雷達(dá)極化信息獲取及極化信號處理技術(shù)研究綜述

周春榮 重慶交通職業(yè)學(xué)院

極化作為電磁波的一種固有輸性，反映了電場中復(fù)雜的矢量變化。將極化應(yīng)用到雷達(dá)技術(shù)中，能有效的提高數(shù)據(jù)測量的精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性。在軍事作戰(zhàn)、氣象預(yù)測、地質(zhì)勘探等方面有著極大的實用價值和理論研究價值。因此，對于雷達(dá)極化技術(shù)的探索已經(jīng)顯得十分必要了。

1 極化信息獲取

長期以來，電磁波的干擾以及雷達(dá)對于目標(biāo)信號的檢測識別都是一個令行業(yè)頭疼的難題，而雷達(dá)極化技術(shù)則使得信號的接受和處理變得更加精確。一般而言獲取計劃信息可以通過目標(biāo)的極化散射矩陣和電磁波的極化狀態(tài)這兩種方式。其中，矩陣式折射出雷達(dá)目標(biāo)的去極化特性，這種方式進(jìn)行測量時通常需要設(shè)計特定的發(fā)射/接收體制；電磁波式則折射出雷達(dá)接收電磁波電場取向的時變特性，只需要在接受短配備專門的計劃天線抑或是敏感陣列就可以對計劃信號進(jìn)行參數(shù)估計。而其他復(fù)雜的極化信息則可在此基礎(chǔ)上利用適當(dāng)?shù)男盘柼幚砑夹g(shù)進(jìn)一步得到。

2 極化抗干擾

上世紀(jì)七十年代就已經(jīng)提出了雷達(dá)極化抗干擾技術(shù)的研究，那時雷達(dá)技術(shù)發(fā)展并不先進(jìn)，一些問題得不到很好的解決。先后經(jīng)歷了從單一極化域濾波到如今的極化域與其他域聯(lián)合或者協(xié)同濾波的發(fā)展過程，從整個雷達(dá)極化技術(shù)的研究過程來看，雷達(dá)極化技術(shù)正在以喜人的速度持續(xù)提高?？垢蓴_技術(shù)發(fā)展初期通常用于抵抗雨雜波干擾，而隨著技術(shù)的不斷成熟開始應(yīng)用到氣象雷達(dá)、航管雷達(dá)、對空情報雷達(dá)、火控雷達(dá)、制導(dǎo)雷達(dá)以及雷達(dá)導(dǎo)引頭等多個應(yīng)用領(lǐng)域。極化域濾波實際上是對雷達(dá)接收端的不同極化天線接收的信號進(jìn)行調(diào)節(jié)，在取出干擾波的情況下保證目標(biāo)信號的保留。這種方式的實用效果受到目標(biāo)與干擾信號極化狀態(tài)的估計和權(quán)值的影響，直到信號達(dá)到了可明確處理的狀態(tài)。主要優(yōu)化準(zhǔn)則有：最大信號干擾噪聲比準(zhǔn)則，最小均方誤差準(zhǔn)則，主瓣約束準(zhǔn)則，多線性約束準(zhǔn)則等。通常而言，在不同的作業(yè)環(huán)境下需要用到不同的技術(shù)開抵抗干擾波。從以往的研究成果來看，對于計劃干擾已經(jīng)有意識的開始關(guān)注，并且專家和學(xué)者不停地對之間的論述進(jìn)行豐富和整理。

3 極化檢測和識別

3.1 目標(biāo)檢測

雷達(dá)的極化作為另一個信息維度在幅度、相位、頻率外，還在雷達(dá)目標(biāo)檢測中也有著十分重要的實用意義。通常來說，由于極化信息的目標(biāo)檢測方法可分為最優(yōu)接收檢測和極化統(tǒng)計檢測兩種。前者的基本思想是：通過控制發(fā)射/接收端極化通道的加權(quán)，使接收信號中的目標(biāo)回波相對于噪聲或雜波最強(qiáng)以達(dá)到目標(biāo)檢測的目的，其代表是虛擬極化適配技術(shù)及一系列最佳極化檢測器；后者則建立可靠的目標(biāo)、噪聲或雜波的極化信息模型并基于統(tǒng)計判決準(zhǔn)則實現(xiàn)目標(biāo)檢測。

由此可見，雷達(dá)目標(biāo)極化檢測技術(shù)的不斷深入發(fā)展使得雷達(dá)在復(fù)雜多變的電磁環(huán)境下的探測能力大大提高，但是，在一些比較復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境下，如何充分利用極化信息實現(xiàn)更好、更快的最佳極化適配和自適應(yīng)檢測仍是一個難題，需要學(xué)界和業(yè)界的有識之士不斷的去探索和研究。

3.2 目標(biāo)分類與識別

基于極化信息的目標(biāo)分類與識別是現(xiàn)代雷達(dá)提升戰(zhàn)場偵察、地理觀測等能力的重要技術(shù)手段之一，其基本思想是利用從觀測數(shù)據(jù)中提取的目標(biāo)極化特征進(jìn)行鑒別。顯然，對目標(biāo)極化特性的研究和極化特征的精確提取技術(shù)是整個過程的關(guān)鍵。自雷達(dá)極化學(xué)形成以來，大量的理論研究和實驗驗證已經(jīng)極大程度上豐富了對各類目標(biāo)回波極化特性的了解。分類與識別所利用的目標(biāo)極化特征一般可分為以下幾類：由直接測量數(shù)據(jù)經(jīng)簡單運算或統(tǒng)計分析構(gòu)造的目標(biāo)特征，如極化不變量、瞬態(tài)統(tǒng)計特性等；經(jīng)某些數(shù)學(xué)變換(如目標(biāo)極化分解、小波變換)得到的目標(biāo)特征；其他特征，如SAR圖像的紋理特征等。

4 結(jié)語

隨著極化信息在雷達(dá)技術(shù)中的充分應(yīng)用，極大的提高了雷達(dá)信息獲取能力和抗干擾能力，有效的改善了雷達(dá)技術(shù)的使用情況。雖然極化雷達(dá)的明顯長處為其帶來了長足的發(fā)展，但是仍然存在著成本高昂、電磁散射機(jī)理的揭示以及運算優(yōu)化不力等問題。都需要專家和學(xué)者進(jìn)行不斷的研究，來豐富和完善雷達(dá)極化信號處理技術(shù)。筆者希望通過本文的研究和總結(jié)，能給大家提供一些思路和啟發(fā)，發(fā)動集體的智慧群策群力，共同為雷達(dá)技術(shù)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

[1]趙巨波.雷達(dá)極化信息處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀分析[J].網(wǎng)絡(luò)與信息工程，2017.01:74-76.

[2]趙春雷，王亞梁，陽云龍，毛興鵬，于長軍.雷達(dá)極化信息獲取及極化信號處理技術(shù)研究綜述[J].雷達(dá)學(xué)報，2016年12月：620-638.