基于联合分布的雷达目标检测与分类方法研究

【摘要】本文主要研究强杂波或噪声背景下雷达目标检测与分类问题。由于隐身飞机/舰艇、低空/超低空突防武器和综合电子干扰在现代战争中的大规模应用，雷达需要具有在强杂波和噪声中检测和分类目标的能力。本文在雷达回波信号的联合分布（时频分布和时间-调频率分布）和特征提取方面展开研究，并将研究成果应用于海面微弱目标检测、空中机动距离扩展目标检测和空中直升机分类。本文的研究成果可概括为以下四部分：1，研究了海面微弱目标检测问题。分析了海面波浪的形成过程及结构特点，由此得到海杂波的非平稳特性。进而根据海杂波和目标回波在时频域的区别提出了基于时频迭代分解的海面慢速微弱目标检测方法：基于特征值分解，我们首先提出快速信号合成方法（FSSM），FSSM可以从信号的维格纳分布（WD）中更精确和快速地恢复出信号；然后，基于遮隔WD（MWD）和FSSM，提出信号迭代分解方法（IDM）；最后应用IDM将海面回波分解成许多分量，并根据各分量的时频聚集性从中找出目标回波，实现目标检测。应用实测海面回波验证该检测方法的结果表明其不仅能够高效地检测海面慢速微弱目标还能够显示目标的瞬时运动状态。2，研究了高斯白噪声背景下空中机动距离扩展目标检测问题。基于高分辨雷达（HRR）接收到的混频器输出，我们提出了三类距离扩展目标检测方法。(1)基于两个相邻混频器输出时频分解特性的距离扩展目标检测方法：首先，基于奇异值分解我们提出一种信号合成方法，它可以从两信号的互维格纳分布（CWD）中合成两个单位能量的信号，并且将两信号的能量集中在两个奇异值上；接着，提出了两个相邻混频器输出的互S-方法（CSM）。然后，将信号合成方法应用于两相邻混频器输出的CSM，得到奇异值；最后，根据所得奇异值的聚集性实现目标检测。应用没有经过距离走动校正的雷达回波数据验证所提检测方法，结果表明所提方法的检测性能优于传统方法且适用于高速运动目标。另外，该方法具有恒虚警（CFAR）特性。(2)基于一个混频器输出的匹配信号的距离扩展目标检测方法：首先构造混频器输出的匹配信号为频率与混频器输出中目标信号的最大频率相同的正弦函数；然后定义一个混频器输出的匹配模糊函数（MAF）和改进匹配滤波器（MMF）；根据混频器输出在MAF和MMF中零多普勒/频率的聚集性提出了两种距离扩展目标检测方法，分别命名为MAF-D和MMF-D。该类检测器利用一个回波因而可以检测高速（包括平动速度和转动速度）运动目标。应用实测数据的检测结果表明该类方法的检测性能优于传统的检测器且对目标姿态不敏感。(3)基于一个混频器输出的调频率（FR）函数的距离扩展目标检测方法：首先根据三次相位函数（CPF）定义FR函数并确定应用其分析离散线性调频（LFM）信号时的FR范围；然后根据回波信号在零FR处的聚集性实现目标检测。该方法可以检测高速目标。应用于实测距离扩展目标的检测结果表明该方法优于基于HRRP的检测器。3，针对高阶多项式相位信号的参数估计问题，我们提出了一种高分辨时间-调频率分布（TFRR），并分析了其在目标检测方面的潜在应用。我们推导出该TFRR的分析表达式，并证明了其相对于CPF具有较高的分辨率。该TFRR可以用来分析两个在时间-调频率（TFR）域非常靠近的信号。由于该TFRR是双线性变换，所以当两信号的瞬时频率（IF）信号相交或非常靠近时会受到交叉项的困扰。为了抑制交叉项，我们通过引入一个FR窗提出了平滑TFRR（STFRR）。应用STFRR分析噪声背景下的高阶多项式相位信号，结果表明STFRR具有检测目标的潜能。4，研究了高脉冲重复频率（PRF）雷达下直升机分类问题。