彈道中段目標(biāo)雙基地微動特性分析與特征提取.pdf

1、雙/多基地雷達具有抗電子偵察與干擾、抗反輻射導(dǎo)彈、抗低空入侵和反隱身的潛力，美國已部署的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)包括多部相同型號雷達和多部頻率交疊的雷達，具備形成雙/多基地雷達系統(tǒng)的潛力，聯(lián)合多個接收站所得信息通過信息融合可獲取更全面的目標(biāo)信息，故導(dǎo)彈防御系統(tǒng)利用雙/多基地雷達實現(xiàn)對彈道目標(biāo)的探測、識別和抗干擾有著顯著的優(yōu)勢。目標(biāo)微動特征是當(dāng)前學(xué)術(shù)界公認(rèn)的彈道中段目標(biāo)識別的有效特征之一，論文以彈道導(dǎo)彈攻防對抗為背景，以雙基地微動模型—微多普勒曲線檢

2、測—微動特征提取為技術(shù)路線，采用理論分析、電磁計算和動態(tài)仿真相結(jié)合的方法，系統(tǒng)深入地研究了彈道中段目標(biāo)的雙基地微動建模、特性分析和特征提取等問題。論文的主要研究工作包含以下三個方面。
　　在彈道中段目標(biāo)雙基地雷達散射特性分析和微動建模方面，分析并導(dǎo)出了平底錐彈頭和鈍頭雙錐彈頭的雙基地散射中心與尾翼錐柱體彈頭的雙基地尾翼散射中心，建立了進動平底錐彈頭和進動鈍頭雙錐彈頭的雙基地微動模型與自旋和進動尾翼錐柱體彈頭的雙基地尾翼散射中心的微

3、動模型，利用電磁計算軟件獲得的各彈頭模型的雙基地電磁散射系數(shù)驗證了這些微動模型。
　　1.對平底錐彈頭，利用物理光學(xué)法分析了其雙基地散射中心，錐底平面的雙基地散射中心位于雙基地角平分線在錐底投影與錐底邊緣的交點，導(dǎo)出它們與雙基地角平分線上單基地散射中心位置一致的結(jié)論，并由此推廣確定了鈍頭雙錐彈頭和鈍頭多錐組合體的雙基地散射中心。對尾翼錐柱體彈頭，將尾翼引入的單基地散射中心位于尾翼的尖端和尾翼與彈體結(jié)合部這一結(jié)論推廣，導(dǎo)出了尾翼引入

4、的雙基地散射中心仍位于這些特殊位置的結(jié)論。
　　2.對進動平底錐彈頭，揭示了錐底平面的雙基地散射中心會在錐底邊緣上滑動，由此建立了滑動型雙基地散射中心的運動軌跡模型，微分后得到其微多普勒模型，模型簡化后均與雙基地角平分線單基地微動模型相似。對進動鈍頭雙錐彈頭，將進動平底錐彈頭的微動模型加以推廣，得到了其微動模型。對尾翼錐柱體彈頭，當(dāng)其自旋或進動時尾翼引入的雙基地散射中心在彈體上位置不會變化，由此建立了自旋和進動時尾翼散射中心的雙基

5、地微動模型，簡化后同樣與雙基地角平分線單基地微動模型相似。
　　3.利用電磁計算軟件獲得了X波段內(nèi)多個頻點下平底錐彈頭、鈍頭雙錐彈頭和尾翼錐柱體彈頭的雙基地電磁散射系數(shù)。對平底錐彈頭和鈍頭雙錐彈頭，推導(dǎo)了它們進動時對應(yīng)的靜態(tài)入射和散射的方位和俯仰角的計算方法，提出了進動無尾翼彈頭雙基地微動分析方法，并動態(tài)仿真驗證了進動無尾翼彈頭的微動模型，即驗證了其雙基地散射中心。對尾翼錐柱體彈頭，分別推導(dǎo)了其自旋和進動時對應(yīng)的靜態(tài)入射和散射的方

6、位和俯仰角的計算方法，提出了自旋和進動尾翼彈頭雙基地微動分析方法，同樣動態(tài)仿真驗證了自旋和進動尾翼彈頭的微動模型，即驗證了雙基地尾翼散射中心，而且總結(jié)了其微多普勒特性。
　　在彈道中段目標(biāo)雙基地微多普勒曲線檢測方法方面，分析了基于Hough變換的參數(shù)估計方法的優(yōu)缺點，指出了由于散射中心強度的起伏特性未知導(dǎo)致 Hough變換難以確定檢測門限，提出了采用基于粒子濾波的檢測前跟蹤(PF-TBD)算法檢測散射中心運動軌跡和微多普勒曲線的方

7、法。
　　1.對雙基地微多普勒時頻圖的微多普勒曲線檢測，將微多普勒曲線視為目標(biāo)運動軌跡，建立了目標(biāo)運動模型和觀測模型，提出了基于PF-TBD算法的微多普勒曲線檢測方法，并用電磁散射數(shù)據(jù)仿真的微多普勒時頻圖驗證了該檢測方法的有效性。
　　2.利用電磁散射數(shù)據(jù)驗證了雙基地HRRP序列圖同時包含散射中心的運動軌跡和微多普勒信息。對雙基地 HRRP序列圖的微多普勒曲線檢測，將散射中心運動軌跡視為目標(biāo)運動軌跡，建立了目標(biāo)運動模型和觀測

8、模型，提出了基于PF-TBD算法的運動軌跡和微多普勒曲線檢測方法，分析了不同信噪比時該方法的檢測性能，并用電磁散射數(shù)據(jù)和GTD模型仿真的HRRP序列圖驗證了該檢測方法的有效性。
　　在彈道中段目標(biāo)雙基地微動特性分析和特征提取方面，針對利用進動無尾翼彈頭的雙基地散射中心運動軌跡和微多普勒信息估計全部進動和結(jié)構(gòu)參數(shù)這一難題，開展了基于Hough變換的雙基地微動模型參數(shù)估計的理論分析，雙基地微動模型的降維方法，雙基地雷達進動彈頭的特征提

9、取這三方面研究。
　　1.用數(shù)值方法證明了Hough變換難以同時提取非正弦運動軌跡模型/微多普勒模型中除進動周期和初始角外的結(jié)構(gòu)和角度參數(shù)，綜合利用由對稱散射中心獲得的降維后運動軌跡模型和微多普勒模型可有效估計降維模型所含參數(shù)，而結(jié)構(gòu)/角度參數(shù)已知時，綜合利用未降維運動軌跡模型和微多普勒模型亦可有效估計角度/結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　2.基于利用對稱散射中心進行運動軌跡模型/微多普勒模型降維這一需求，分析了非正弦運動軌跡/微多普勒模型

10、的特性，得到了判定對稱散射中心的存在性和識別它們的方法，結(jié)合鈍頭多錐組合體模型分析了微動模型降維的條件和方法。
　　3.通過仿真驗證了彈頭尺寸、距離分辨率、進動角、雷達平均視線角和信噪比5個因素導(dǎo)致某些情況下 Hough所得的運動軌跡類型錯誤，但可依靠其微多普勒曲線的特性來判定其類型，提出了寬帶雙基地雷達進動彈頭的特征提取方法，分析了不同信噪比下進動和結(jié)構(gòu)參數(shù)估計誤差，并通過兩個仿真實例驗證了該方法的有效性。
　　論文提出的