中段目标一维距离像姿态敏感性分析与识别技术研究
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摘要
高分辨距离像的姿态敏感性问题是距离像目标识别技术中的难题。本文围绕距离像姿态敏感性展开研究,论文可以概括为以下三部分:
首先,基于散射点模型,分三个层次描述了距离像姿态敏感性,分析了各层次姿态敏感性的成因与特点。基于宽带雷达回波模型,推导了距离像闪烁的回波模型和物理机理,分析得出了距离像发生闪烁时回波功率调制的特点,分析了距离像闪烁发生概率和影响幅度范围。对比了距离像闪烁和跟踪雷达中角闪烁概念和性质。
其次,基于典型的特征提取方法,提出了定量分析距离像姿态敏感性影响的分析方法,得出了不同层次姿态敏感性的影响特点。讨论了距离像姿态敏感性对目标识别系统的影响,分析了数据预处理、模板构造和特征选择等关键问题,设计了基于闪烁不敏感特征的自适应角域划分方法和特征选择方法,提高了识别性能。
再次,针对姿态敏感性问题,从数据驱动思想出发,提出了聚类模板的解决办法。该方法根据数据本身的特质划分并构造模板,克服了邻近姿态角模板生成算法对姿态角信息的依赖,提高工程可行性的同时提高了识别性能。
最后总结全文,提出进一步工作的展望。
Target-aspect sensitive problem is the headache of radar automatic target recognize system (RATR) based on high-resolution range profile (HRRP). This thesis focus on the HRRP target-aspect sensitivity and the research can be summarized in three aspects.
Based on the scattering center model,the first part makes a detailed analysis of the target-aspect sensitivity of HRRP in three hierarchical levels, points out the formation and characteristics of the sensitivity in each level.Then echo model and the physical mechanism for HRRP with glint range cells is calculated based on the wide band radar system. Some kernels are emphasized, including the specialty of the echo power modulation, the probability of glint and the effect on the amplitude of glint. In the end, the chapter compares the glint in HRRP and the angular glint in tracking radar and summarizes the differences in the concept and property.
The second part proposes a quantitatively analyze method to measure the impacts of the target-aspect sensitivity on HRRP based on feature extraction. Differences measurements are constituted in order to analyze of the influence on HRRP from three different level of target-aspect sensitivity in quantity. Based on the analysis, the thesis study on the effects of the target-aspect sensitivity on HRRP-based RATR system, propose some thorough understanding on some process in HRRP-based RATR system, such as date preprocessing, template generation, extracting features and so on. Then a template generation method using the adaptive partition of angular domain based on glint insensitive features is put forward, which can make a better recognition result in the experiment.
According to the target-aspect sensitivity problem, the thesis proposes an algorithm of automatic generation of HRRP clustering template in the third part, based on the data driving means. The algorithm, which can generate templates without target-aspect information, is more practical than traditional algorithm. The result of experiments proves the excellent performance of the algorithm.
In the end, the research result of the thesis has been systematically summarized and the research direction in the future has been indicated.
首先,基于散射点模型,分三个层次描述了距离像姿态敏感性,分析了各层次姿态敏感性的成因与特点。基于宽带雷达回波模型,推导了距离像闪烁的回波模型和物理机理,分析得出了距离像发生闪烁时回波功率调制的特点,分析了距离像闪烁发生概率和影响幅度范围。对比了距离像闪烁和跟踪雷达中角闪烁概念和性质。
其次,基于典型的特征提取方法,提出了定量分析距离像姿态敏感性影响的分析方法,得出了不同层次姿态敏感性的影响特点。讨论了距离像姿态敏感性对目标识别系统的影响,分析了数据预处理、模板构造和特征选择等关键问题,设计了基于闪烁不敏感特征的自适应角域划分方法和特征选择方法,提高了识别性能。
再次,针对姿态敏感性问题,从数据驱动思想出发,提出了聚类模板的解决办法。该方法根据数据本身的特质划分并构造模板,克服了邻近姿态角模板生成算法对姿态角信息的依赖,提高工程可行性的同时提高了识别性能。
最后总结全文,提出进一步工作的展望。
Target-aspect sensitive problem is the headache of radar automatic target recognize system (RATR) based on high-resolution range profile (HRRP). This thesis focus on the HRRP target-aspect sensitivity and the research can be summarized in three aspects.
