時(shí)變空間進(jìn)動(dòng)目標(biāo)雷達(dá)回波建模及參數(shù)估計(jì)

劉琨

【摘要】 微動(dòng)狀態(tài)通常獨(dú)一無二，反映了目標(biāo)的精細(xì)特征，在目標(biāo)識(shí)別中有重要意義。目前研究多假設(shè)目標(biāo)在雷達(dá)視線的投影上做簡諧運(yùn)動(dòng)；然而在實(shí)際環(huán)境中，目標(biāo)微動(dòng)參數(shù)時(shí)變，目標(biāo)在雷達(dá)視線上的投影也更加復(fù)雜，導(dǎo)致雷達(dá)回波調(diào)制形式更加復(fù)雜。已建立的模型不再適用。本文建立了一種時(shí)變空間進(jìn)動(dòng)目標(biāo)雷達(dá)回波模型，分析了其微多普勒調(diào)制形式，并在此基礎(chǔ)上估計(jì)進(jìn)動(dòng)頻率。仿真結(jié)果驗(yàn)證了模型的正確性和估計(jì)方法的有效性。

【關(guān)鍵詞】 進(jìn)動(dòng) 微多普勒 參數(shù)估計(jì)

Radar model of time-varying precession space target and parameter estimation

Abstract：Micro-motion states which reflect the sophisticated features of targets are always unique； it is of great important for target recognition. Most of the researches are based on that the projection motions of targets along the light sight of radar are sinusoidal； nevertheless， in real environment it is more complicated due to that the micro-motion parameters of targets might be time-varying， leading to more complicated modulation mode of radar returned signals. This paper establishes a model of precession space target undergoing time-varying micro-motion parameters， then the micro-Doppler is analyzed， finally we manage to estimate the precession frequency based on the model. Simulation study has confirmed the correctness of model and effectiveness of our algorithm.

Keywords：precession；micro-Doppler； parameter estimation

引言

微動(dòng)是指目標(biāo)或目標(biāo)的組成部分除了主體平動(dòng)之外的振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等小幅運(yùn)動(dòng)。目標(biāo)微動(dòng)對(duì)雷達(dá)回波產(chǎn)生調(diào)制效應(yīng)，使得目標(biāo)的多普勒譜展寬，稱為微多普勒效應(yīng)[1]。微動(dòng)特征反映了目標(biāo)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特性，是目標(biāo)識(shí)別的重要依據(jù)。由于其獨(dú)特性，雷達(dá)目標(biāo)微動(dòng)特征在目標(biāo)探測(cè)、分類、識(shí)別領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用[3-5]。

已建立的目標(biāo)微動(dòng)模型包括剛體和非剛體兩大類。常見的雷達(dá)目標(biāo)微動(dòng)模型為振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、翻滾、進(jìn)動(dòng)[1-3，6]，行人[7-8]和直升飛機(jī)[9]的微動(dòng)特征也是研究的熱點(diǎn)。除了行人模型外，上述目標(biāo)模型均假設(shè)目標(biāo)在雷達(dá)視線的投影運(yùn)動(dòng)為簡諧運(yùn)動(dòng)或簡諧運(yùn)動(dòng)疊加多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)，然而在實(shí)際環(huán)境中，目標(biāo)微動(dòng)參數(shù)常常是時(shí)變的，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)在雷達(dá)視線上的投影也更加復(fù)雜。如中段彈道目標(biāo)進(jìn)動(dòng)是一種典型的微動(dòng)現(xiàn)象，與誘餌的運(yùn)動(dòng)不同，可作為彈頭識(shí)別的依據(jù)。然而，中段彈道目標(biāo)容易受到擾動(dòng)（如釋放誘餌時(shí)的擾動(dòng)），使進(jìn)動(dòng)角發(fā)生時(shí)變[10]。

微動(dòng)參數(shù)時(shí)變導(dǎo)致目標(biāo)雷達(dá)回波不再是簡單的正弦調(diào)頻形式，繼續(xù)運(yùn)用已有的模型將會(huì)導(dǎo)致微動(dòng)參數(shù)估計(jì)錯(cuò)誤或精度降低，影響目標(biāo)的有效識(shí)別，因此有必要研究時(shí)變微動(dòng)目標(biāo)。

為了分析微動(dòng)參數(shù)時(shí)變情況下目標(biāo)雷達(dá)回波的特性和估計(jì)方法，本文建立了進(jìn)動(dòng)角漸變情況下空間進(jìn)動(dòng)目標(biāo)雷達(dá)回波模型，在此基礎(chǔ)上分析了目標(biāo)微多普勒的調(diào)制形式，并估計(jì)進(jìn)動(dòng)頻率。

一、時(shí)變空間進(jìn)動(dòng)目標(biāo)微多普勒調(diào)制模型

1.1 錐體進(jìn)動(dòng)模型

文獻(xiàn)[2]推導(dǎo)了微動(dòng)參數(shù)恒定情況下進(jìn)動(dòng)錐體目標(biāo)上任意一點(diǎn)的徑向距離模型，本文在此基礎(chǔ)分析進(jìn)動(dòng)角漸變情況下的距離表達(dá)式 。

雷達(dá)觀測(cè)錐體目標(biāo)如圖1所示，并假設(shè)目標(biāo)符合雷達(dá)遠(yuǎn)場(chǎng)條件。建立參考坐標(biāo)系O-XYZ：以目標(biāo)質(zhì)心為原點(diǎn)，錐體進(jìn)動(dòng)軸為Z軸，錐頂方向?yàn)閆軸正向，定義與初始時(shí)刻錐體對(duì)稱軸共面且垂直于Z軸的方向?yàn)閅軸，X軸由右手準(zhǔn)則確定。設(shè)目標(biāo)對(duì)稱軸與Z軸的夾角即進(jìn)動(dòng)角為θ（t）。目標(biāo)進(jìn)動(dòng)角速度為ω，自旋角速度為Ω。設(shè)雷達(dá)視線在參考坐標(biāo)系中的方位角為V，雷達(dá)視線與進(jìn)動(dòng)軸夾角為α，稱為平均視界角。以目標(biāo)質(zhì)心O為原點(diǎn)、目標(biāo)對(duì)稱軸為Z建立目標(biāo)本體坐標(biāo)系O-xyz。設(shè)目標(biāo)質(zhì)心距雷達(dá)初始距離為R0[2]。

四、結(jié)論

本文建立了時(shí)變空間進(jìn)動(dòng)目標(biāo)模型，分析了進(jìn)動(dòng)角線性變化對(duì)目標(biāo)微多普勒的影響。當(dāng)進(jìn)動(dòng)角變化時(shí)，目標(biāo)的微多普勒形式較為復(fù)雜，上述的理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明進(jìn)動(dòng)角漸變情況下目標(biāo)微多普勒不再是標(biāo)準(zhǔn)的正弦信號(hào)，出現(xiàn)了幅度調(diào)制，是一個(gè)多諧波信號(hào)，由于進(jìn)動(dòng)角變化速率相比進(jìn)動(dòng)頻率較小，在進(jìn)動(dòng)頻率處的正弦信號(hào)為主要成分，對(duì)目標(biāo)微多普勒做傅立葉變換可獲得進(jìn)動(dòng)頻率的估計(jì)。

參 考 文 獻(xiàn)

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