、发射站和接收站位置的变化而在目标上滑动;基于滑动型双基地散射中心模型,建立了各个散射中心随目标平动、自旋以及进动的运动模型,为弹道目标散射中心运动规律提供了准确的数学描述;最后结合弹道目标运动模型和电磁计算数据,给出了弹道目标宽带双基地雷达动态回波建模与仿真方法,为弹道目标成像与特征提取提供了数据支撑。2.基于双基地一维距离像的特征提取建立了高速运动目标宽带双基地雷达回波模型,其形式与单基地雷达回波相同,但物理内涵不同,分析了速度、加速度以及双基地角对双基地一维距离像的影响,采用基于多分量多项式相位信号参数估计方法实现了运动补偿;利用补偿后的一维距离像序列构建了时间-距离分布图,提出了基于时间-距离分布图相关的进动频率和剩余速度估计方法,能获得稳定的估计结果;然后结合弹道目标的对称特性,采用扩展Hough变换方法同时获得了完整的锥形目标结构与微动特征,一定条件下解决了弹道目标微动与结构参数耦合难题。利用宽带T/R-R双基地雷达同时观测到目标的单/双基地一维距离像中散射中心的位置,结合目标定位方法,提出了目标长度和姿态角的估计方法,并分析了目标位置、基线长度对估计精度的影响,有效解决了单基地观测一维距离像长度敏感于目标姿态的问题;建立了多基地进动目标观测模型,提出了基于双基地观测的弹道目标进动角和真实长度的联合提取新方法,并讨论了布站对特征提取精度的影响,有效解决了单基地雷达观测信息不完全目标真实长度难以在短时间内获取的问题;提出了基于T/R-R双基地雷达同时观测自旋目标的特征提取方法,两个接收站通过对一维距离像序列的扩展Hough变换处理分别估计参数,然后进行参数关联和融合处理,获得了目标的真实尺寸,解决了单基地雷达观测的旋转半径通常小于真实值的问题。3.双基地ISAR成像与特征提取针对窄带单基地雷达自旋目标二维成像结果受旋转矢量与雷达视线夹角的调制而小于实际尺寸的问题,提出了基于窄带T/R-R双基地雷达自旋目标联合成像方法,通过联合参数估计将成像结果投影到旋转平面上,获得了反映目标真实尺寸的单/双基地二维像,有利于目标识别。建立了基于目标进动的宽带双基地ISAR成像模型,推导了最佳成像时间,通过T/R-R双基地雷达联合观测先估计进动参数,然后选择最佳时间窗内的一维距离像,采用FFT处理可获得清晰的双基地ISAR像;在进动参数未知时,提出先采用时频分析方法获得距离-瞬时多普勒(RID)像序列,利用两个接收站同时观测的单/双基地RID像序列,通过图像配准实现了单/双基地ISAR像的同时横向定标,解决了单基地雷达通过图像配准受进动角大小限制的问题,最后提出了利用定标前后的ISAR序列中特显点的运动规律估计进动角的方法。
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