分析了直升机主旋翼的微多普勒调制特征，针对回波信号积累时间是否大于两“闪烁”之间间隔这两种情况，我们提出了两类直升机主旋翼参数估计方法，最终实现直升机分类。(1)针对回波信号积累时间大于两“闪烁”之间间隔这种情况我们提出两种直升机分类技术：第一种方法是匹配滤波器（MF）方法，包括时域匹配滤波器（TMF）和时频域匹配滤波器（TFMF）；第二种方法为时频遮隔模板（TFMs）方法。该类方法可以分类叶片数目不同但微多普勒参数相同的直升机。仿真结果表明它们对于直升机的姿态和微多普勒参数的估计误差都具有鲁棒性。(2)针对回波信号积累时间小于两“闪烁”之间间隔这种情况我们提出了基于最小均方误差（MMSE）的部分周期数据微多普勒参数估计方法：在MMSE准则下应用正弦信号拟合从时频分布中提取出的旋翼叶片微多普勒信号，从而估计出叶片的转速和半径。仿真和实测数据的微多普勒参数估计结果都验证了该方法的有效性与精确性。
【作者】左磊；
【导师】李明；
【作者基本信息】西安电子科技大学，信号与信息处理，2014，博士
【关键词】微弱目标检测；海杂波；微多普勒；直升机；时频分布；时间-调频率分布；平滑TFRR；目标分类；距离扩展目标；信号分解；FR函数；匹配滤波器模糊函数；

【参考文献】
[1]张纯学.介绍几种国外的无人驾驶飞行器[J].飞航导弹.2001(05)
[2]贾亚男.青少年违法犯罪的预防教育与社会工作的介入[D].内蒙古师范大学,社会工作（专业学位）,2013,硕士.
[3]王莎莎.基于生态位理论城市旅游竞争力研究[D].华中师范大学,自然地理学,2013,硕士.
[4]曾华霖.石油重磁勘探的进展[J].石油地球物理勘探,1999,S1:115-124+150.
[5]赵宇辉.循环细胞膜微粒与高血压小鼠大脑中动脉重塑的相关性研究[D].广西医科大学,神经病学（专业学位）,2013,硕士.
[6]邵红全,赵茜.运用多维数据模型实现数据集市[J].河北省科学院学报,2003,02:99-102.
[7]谢春辉,孙赞东,王学军,杨午阳.VSP多波旅行时反演[J].石油地球物理勘探,2011,S1:40-46+163+168.
[8]张军英.对DES实行优化控制的一种方法[J].自动化学报,1992,01:96-101.
[9]高晓梅.钢丝网外喷高强砂浆加固钢筋砼梁正截面承载力试验研究[D].西安理工大学,结构工程,2004,硕士.
[10]卜亚君.产品伤害危机对品牌资产的影响研究[D].吉林大学,企业管理,2013,硕士.
[11]刘涛.基于SOA的网上报税系统的设计与实现[D].西安电子科技大学,计算机技术,2011,硕士.
[12]刘进.麻花秦艽资源调查和种质保存技术研究[D].甘肃中医学院,中药学,2014,硕士.
[13]谭欣.奇异源四倍体百合‘Honesty’种质渗入分析[D].浙江大学,园林植物与观赏园艺,2013,硕士.
[14]刘莉燕.临床护理操作技术难度系数的评价与应用[D].山西医科大学,护理学,2013,硕士.
[15]唐莎.试样尺寸对水及碱环境下环氧树脂的长期性能影响[D].哈尔滨工业大学,结构工程,2013,硕士.
[16]曹建章,朱光明.高斯束方法合成地震记录[J].石油地球物理勘探,1992,05:593-604+694.
[17]乔珍珍.简·奥斯丁作品中的童话情结[D].曲阜师范大学,英语语言文学,2013,硕士.
[18]姚若全.CD133在肝癌干细胞中的表达及作用[D].中南大学,临床医学,2013,博士.
[19]彭翠.习仲勋改革开放思想研究[D].扬州大学,思想政治教育,2012,硕士.