Based on the scattering center model,the first part makes a detailed analysis of the target-aspect sensitivity of HRRP in three hierarchical levels, points out the formation and characteristics of the sensitivity in each level.Then echo model and the physical mechanism for HRRP with glint range cells is calculated based on the wide band radar system. Some kernels are emphasized, including the specialty of the echo power modulation, the probability of glint and the effect on the amplitude of glint. In the end, the chapter compares the glint in HRRP and the angular glint in tracking radar and summarizes the differences in the concept and property.
The second part proposes a quantitatively analyze method to measure the impacts of the target-aspect sensitivity on HRRP based on feature extraction. Differences measurements are constituted in order to analyze of the influence on HRRP from three different level of target-aspect sensitivity in quantity. Based on the analysis, the thesis study on the effects of the target-aspect sensitivity on HRRP-based RATR system, propose some thorough understanding on some process in HRRP-based RATR system, such as date preprocessing, template generation, extracting features and so on. Then a template generation method using the adaptive partition of angular domain based on glint insensitive features is put forward, which can make a better recognition result in the experiment.
According to the target-aspect sensitivity problem, the thesis proposes an algorithm of automatic generation of HRRP clustering template in the third part, based on the data driving means. The algorithm, which can generate templates without target-aspect information, is more practical than traditional algorithm. The result of experiments proves the excellent performance of the algorithm.
In the end, the research result of the thesis has been systematically summarized and the research direction in the future has been indicated.
引文
[1]张光义等,空间探测相控阵雷达[M].北京:科学出版社,2001
[2] Andrew M Sessler等著卢胜利等译, NMD与反制NMD[M].北京:国防大学出版社,2001
[3]刘永祥.导弹防御系统中的雷达目标综合识别研究[D]:国防科技大学, 2004.
[4] Yingqing Xia, Penggen Xu, Radar Target's Angular Glint Based on the RCS[M], 2007: 978-980.
[5]陈行勇,黎湘,郭桂蓉等.微进动弹道导弹目标雷达特征提取[J].电子与信息学报, 2006, 28(4)
[6]魏玺章,丁小峰,黎湘等.基于椭球体模型的弹道中段目标特性反演[J].电子与信息学报, 2009, 31(7)
[7]姚辉伟.基于RCS序列的弹道中段目标特性反演技术研究[D]:国防科学技术大学, 2007.
[8]李亚楠.空间目标ISAR成像技术研究[D]:国防科技大学, 2010.
[9]李斌,慈林林,万建伟等.基于小波变换的锥体类弹头目标HRRP特征稳定性研究[J].现代雷达, 2006, 28(6)
[10]梁海涛,张学礼,童创明等.基于小波分解与方位角平均HRRP的SVM目标识别方法[J].数据采集与处理, 2010, 25(1)
[11]贺思三,周剑雄,付强等.利用一维距离像序列估计弹道中段目标进动参数[J].信号处理, 2009, 25(6)
[12]马君国,王远模,李保国等.基于距离像序列的空间目标识别算法[J].现代雷达, 2006, 28(4)
[13]朱玉鹏,王宏强,黎湘等.基于一维距离像序列的空间弹道目标微动特征提取[J].宇航学报, 2009, 30(3)
[14]保铮,邢孟道,王彤,雷达成像技术[M]:电子工业出版社,2006: 232-237.
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[16]高倩.基于高分辨率雷达距离像的自动目标识别研究[D]:南京航空航天大学, 2002.
[17]李凯,秦江,敏杨军.一维距离像的雷达目标特征提取方法研究[J].空军雷达学院学报, 2008, 22(3)
[18]刘丽华.弹道导弹中段雷达特性分析与提取方法研究[D]:国防科学技术大学, 2006.
[19]刘敬.雷达一维距离像特征提取与识别方法研究[D]:西安电子科技大学, 2008.
[20]曹向海.雷达高分辨距离像特征提取及识别算法研究[D]:西安电子科技大学, 2008.
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[22]杜兰,刘宏伟,保铮等.一种利用目标雷达高分辨距离像幅度起伏特性的特征提取新方法[J].电子学报, 2005, 33(3)
[23]刘敬,张军英,赵峰等.一种新的雷达高分辨距离像平移不变特征[J].电子与信息学报, 2008, 30(8)
[24]袁莉,刘宏伟,保铮.基于中心矩特征的雷达HRRP自动目标识别[J].电子学报, 2004, 32(12)
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[26]李珊.高分辨一维距离像雷达目标识别方法研究[D]:国防科学技术大学, 2005.
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[71]高倩,刘家学,吴仁彪.基于平均模板的HRRP自动目标识别[J].现代雷达, 2003, 25(3)
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