基于高分辨成像的毫米波雷达目标识别技术研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文时和波束方向性信息，而将探测对象视为“点”目标来处理。雷达的作用就是通过其接收系统监测（发现）并识别和跟踪该“点”目标。然而，宽脉冲雷达的测距精确度较差，当两个目标间的距离很近时，要想使宽脉冲雷达对它们具有良好的距离分辨能力，几乎是不可能的。这说明普通的低分辨雷达的功能是有限的。因此，为了增加雷达对距离很近的不同目标的分辨能力，或获得对相同目标的沿径向分布的多强散射点回波信号的细微特征，就导致了高分辨雷达(HRR)的产生。假设雷达发射波形的等效带宽为B，则雷达的分辨率∆R一般定义为：c∆=R(1-1)2B8其中，c=3.010×m/s称为电

2、磁波的传播速度。在简单矩形脉冲时，即脉内载波不存在任何频率或相位调制，脉冲等效带宽B与其脉冲宽度τ满足Bτ≈1的关系，因而，雷达分辨率又可以表示为：cτ∆=R(1-2)2因此，宽脉冲的使用必然会降低雷达的距离分辨率。如果在宽脉冲内的载波上采用附加的频率或相位调制以增加信号等效带宽B，当接收时匹配滤波进行处理，将宽脉冲压缩到1/B宽度，这样既可使雷达用宽的脉冲去获得大的能量，同时又可以得到锻脉冲所具有的距离分辨率。这种信号称为脉冲压缩信号或称为大时宽带宽积信号。因为脉内有附加调制后，其脉冲宽度τ和带宽B的乘积大于1，一般采用Bτ1。一般来说，纵向距离的高分辨可以通过窄脉

3、冲技术（也称时间编码）或[1]综合脉冲技术（也称频率编码或相位编码）来获得。通常使用窄脉冲技术时，为了保证雷达的平均发射功率，可以通过增加脉冲峰值功率或脉冲重复频率(PRF)的方法来获得。但是，脉冲峰值功率的增加受到技术条件的限制，而脉冲重复频率的增加势必会导致不模糊距离的下降，因此，通过时间编码的方法构成的高分辨雷达，只能在近距离处使用，如地面勘测或矿物开采等。使用脉冲综合的方式来获得纵向距离的高分辨率，通常采用相位编码和频率编码的脉冲压缩技术，这种脉压技术既能通过宽脉冲保证雷达所需要的作用距离的要求，又能通过接收端的匹配滤波，获得径向距离的高分辨率，从而解决了雷达探

4、测能力与距离分辨率的矛盾。所以，脉冲综合的方法是高分辨雷达波形设计最常用的方法。-2-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文宽脉冲综合的方法一般包括：线性频率连续波雷达(LFMCWR)、步进频率雷达(SFR)、线性频率脉冲波雷达(LFMPWR)和相位编码雷达(PCR)等等。其中，最常用的两种高分辨雷达波形包括线性调频连续波雷达信号和步进频率雷达信号。在本文中采用的正是步进频率雷达信号。1.2.2雷达目标识别系统模型概述雷达目标识别需要从目标的雷达回波中提取目标的有关信息标志和稳定特征并判明其属性。它根据目标的后向电磁散射来鉴别目标，是电磁散射的逆问题。利用目标在雷达远区所产生的

5、散射场的特征，可以获得用于目标识别的信息，回波信号的幅值、相位、频率和极化等均可被利用。对获取的目标信息进行计算机处理，与己知目标的特性进行比较，从而达到识别目标的[2]目的。识别过程分成三个步骤：目标的数据获取、特征提取和分类判决。相应模型如图1-1所示。目标空间参数空间映射空间属性空间实测传感器特征信特征空目标分数据变换号提取间变换类识别输出训练目标测特征信特征空样本样本数据量号提取间变换存储学习图1-1雷达目标识别框图1.2.3雷达目标识别技术概述雷达目标识别(RadarTargetRecognition,RTR)是指从接收到的目标散射回波中提取目标雷达信号特征和

6、反映目标属性的稳定特征，并对目标的类[3]别、真假和属性等做出某种判决，本质上它属于模式识别的范畴。其研究内容主要包括目标特征分析和提取方法，以及基于目标特征的分类方法。-3-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文经过多年的发展，雷达目标识别在目标特征信号的检测和分析、特征提取、分类识别、目标成像及其实现技术等方面都有一定程度的突破。不同类型的雷达所获取目标的散射信息会不同，从而出现了多种目标识别方法。1.2.3.1目标回波起伏特征和动态目标回波调制特征识别对目标散射特征的研究表明，只要目标相对雷达运动或姿态变化，则目标回波幅度的时间经历将出现强弱起伏，回波相位的时间经历将表现

7、为剧烈抖动变化，产生所谓回波起伏。例如，飞机螺旋桨转动及机身的颤动，都会引起回波调制。直接利用回波起伏特征识别目标的研究可以追溯到1958年。当时，Barton从精密跟踪雷达所跟踪到的前苏联第二颗人造卫星SputnikII的回波起伏中发现，有与角反射器回波相似的周期分量存在，当即断言卫星上有角反射器，从此[4]开创了雷达目标识别的新方向。后来，Borden对目标有限方位多频回波数据的统计特征进行研究表明：在雷达视线的垂直平面内，目标回波的方位梯度的投影呈自由度为2的学生分布，其分布方差与目标本身在这一平面内的[5]投影有关，这一特点为目标