[20]沈映苑,吕笑微,王思昱.区域贸易协定与多边贸易体系将如何影响国际贸易体系[J].现代物业(中旬刊),2014,08:73-75.
[21]黄国宏,邵惠鹤.一种新的基于构造型RBF神经元网络分类算法[J].控制与决策,2005,12:1411-1414.
[22]马海真.临泽县黄家湾滩墓群发掘与分期研究[D].南京师范大学,考古学及博物馆学,2012,硕士.
[23]崔龙真.英汉经济新闻标题中概念隐喻对比研究[D].山东大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[24]曹云霞.南海问题及中国海洋战略研究[D].南京大学,国际关系,2013,硕士.
[25]谭军.基于数据挖掘的制造业CRM系统研究[D].中南大学,2004.
[26]郑重.一类特殊的广义鞍点问题的下三角分裂迭代方法[D].兰州大学,计算数学,2013,硕士.
[27]王勇军.明代监察体制述评[D].对外经济贸易大学,法律,2004,硕士.
[28]王昊.8至13世纪中期河北平原稻、麦种植问题研究述评[J].高校社科动态,2014,02:11-16.
[29]李丽珊,朱文兴.基于簇中心动态迁移的一个聚类算法[J].福建农业大学学报,2004,04:508-511.
[30]钱有华.关于同伦正则态射及其应用[D].浙江师范大学,基础数学,2004,硕士.
[31]王鼐.基于模糊信息优化处理模型的黄土地震滑坡致灾区域预测方法[D].中国地震局兰州地震研究所,构造地质学,2013,硕士.
[32]潘惠惠.非线性严格反馈系统的约束自适应反步控制及其应用[D].哈尔滨工业大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[33]陈西迎.A公司变电站工程项目管理方案与对策研究[D].西南交通大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[34]唐晓玲.中国人民银行西宁中心支行人力资源管理研究[D].西北大学,2004.
[35]张德忠.陆上石油地震勘探技术进步50年(续)[J].石油地球物理勘探,2000,06:683-694+702-820.
[36]罗玲.六月份西太平洋副高西伸过程和年际变动特征及其机理分析[D].南京气象学院,气象学,2004,硕士.
[37]韩海涛.空间目标精确配准及相关技术研究[D].国防科学技术大学,光学工程,2012,硕士.
[38]撖永强.鄂尔多斯地区中小学青年教师心理健康状况探析[D].内蒙古师范大学,心理健康教育（专业学位）,2013,硕士.
[39]苏会玲.c-Met和p-Akt在胃癌中的表达及其与胃癌血管生成拟态的关系[D].河北医科大学,肿瘤学,2013,硕士.
[40]冯利民,谌平平,陈玮,钱照明.提高开关电源抗EFT／B干扰性能的研究[J].电力系统自动化,2006,05:78-82.
[41]李林初.管理层收购与上市公司治理绩效研究[D].湖南大学,金融学,2003,硕士.
[42]陈涛.移动网HLR/HSS融合技术研究[D].北京邮电大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[43]白燕娥.基于遗传算法的属性约简算法研究与实现[D].长春理工大学,2004.
[44]高翔.网络安全检测关键技术研究[D].西北工业大学,2004.
[45]魏良平.邓小平新时期统战理论的创新之处及其当代价值[D].东北师范大学,中共党史,2012,硕士.
[46]常鑫.地方政府系统中编制外聘用人员管理的问题与思考[D].西北大学,公共管理（专业学位）,2012,硕士.
[47]谭希.5kW准二级压缩热泵系统的特性与试验研究[D].华中科技大学,制冷及低温工程,2012,硕士.
[48]刘畅.依恋类型对现在和未来自我表征差异性的影响[D].西南大学,发展与教育心理学,2013,硕士.
[49]乔晔.SCM协定下有关补贴定义的若干法律问题研究[D].上海社会科学院,国际法学,2012,硕士.
[50]杨迎冬.基于GIS的河南铝土矿多源信息集成与管理及成矿预测[D].中南大学,2004.